Sintetizadores

Síntesis (39): Subosciladores, divisores, multiplicadores de frecuencia y rectificadores

Distintos tipos de suboscilador pueblan los sintes para refuerzo de graves en bajos, entre otros usos, llegando a la generación de ‘subgraves’ inaudibles. Hablar de ellos nos lleva a tratar los divisores y multiplicadores de frecuencia y los rectificadores.

Subosciladores

El objetivo de la mayor parte de los subosciladores es ofrecer, en paralelo con un oscilador principal, una señal que se encuentre una octava por debajo. El uso habitual es generar un refuerzo de la sensación ‘grave’ en el sonido. Como podéis imaginar ese sonido ‘suboctava’ es útil para añadir presencia en bajos y otros sonidos enfocados a esa región del espectro.

La complejidad/coste de los sintes analógicos obligaba a buscar soluciones con un mínimo de elementos, y es en ese entorno en donde se concibió la idea del ‘suboscilador’ permitiendo crear sonidos ‘octavados’ sin requerir un segundo oscilador completo, resultando así más económico. Pensad que en sintes con varios osciladores ‘completos’ en cada voz es también habitual crear sonidos usándolos en separación de octava/s

Esa segunda onda una octava por debajo habitualmente no mantiene la misma forma de onda que el oscilador principal, sino que genera una onda cuadrada. Es cuadrado el tipo más frecuente de suboscilador porque es bastante simple generar esa nueva onda de sólo dos niveles, y en ese sentido ‘casi’ digital. Pensad por ejemplo en un diente de sierra. Tiene un cambio abrupto, un salto nítido cada ciclo. Identificar electrónicamente ese flanco es sencillo. Basta usar la serie de flancos para gobernar un circuito que, con cada uno de ellos, cambie entre dos niveles fijos de tensión y obtendremos una cuadrada de la mitad de frecuencia. Hemos llegado a generar esa ‘suboscilación’ una octava por debajo y de tipo onda cuadrada con una circuitería muy básica, sencilla y barata.

Suboctavación
Generación de suboctava por conmutación en los flancos de la señal principal

Podéis igualmente pensar en que ni siquiera haya que detectar los ‘flancos’ de la señal principal, sino que la señal que dentro del oscilador marca el inicio de ciclo (por ejemplo el impulso de descarga inicial del condensador en un oscilador analógico) sea la que sirva para alimentar esa alternancia con la que obtener las señales ‘subosc’.

Es un buen ejemplo de cómo el llamado suboscilador no es, aunque el nombre invite a imaginarlo así, un segundo oscilador ‘completo’ acompañando al principal. Se trata de una solución con un mínimo de elementos capaz de generar ese sonido cuadrado y desplazado una octava hacia abajo.

‘Divisores’ de frecuencia

Es más, nada impide diseñar circuitos que extiendan la idea y generen una señal no una, sino dos octavas por debajo. Generar la suboctava de la suboctava es trivial. De hecho muchos de los circuitos ‘subosc’ son casi digitales, en algunos casos directamente usando puertas lógicas, aprovechando ese carácter ‘binario’ de una señal que sólo requiere dos niveles de tensión.

Si un circuito digital cuenta los flancos que están presentes en la señal original, podremos usar la división por dos (el bit más bajo de la cuenta) para generar -1 octava, o la división por 4 (el siguiente bit) para generar -2 octavas. La división más habitual es por 2 o por 4 simplemente porque basta concatenar dos etapas de división /2, muy fáciles de realizar sin necesitar siquiera un contador, bastando circuitos biestables, uno de los ladrillos básicos para la construcción de circuitos digitales que en los años 70 ocupaba por si mismo un chip (aunque hoy haya cientos de miles de ellos en un único integrado).

Hoy en día podemos ser un poco más generalistas y usar la cuenta y división, sin que eso eleve el precio del equipo. Con ello se hace posible por ejemplo la división por 3, que corresponde a un intervalo de una octava y una quinta por debajo (en el fondo una sonoridad de quinta, aunque sea compuesta). Por ejemplo está disponible en el Analog Four, y permite con un único oscilador ‘completo’ + subosc acabar generando un intervalo tan popular y habitual como el de quinta (eso sí, hacia abajo, así que habrá que elevar 7 semitonos el oscilador principal si queremos que la nota percibida no cambie de nombre).

Subosciladores no cuadrados

Desde luego en sistemas digitales la cuestión es aún mucho más simple. La llegada de los sintes digitales, VAs, y semejantes hace que el oscilador en muchos casos ya no sea un elemento tan costoso, al fin y al cabo unas líneas de programa que implican un determinado consumo de CPU. En ellos es fácil encontrar subosciladores que sí permiten mantener la forma de onda elegida para el sonido principal a la hora de crear la suboscilación. Si elegimos diente, o triangular como sonido base, el ‘subosc’ generará en muchos de ellos esa misma forma de onda pero con el intervalo de octava inferior.

Algunos permiten aún mayor flexibilidad facilitando la posibilidad de elegir la forma de onda para el refuerzo generado en el subosc. La cuadrada más habitual no deja de tener ese carácter un tanto hueco (por carecer de los parciales pares) y un tanto rasposo por sus saltos abruptos cuando son cuadradas en registro grave. Algunos equipos ofrecen un suboscilador senoidal o triangular, que básicamente añadirá ese nuevo ‘fundamental’ una octava por debajo pero sin interferir tanto en el resto de la sonoridad, sin introducirse en regiones más altas del espectro y limando la aspereza de las abruptas transiciones de las cuadradas lentas y su sonido un poco 'zumbador'.

