Introduzione al sintetizzatore e alla sintesi sonora

Quando senti il suono di un sintetizzatore o di una drum machine analogica, stai ascoltando elettricità manipolata da una macchina.

Il sintetizzatore ha rappresentato, e continua a farlo, uno dei cardini della musica contemporanea come la conosciamo ora.

Eppure, il suo funzionamento risulta ancora oscuro a a molti.

Ti sarai chiesto spesso come dei suoni provenienti da una scatola di metallo con dei tasti e dei potenziometri, siano riusciti a ricreare dei riff di memorabili dischi rock, pop, house, electro o disco.

In questo articolo proverò a fare una presentazione del sintetizzatore, delle sue caratteristiche e qualche breve cenno storico.

Non, chiudere il browser, scommetto che ti piacerà 😉

Creare un suono da zero

Iniziamo con un pò di storia: circa 50 anni fa, un elettricista (non musicista!) di nome Robert Moog, scoprì un nuovo modo di creare dei suoni: utilizzando un segnale elettrico.

Seguendo l’onda dell’invenzione dei transistor, Moog inventò una macchina che poteva scompattare il suono nelle sue proprietà fondamentali e controllarne qualsiasi aspetto attraverso il voltaggio, creando essenzialmente un suono dal nulla.

Per poter comprendere al meglio cosa si cela dietro la creazione di questo tipo di suoni, dobbiamo fare una breve lezione di teoria acustica e di fisica.

Citando Wikipedia:

Il suono (dal latino sonus) è la sensazione data dalla vibrazione di un corpo in oscillazione. Tale vibrazione, che si propaga nell’aria o in un altro mezzo elastico, raggiunge l’apparato uditivo dell’orecchio che, tramite un complesso meccanismo interno, crea una sensazione “uditiva” correlata alla natura della vibrazione; in particolar modo la membrana timpanica subendo variazioni di pressione entra in vibrazione.

Un sintetizzatore quindi, non fa altro che imitare questo naturale processo acustico. La vibrazione (detta anche oscillazione) però, anzichè arrivare dal tocco di una corda di chitarra o dal martelletto di un pianoforte, arriva da un segnale elettrico generato dal diverso livello di voltaggio di un determinato circuito.

Queste oscillazioni si ripetono ciclicamente, e sono rappresentate in dei pattern visuali che vengono chiamati forme d’onda (o waveforms in inglese). Ed ogni singolo aspetto di una forma d’onda (la sua grandezza, velocità, struttura) può essere ulteriormente modellata: tonalità, timbro, volume e molto altro.

Ora, sopratutto agli albori, i sintetizzatori erano piuttosto scarsi nell’emulare strumenti acustici tradizionali, ossia fare quello per cui erano stati inizialmente progettati, poichè il suono emesso da strumenti organici era decisamente più complesso e ricco armonicamente rispetto a onde generate dall’elettricità.

Nonostante tutto i sintetizzatori si facevano notare grazie alla generazione di suoni particolarmente inusuali, alieni, che non esistevano certo in natura, trovando così impiego nelle colonne sonore dei primi film sci-fi e in un certo tipo di rock psychedelico anni ’70.

Ma come può, un segnale elettrico, essere sia un suono robotico che qualcosa di più musicale?

Come funziona un sintetizzatore?

Tutti i sintetizzatori hanno dei componenti di base che concorrono alla creazione del suono: un oscillatore che genera l’onda acustica e ne cambia la sua forma, un filtro che rimuove determinate frequenze nell’onda acustica e ne modula il timbro, un amplificatore che controlla il volume d’uscita, e una modulazione per la creazione di effetti di varia natura.

OSCILLATORE (OSC)

Sempre citando Wikipedia:

In elettronica un oscillatore è un circuito elettronico che genera forme d’onda di frequenza, forma e ampiezza di molteplici tipi senza un segnale di ingresso. Alcuni sono progettati per poterne generare di frequenza, forma e ampiezza variabile tramite sistemi di controllo quali tensioni o potenziometri.

L’oscillatore di un sintetizzatore si può poi ulteriormente dividere in VCO (Voltage Controlled Oscillator), qualora esso sia controllato dalla tensione elettrica e in DCO (Digital Controlled Oscillator), qualora sia controllato da algoritmi digitali.

I VCO sono più diffusi nei primi esemplari di sintetizzatori analogici. I DCO sono subentrati successivamente per ovviare a eventuali problemi nell’intonazione e per una maggiore resistenza agli agenti esterni (come il caldo) rispetto al VCO.

Il banco di oscillatori del sintetizzatore controlla inoltre il tono o frequenza. La frequenza è la velocità della vibrazione delle onde acustiche. E’ misurata in cicli per secondi, detti anche Hertz. Più veloce è la frequenza, più alta sarà la frequenza e il tono sale su di un’ottava.

