El tipo de sonido que obtenemos de un instrumento musical depende de la forma de onda de la señal generada. Los sintetizadores poseen diversos tipos de filtro que pueden modificar estas formas de onda y, así, llevar a la producción de cualquier tipo de sonido. Partiendo de cualquier órgano común, o incluso de un generador básico, podemos producir sonidos de los más diversos timbres y hasta elaborar nuestro sintetizador con la utilización de filtros. En este artículo describimos algunos tipos de filtros que podrán ser experimentados en proyectos de música electrónica.
El tipo más "puro" de sonido que existe es aquel que posee una forma de onda senoidal, como muestra la figura 1.
Sin embargo, la forma de onda senoidal raramente aparece en los instrumentos musicales, pues está justamente en las deformaciones de la señal, el efecto agradable que los mismos logran en una pieza musical.
Pocos instrumentos, como el corno inglés, producen sonidos que se acercan a la forma de onda senoidal, y por esto, hasta son usados como patrón de afinación de los demás instrumentos de una orquesta.
Los instrumentos, en general, así como la voz humana, poseen formas de onda bastante complejas. La figura 2 muestra algunas de estas formas de onda.
Según Fourier, podemos "sintetizar" cualquier forma de onda a partir de ondas senoidales que tengan entre sí una relación de terminada de frecuencias y de intensidades. Inclusive, si tuviéramos señales senoidales de determinada frecuencia y sus múltiplos, (el doble, el triple, el cuádruple, etc.) que son denominados armónicos, podemos sintetizar cualquier forma de onda. La figura 3 ilustra de qué modo podemos sintetizar una forma de onda rectangular a partir de una sena] senoidal de la misma frecuencia y sus armónicas.
Al analizar este hecho teniendo en cuenta nuestra percepción auditiva, constatamos que nuestros oídos consiguen distinguir los timbres de los diversos instrumentos porque poseen proporciones diversas de armónicas, que determinan su forma de onda. Por este motivo conseguimos distinguir los sonidos de los diferentes instrumentos, cuando los mismos emiten una misma nota musical.
En la música acústica, la emisión de sonidos se hace a partir de las características mecánicas del instrumento, el formato de la caja de resonancia y el tipo de cuerda o el medio, según el cual el aire se hace vibrar, determinan el timbre, que no puede ser modificado.
Mientras tanto, en la electrónica, la forma de onda, y por lo tanto el timbre, son determinados por circuitos, y por eso, hay gran flexibilidad para una modificación.
Así, partiendo de una serial rectangular, podemos fácilmente colocar filtros pasa bajos, pasa altos y pasa bandas de modo de retirar ciertas armónicas que constituyen al formato de la señal.
El resultado es la modificación de la a forma de onda, que se traduce en un timbre completamente diferente.
Podemos decir que, con la elección apropiada de los filtros y de sus frecuencias de operación, será posible sintetizar cualquier forma de onda (figura 4).
Un sintetizador parte de este principio. Se calculan decenas de filtros ajustables de modo que trabajen las señales, operando algunos incluso sobre la señal compuesta, como muestra la tigura 5, posibilitando así que el músico obtenga el sonido deseado.
Para aquellos que gustan de la música electrónica, la elaboración de diversos tipos de filtros para experimentar en un instrumento, no es difícil.
A continuación, daremos algunas configuraciones pasivas, basadas en capacitores, resistores e inductores.
Estas configuraciones deben ser excitadas por buffers (separadores) apropiados y en su salida debemos conectar amplificadores sensibles.
En la figura 6 damos un ejemplo de buffer para estos filtros.
Esta ganancia unitaria posee una baja impedancia de salida y elevada impedancia de entrada. La banda pasante se vuelve ancha y, con esto, tenemos una buena ganancia de potencia en todas las frecuencias trabajadas, sin distorsiones.
En la figura 7 tenemos diversos tipos de filtros que se pueden usar en un sintetizador.
En (a) tenemos un simple filtro RC variable que suaviza el timbre obtenido por una forma de onda como la rectangular y contornos abruptos.
En (b) tenemos un filtro más elaborado, en que se usan dos capacitores y dos resistores, siendo uno de ellos variable. La conformación de la señal para este filtro, vuelve más suave los contornos de una onda.
En (c) tenemos un filtro que utiliza dos diodos, siendo uno de ellos un zener. Las características de los diodos permiten "recortar" la señal, modificando su amplitud, y consecuentemente, generando más armónicas en la conmutación en que los contornos se vuelven más abruptos.
Un filtro más completo, del tipo "PI", aparece en (d), con elementos variables que permiten modificar bastante la forma de onda de la señal original.
La operación de estos filtros puede ser simultánea para una salida única de frecuencias, con la utilización de llaves que los combinen en paralelo, como muestra la figura 8.
Otra posibilidad consiste en la utilización de filtros en salidas de frecuencias diferentes. Para obtener una señal de timbre ideal es común que los sintetizadores tengan circuitos que produzcan una salida de dos o más frecuencias múltiplos de la nota ejecutada.(figura 9)
Así, para la nota "la" de 440 Hz tenemos tres salidas simultáneas de 440, 880 y 1760 Hz que pueden ser combinadas resultando en una forma de onda fundamental de 440 Hz con un timbre definido por la proporción de las señales de entrada.
Pasando las tres señales por filtros distintos, tendremos mayores recursos para la obtención de los más diversos sonidos en la salida.