Con todo, lo que interesa, como siempre, el el resultado final. Hay subosciladores que suenan agradables en ciertos usos y no tanto en otros. La posibilidad de regular su nivel con un control dedicado permite ajustarlos al grado de presencia que deseemos darles. Desde un refuerzo discreto del cuerpo del sonido a un papel mucho más protagonista que incluso acabe desplazando al sonido supuestamente principal, convertido ahora en 'acompañante' de un más grave e intenso suboscilador.

Multiplicadores de frecuencia y rectificadores como 'superoctavadores'

Existiendo la ‘división’ de frecuencia, era lógico que alguien buscara y obtuviera la ‘multiplicación’ de frecuencia.
Quedándonos en el dominio de lo que se suele encontrar bajo este nombre en los sistemas de síntesis, herederos de la tradición analógica, lo más normal es que se trate de simples rectificadores.

Rectificadores hay de dos tipos: los de media onda y los de onda entera. Un rectificador de media onda anula la señal cuando es inferior a cero (cuando su tensión es negativa), y uno de onda entera vuelve positivos los fragmentos de la onda que tienen originalmente tensión negativa. Se entiende mejor con la figura, referida a la rectificación completa.

Rectificación de onda completa
Rectificación de onda completa como 'multiplicador' de frecuencia

Podéis apreciar que la rectificación de onda completa (al menos con formas simples como los senos y triángulos) genera una señal que aunque pueda tener otra forma de onda ha reducido su ciclo a la mitad, y por tanto ha elevado su frecuencia al doble… es decir, a la octava superior. Ha duplicado su frecuencia. En este sentido los rectificadores de onda completa se han usado en sintes como ‘superoctavadores’, capaces de ‘multiplicar’ la frecuencia de la señal presente a su entrada.

Con todo, no hay que dejar de señalar que el resultado es muy dependiente de la forma de onda que ingresa a ellos. Claramente el seno ha subido tras la rectificación una octava pero se ha transformado en una señal con muchos más armónicos, lejana del aspecto suave senoidal. Sin embargo la triangular sí ha doblado su frecuencia y mantenido su forma de onda.

Con el diente diente la primera rectificación da lugar a que aparezca una triangular de la misma frecuencia original (sin que se doble). Pensadlo respecto al tratamiento de una cuadrada y debería generar una señal ‘plana’, una tensión continua.

En casos reales analógicos, las formas nunca responden a su ideal matemático, y por tanto la rectificación de la cuadrada previsiblemente genere un tren de pulsos estrechos, o el triángulo y el seno no sean estrictamente simétricos, y por tanto al rectificarlos la duración del ciclo siga siendo la misma, aunque dominen en el espectro las componentes de frecuencia doble y sus armónicas, con una sonoridad muy tintada hacia la octava.

Vídeo

Como ejemplo de estas cuestiones de hoy, el vídeo que acompaña esta entrega muestra lo que ofrece un módulo de Corsynth. Es una de las ‘reviews’ de módulos de Corsynth que guardé en el tintero al presentaros su familia al completo, para aprovechala en los tutoriales. Precisamente el módulo C-103 es un divisor/multiplicador de frecuencia, que usa una división ‘cuadrada’ y una multiplicación por rectificación completa, y permite ajustar una mezcla de esas actuaciones con la señal original.

Algunos circuitos divisores exigen para funcionar adecuadamente que la señal entrante tenga flancos nítidos. Una cuadrada o un diente se ‘dividen’ correctamente, pero un seno o un triángulo no llegan a ser detectados y no generan ninguna respuesta. Algo propio de un módulo que es independiente del oscilador. Esa división no es un ‘subosc’ insertado dentro de un módulo VCO y por tanto con acceso a la tensión de ‘disparo/inicio de ciclo’: necesita adivinar (buscando flancos nítidos) la presencia de los comienzos de ciclo.

A cambio, pensad que estos módulos de división/multiplicación podríamos incorporarlos para tratar cualquier señal. Podría tratarse de una señal externa, a la que deseemos incorporarle un refuerzo grave.

Generación de subgraves como efecto sobre audio genérico

Por ejemplo, este tipo de estrategias se usan a menudo para agregar contenido en subgraves fuera del rango audio. Pensad en sistemas para cine o para clubs de baile en los que deseamos respectivamente mover la butacas o las tripas de los asistentes. Tomad una señal y filtradla severamente paso bajo, digamos con corte entre 40 y 80 Hz. Usad estos sistemas de suboctavación y obtendréis un contenido relacionado con la señal original pero que tiene actividad en una región ultragrave.

Si el resultado de estos suboctavadores es de tipo ‘cuadrado’ y por tanto cuenta con armónicos elevados, podemos filtrar de nuevo su salida, para asegurar que concentramos su acción sólo en la parte subgrave. Llevad esa nueva señal a un transductor adecuado (desde un ultrasub-woofer, a un vibrador que acople movimiento a cada una de las butacas) y objetivo conseguido. En un terreno menos extravagante y más habitual en música, no es desconocido este tipo de trucos para refuerzo de pistas concretas como las de bombo y otros instrumentos que agradecen la mejora de su definición en graves. De hecho se comercializan en forma de pedales y racks, tanto para guitarra (extendiendo su uso al terreno de los bajos eléctricos) como para procesamiento de audio en general, especialmente para clubs e instalaciones audiovisuales y atracciones. Incluso en forma de plataformas y chalecos para bateristas que les permita recibir vibraciones mecánicas asociadas a unas bases audio que el grupo use y que, además de poder escuchar con dificultad por monitores pueda percibir por estas otras sensaciones más táctiles que de otra índole.

Pablo Fernández-Cid
EL AUTOR

Pablo no puede callar cuando se habla de tecnologías audio/música. Doctor en teleco. Ha creado diversos dispositivos hard y soft y realizado programaciones para músicos y audiovisuales. Toca ocasionalmente en grupo por Madrid (teclados, claro).

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