Come detto le oscillazioni che generano le onde possono essere di vario tipo. Le più comuni utilizzate dai sintetizzatori sono:

• Onda Sinusoidale (Sine Wave)
• Onda Triangolare (Triangular Wave)
• Onda a dente di sega (Sawtooth Wave)
• Onda quadra (Square Wave)
• Onda ad impulso (Pulse Wave)
• Modulazione di larghezza dell’impulso (Pulse Width Modulation)
• Onda di rumore (Noise)

Senti le differenze sonore tra diverse waveforms in questo file audio:

Parlando in termini musicali, il tono che si trova a 440 Hz è un LA, mentre il tono posto a 880 Hz è sempre un LA ma di un ottava più sù.

L’orecchio umano può arrivare ad udire suoni dai 20 Hz fino ai 20 kHz.

FILTRO

I filtri si occupano di far transitare fino all’orecchio umano solo una parte del suono. Quello generato dagli oscillatori viene privato di alcune frequenze e la forma d’onda viene quindi modellata di conseguenza.

Un’onda sinusoidale è caratterizzata da una sola frequenza, ma tutte le altre sono costituite da più frequenze che combinandosi l’una con l’altra, vanno a creare la tonalità dominante.

Anche in questo caso esistono dei filtri controllati analogicamente come i VCF (Voltage Controlled Filter) e i DCF (Digital Controlled Filter) ossia quelli governati da circuitazione digitale.

Il filtro più comune è il filtro passa basso (LPF, low pass filter) che filtra le frequenze al di sopra di un determinato valore, detto anche punto di taglio o CUTOFF.

Anche questo fattore può essere modellato andando a modificare lo SLOPE, rendendo quindi più o meno brusco il taglio delle frequenze in un rapporto tra dB/Oct (ossia quanti dB di attenuazione vengono applicati in ogni intervallo di ottava).

Il sintetizzatore Moog è particolarmente famoso per il suono del suo filtro. Eccone un esempio:

C’è poi la Resonance (o risonanza) che si tratta di un’auto oscillazione del filtro che genera un feedback che va ad enfatizzare una ristretta fascia di frequenze, quelle più prossime al CUTOFF.

Ecco un esempio di Resonance in questo file (verso la fine):

AMPLIFICATORE E GENERATORE DI INVILUPPO

Oltre alla velocità, il sintetizzatore può anche modificare la dimensione del segnale. E questo tramite l’amplificatore (AMP). Inoltre, la potenza del volume e i suoi contorni possono essere dettati dal generatore di inviluppo o anche detto Envelope Generator. 

Comunemente chiamato ADSR sta per ATTACK (quanto tempo il suono da zero arriva al volume più alto), DECAY (quanto tempo dal volume massimo di attack passa al sustain) SUSTAIN (l’ampiezza del volume a regime) e RELEASE (dopo quanto tempo il suono finisce dal momento del rilascio del tasto fino ad arrivare a 0).

Può esistere anche un Filter Envelope, che agirà similarmente anche sulle caratteristiche del filtro.

MODULAZIONE

Oltre ai filtri, amplificatori e generatori di inviluppo, ci sono ulteriori tipi di modificatori del segnale come l’LFO (low frequency oscillator). Si tratta di un oscillatore che si muove a frequenze estremamente basse, quasi inaudibili dall’orecchio umano, e non genera un suono bensì va a modulare altri aspetti come la tonalità, il volume o il filtro.

Un altro tipo di effetto ottenuto combinando due diversi segnali in una nuova frequenza è il ring modulator. Produce un effetto metallico molto particolare e usato sopratutto nei primi film sci-fi proprio per la sua eccentricità.

Qui altri esempi di LFO e Ring Modulation:

Se vuoi approfondire l’argomento inoltre ti consiglio vivamente di leggere questi libri di alcuni dei massimi esperti di sintesi sonora e musica elettronica in Italia:

[amazon_link asins=’8848125131,8890548436,8890548428′ template=’ProductCarousel’ store=’momaofunmu-21′ marketplace=’IT’ link_id=’d54c2ba4-0f3d-11e7-8f20-6fa5c37626fe’]

L’evoluzione del sintetizzatore.

La forma di sintesi più diffusa è quella sottrattiva che parte da una forma d’onda dalla quale vengono rimosse determinate frequenze per ricavarne un nuovo suono.

Ma col tempo, i tipi di sintesi si sono evoluti aggiungendo o moltiplicando ulteriori forme d’onda facendo così aumentare esponenzialmente le possibilità sonore in ambito musicale.

I sintetizzatori dunque, divennero sempre più capaci di emulare strumenti tradizionali come anche suoni di campane e suoni percussivi, dando così vita all’esplosione della musica dance.

Con l’evoluzione della tecnologia dietro la sintesi, si è assistito sempre più a nuovi stili e generi musicali che basavano il loro concept su un particolare strumento. Dagli anni ’70 fino agli anni ’90 le novità tecnologiche dettavano letteralmente nuovi modi di fare musica.

