Sintetitzant el so de la música

1992/09/01 Taylor, Charles Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Irudiak/Soinuak

En la dècada dels 30 va sorgir una sensació bastant estranya entre físics i músics i em temo que l'orgull dels físics no tingués molt a veure en això. Segons els físics, el funcionament dels instruments es basava en les teories de les vibracions de les columnes i dels fils d'aire. El secret dels violoncels i violoncels realitzats per Antonio Stradivari en el segle XVIII no duraria molt temps.

El debat es va posar de moda en 1932, quan es van fer els primers òrgans electrònics. L'avanç dels físics va ser notable, però els músics es van fer ressò dels nous sons. Els físics podien analitzar les notes simples que produïen els sistemes mecànics en tocar en el laboratori instruments autèntics i explicar algunes de les seves característiques. També començaven a percebre's la raó de les diferències de timba entre instruments. A partir d'aquestes primeres idees sobre la naturalesa dels sons, es va abordar la imitació electrònica d'una nota simple i estable d'una eina convencional.

Després de seixanta anys, l'acústica ha hagut de reconèixer que la música “real” és extremadament complexa. Existeix una gran diferència entre el so que produeix un violinista en tocar en una sala de concerts i el so de notes separades que produeix un instrument.

No obstant això, en els últims 15 o 20 anys, els sons sintètics que en el seu moment van posar al foc als músics han contribuït a una millor comprensió de la base física dels instruments tradicionals, la qual cosa ha redundat en una millor relació entre els membres de totes dues àrees.

En els anys 30, els físics estudiaven mitjançant l'oscil·loscopi les ones sonores generades pels instruments musicals

En els llibres de l'època van aparèixer les ones d'alguns instruments musicals, relacionant la “qualitat” del so amb la grandària de l'ona. Les ones eren relativament regulars i, utilitzant una tècnica matemàtica basada en l'anàlisi de Fourier, van demostrar que cada ona era la suma de diverses freqüències. Així mateix, es va comprovar que cadascun d'aquests conjunts de freqüències estava format per una freqüència fonamental i pels harmònics múltiples d'aquesta. Els primers òrgans electrònics podien reproduir la forma exacta de l'ona real superposant diferents combinacions harmòniques sobre una mena de base. Per què el resultat va ser llavors tan pobre des del punt de vista musical?

El problema va ser que l'ona descrita per a cada instrument es va dur a terme mitjançant l'estudi d'una mostra molt curta, sovint només de centèsimes de segon. Perquè si prenem mostres més llargues, com per exemple les de dècim de segon o d'un segon, s'aprecia fàcilment que les ones dels instruments reals no són regulars durant molt de temps. Els sons sintetitzats dels òrgans electrònics es van obtenir estenent la mostra en centèsimes de segon a tota la durada de la nota i, per descomptat, els resultats no podien estar pròxims al real. La nota que crea un veritable instrument es caracteritza pel començament del so. Un sistema real no pot començar a vibrar bruscament i, a més, hi ha una gran diferència entre com comença la vibració d'un instrument a un altre.

Per exemple, quan bufem en l'oboè, la llengua de l'instrument s'expandeix i es tanca. Thus, the air enters the tube not be as continued, as a pressure air could as a succesion. Cada unitat d'aire circula pel tub i quan arriba a un forat s'expandeix fora de l'aparell. No obstant això, part de l'energia queda en el tub i torna cap al fons, cap al llenç. La llengua continuarà vibrant només si l'aire retornat colpeja la llengua en el moment adequat del cicle vibratori. L'aire haurà de realitzar entre 10 i 20 desplaçaments per a ajustar-se a la freqüència de vibració de la llengua. Per a una nota de 440 hertzs, 20 desplaçaments prendran menys d'una vintena part d'un segon, però aquest temps és suficient perquè l'oïdor el percebi i, al cap i a la fi, conegui el so de l'eina, que és un so inicial diferent a la resta d'aparells.

Aquest so efímer inicial és una de les característiques més destacades de tota la nota, i només quan els sintetitzadors van ser capaços d'imitar pegats a la nota estable, va començar a obtenir alguna cosa semblança als sons reals. A mitjan anys 50 van començar a imitar aquest tipus de sons, però els sintetitzadors del mercat han tingut èxit en els últims 10 anys.

Un altre succés significatiu és el canvi d'amplitud o “vibració” que es produeix durant un segon en la nota d'un instrument. Pot ser un vibrato fet pel propi jugador, però quan no es fa, es perceben petits vibros. De fet, és molt difícil controlar completament la pressió i la velocitat que es realitza amb l'arc en un instrument de vent o en un instrument de corda. Per a crear una nota estable, el jugador ha de comparar la nota que està creant en un moment determinat amb la del moment anterior. Escoltar i processar la informació requereix un temps comprès entre un segon i un cinquè, i gràcies a la vibració resultant, l'oïda humana distingeix bé el so real de l'electrònic.

En la dècada dels 30, les mostres que només duraven un centèsim segon van ser designades com a “imatge de l'ona de la flauta” o “imatge de l'ona del clarinet”. En conseqüència, l'única diferència entre dues notes era la freqüència i no la forma. I això també va ser una simplificació excessiva, ja que així és impossible crear tot el camp sonor d'un instrument. En tot això estaven equivocats els òrgans electrònics inicials.

Igual que els esforços per simular eines reals, alguns avanços de la tecnologia moderna han contribuït a conèixer-los millor. Els analitzadors de freqüències requerien en el seu moment mostres sonores llargues, però en l'actualitat disposem d'analitzadors “en temps real”, pràcticament instantanis. En els sons convertits de manera analògica a digital mitjançant noves tècniques, els ordinadors poden realitzar diferents tipus d'anàlisis. D'altra banda, les vibracions dels instruments es poden analitzar mitjançant interferometría hologràfica o simulació per ordinador.

El clarinet és potser l'instrument de vent que més ha estudiat la física. En un temps es va afirmar que el so característic d'aquest instrument es devia al fet que no existien harmònics parells. La física bàsica mostra clarament que el tub cilíndric, tancat en un extrem, només produeix harmònics imparells, i els físics creuen que el clarinet, sent cilíndric i amb la llengua tancada, actuaria així. No obstant això, les anàlisis de freqüències han demostrat l'existència d'harmònics parells i la diferent composició harmònica de cada nota.

Les recerques han aclarit que el motiu és que el tub no és totalment cilíndric, ja que els forats que estan tancats creen “sagnies” dins del tub. La disposició dels orificis tancats i oberts és diferent per a cada nota, la qual cosa influeix en la composició de l'ona interna del tub i en la forma de sortida dels sons. Gran part del so s'extreu d'orificis oberts i es produeix una interferència entre les ones que s'expulsen pels orificis adjacents. Per tot això, cada nota és “única”. Els primers òrgans electrònics utilitzaven la mateixa recepta per a totes les notes.

En els instruments de corda, la forma en què l'ànima de l'instrument amplifica els components harmònics de la vibració del fil és molt important. I com en els instruments de vent, per a cada nota ocorre diferent. Un mal violí realitza grans canvis d'amplificació d'una nota a una altra i és difícil controlar l'instrument. No obstant això, una amplificació totalment uniforme, que es pot obtenir electrònicament, produeix un so desagradable. Quant a Agi, la nostra oïda prefereix certa irregularitat. No sabem, no obstant això, perquè li agradi al jugador i a l'oïdor, fins a quin punt aquests nivells d'irregularitat són necessaris.

Fins ara no hi ha fórmula per a això. El secret del bon violí està en la textura adequada de les dimensions, en el gruix i curvatura de les planxes de fusta, en les característiques d'elasticitat, humitat i altres materials. Els físics busquen com i en què poden ajudar els violinistes a millorar els seus productes.

Els últims estudis d'instruments tradicionals s'utilitzen per al disseny d'ordinadors capdavanters. El gran avanç s'ha produït en el so transitori inicial de la nota. En un instrument de corda com el violí, aquest principi està limitat per la manera en què l'arc oscil·la el fil i el cos comença a vibrar. La fusta corporal no pot començar a vibrar bruscament, les vibracions de la nota anterior hauran d'interrompre's mentre comencen les de la nova nota. La capacitat del cos per a canviar amb freqüència és característica del bon violí. En moltes ocasions, els violinistes diuen que amb una violí que és tan ràpid, és “de resposta més ràpida”. Aquesta és una dels principals senyals d'identitat del Stradivarius.