I primi sintetizzatori erano chiamati “modulari”, perché ogni componente era separato dagli altri e andava collegato con cavi appositi (patch) in modo che potesse interagire con gli altri. Erano ingombranti, costosissimi e utilizzati sopratutto in ambito accademico.

Fino a quando alcuni artisti ebbero la possibilità di sperimentare i nuovi strumenti sia in studio che dal vivo.

Ne è un esempio Keith Emerson di Emerson, Lake & Palmer che fece uso dei modulari anche in situazioni live come in questo caso:

Oppure un esempio degno di nota è la hit del “nostro” Giorgio Moroder, “I Feel Love” dove alla voce soave di Donna Summer si affiancava il suono di un modulare Moog degli albori, dando ulteriore visibilità al sintetizzatore grazie a un genere di  successo come la disco music.

Unitamente a Moog, che diventava sempre più mainstream, vale la pena ricordare che un altro grande pioniere della musica elettronica, Don Buchla diede i natali al suo sintetizzatore modulare sulla West Coast.

La moda del sintetizzatore esplose definitivamente quando la tecnologia poté costruire modelli sempre più comodi e portatili in situazioni live e studio.

E’ il caso del Minimoog.

Niente più cavi, niente più moduli da accatastare uno sopra l’altro. I musicisti poterono finalmente portare il loro strumento preferito nei loro concerti.

Così tutti iniziarono ad incorporare linee di sintetizzatore nei loro brani:

POP

FUNK

REGGAE

JAZZ

NEW WAVE

PROG ROCK

I Kraftwerk, gruppo tedesco in auge dagli anni 70 in poi, trasformarono il pop in qualcosa di straordinario. La musica elettronica divenne così popolare da trasformarsi in un vero e proprio genere.

Il digitale

Alla fine degli anni ’70, i sintetizzatori digitali fecero la loro prima comparsa e da allora rivoluzionarono ulteriormente la scena musicale.

La possibilità di rimpiazzare circuitazioni elettriche con algoritmi digitali aprì le porte a nuovi sentieri sonori inesplorati che poterono ricreare praticamente qualsiasi suono.

I sintetizzatori divennero così capaci di emulare strumenti tradizionali e così, semplicemente toccando un tasto, era possibile ottenere il suono di pianoforte o di basso senza alcuno sforzo. E’ il simbolo della musica degli anni ’80.

I sintetizzatori digitali davano limitate possibilità di modulazione ai musicisti, ed è così che i preset (o voci) divennero diffusi, un marchio distintivo di molti brani, essendo quelli inclusi dal costruttore.

In pochi si cimentavano nella programmazione dei suoni da zero, trattandosi di algoritmi piuttosto complicati.

Uno strumento che incarna in pieno questo concetto è il Yamaha DX7, il primo disponibilie per le masse, e praticamente “onnipresente” nei più famosi brani pop anni ’80.

Il Korg M1 venne messo in vendita poco più tardi del DX7 e divenne un successo planetario. I suoi presets sono riconoscibili, per esempio, nella super hit di Madonna “Vogue”.

Il suono di organ bass del Korg M1 divenne un cardine di centinaia di pezzi house come il celeberrimo “Show Me Love” di Robin S.

E parlando sempre di musica dance, la genesi della Acid House, è un esempio lampante di quale impatto ebbe un sintetizzatore sull’evoluzione di un vero e proprio genere musicale.

Il Roland TB-303, all’epoca era un normalissimo sintetizzatore analogico, concepito più per accompagnare con delle linee di basso le bands dell’epoca prive di un vero e proprio bassista.

In realtà era difficile da programmare ed imprevedibile. Ma nonostante tutto, dei ragazzini della scena house underground di Chicago, riuscirono a tirargli fuori quei suoni nasali e così eccentrici che son diventati l’emblema di un vero e proprio movimento.

Conclusione

La musica moderna segue però un circolo vizioso che lo porta a disdegnare quello che viene prima e reinventarsi continuamente. Così i sintetizzatori analogici vennero riportati in auge da artisti come Prodigy, Chemical Brothers e Aphex Twin, relegando quelli digitali al livello ormai di un giocattolo.

E lo stesso fenomeno lo si può constatare con la nascita dei primi sintetizzatori software, decisamente più economici, che diedero la possibilità a tutti con un laptop di poter creare musica elettronica.

Ora assistiamo nuovamente ad un revival dell’analogico, come le repliche vendute ultimamente da grandi major come Moog, Roland e Korg stanno a dimostrare, in una sorta di nostalgia del sintetizzatore vintage (ossia quelli prodotti prima del 1990).

Oltre alle grandi major però, esistono una serie di produttori “boutique” che progettano nuovi sintetizzatori dal design e dal suono unico.

Così come anche i modulari, che consentono e ti forzano ad esplorare nuovi territori sonori.

Per finire ti lascio qui una serie di video della Moog Foundation che spiega i rudimenti della sintesi sonora:

[Fonti: Synthesizer Academy | Moog Foundation | Gizmodo | Ali Jamieson | FACT | Sound on Sound | I Dream of Wires]