En la dècada dels 50 es van construir uns sintetitzadors inicials que es van utilitzar per a canviar una nota al llarg del temps mitjançant una eina anomenada “envelope shaper” (formadora de la superfície). Era un circuit normal que augmentava i reduïa una nota a una velocitat determinada. Però fins als primers anys dels 70 ningú es va adonar que això era un control molt superior. El que realment es necessitava era una manera d'augmentar i disminuir els diferents harmònics d'una nota a diferent velocitat. A poc a poc es va posar de manifest que cada nota d'un instrument necessitava una composició harmònica diferent i una velocitat d'augment i reducció diferent per a cada harmònic.

Els últims teclats electrònics, a més de realitzar aquest tipus de canvis en els components de la nota, poden introduir el so de la respiració o del moviment de les tecles del jugador, introduir el so dels moviments de l'instrument o de les tecles per a aproximar-se més al timbre real de l'instrument. Produeixen un munt de sons impressionants, però normalment procedeixen de bancs de sons reals acumulats en l'ordinador. Són veritables sintetitzadors o només eines que recullen, ordenen i combinen mostres de so real? Els físics difícilment poden resistir la victòria total.

No obstant això, els sintetitzadors electrònics no han fet un camí curt des dels anys 30. En els anys 70, el principal avanç van ser els elements de tensió elèctrica controlada (els dispositius anteriors tenien un “dial” per a controlar la freqüència o l'amplitud en un generador d'ones). En un element de tensió controlada, la freqüència o amplitud varia segons la tensió establerta. Per exemple, el teclat no seria més que un instrument que aplica certa tensió a un generador de sons cada vegada que es prem una tecla. El vibrato s'obtindria per una oscil·lació de la tensió que provocaria una vibració en freqüència i/o amplitud.

En els anys 80, el notable avanç va ser probablement l'anomenat ‘Musical Tresna Digital Interface’ (MIDI, interface digital d'instruments musicals). Es tracta d'un llenguatge digital o “protocol” gairebé universal mitjançant el qual gairebé qualsevol instrument digital pot controlar altre o controlar-lo per un altre. Per exemple, en el “Royal Institution Christmas Lectures” em van deixar diversos instruments musicals electrònics de diferents fabricants. Tots tenien els tres caps de cinc agulles midi-in, midi-through i midi-out. Si associem la sortida d'un teclat digital d'una casa a l'entrada d'un “sampler” (o muestreador) digital d'una altra casa, el teclat podria utilitzar els sons que hi ha en el sampler. Utilitzant la connexió “Through”, alguns instruments es poden unir en cadena formant una “orquestra” que controla el primer instrument.

La sala d'enregistrament més modern de la BBC consta de diferents sintetitzadors, samplers i altres fonts sonores, totes elles unides entre si a un teclat complet i a un potent ordinador mitjançant el sistema MIDI. El compositor pot produir sons, barrejar-se de diferents maneres i realitzar una composició completa. Tots els detalls es guarden en l'ordinador i poden ser reutilitzats, modificats, augmentats o substituïts. Quan el resultat és correcte es grava en cinta.

Fins fa poc, la majoria de les eines electròniques es prenien des del teclat. Gràcies al MIDI, es pot fer de moltes maneres i al músic li passaran moltes vegades “més a prop”. Per exemple, existeixen controladors similars al clarinet, amb les claus en el mateix lloc i amb una cosa similar al filtre de la llengüeta simple. L'extrem està format per sensors que responen a la pressió dels llavis i a la velocitat de l'aire i les claus són dispositius electrònics connectats per MIDI amb el sintetitzador.

No crec que els sintetitzadors llevin espai a les orquestres reals, però també és cert que tenen avantatges. Un òrgan sintetitzador no tindrà, si és necessari, el so del veritable, però pot ser suficient per a certes finalitats. El teclat electrònic val bastant menys que el piano i pot estar equipat amb un sistema de tecles sensible per força que s'exerceix actualment. Es pot dir que són equivalents als actuals harmònics d'antany. Però potser el més interessant és que produeixen molts sons nous i un compositor pot utilitzar-los al costat dels sons d'instruments tradicionals.

Quan escoltem música el que realment fa el nostre cervell, de moment no sabem. És increïble la rapidesa amb la qual separem el so produït per les màquines. La caixa de ritmes que porten associats alguns teclats és un exemple d'això. Gràcies als últims sintetitzadors hem augmentat molt el nombre de sons disponibles, però crec que la física de la música mai deixarà obsoletes les aportacions dels músics.