Síntesis aditiva

La síntesis aditiva es una técnica de síntesis de sonido para crear timbres.

Los timbres están formados por cantidades variables de armónicos o parciales que cambian a lo largo del tiempo con respecto a un tono o frecuencia fundamental. Los parciales son las ondas que complementan a la onda fundamental para crear un timbre, si las frecuencias de los parciales son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental son denominados parciales armonicos, y si son multiplos reales son denominados no armónicos.

En la síntesis aditiva es muy importante la utilización diferentes envolventes que se encargan del manejo la amplitud sobre cada parcial y es lo que estructura el comportamiento del sonido en el tiempo.

Para realizar el proceso se hace necesario disponer de un banco de osciladores para que generaran las diferentes ondas que complementan la onda fundamental cada una con amplitudes y frecuencias diferentes además de su propia envolvente configurable de volumen, creándose un sonido dinámico y realista.

Timbre del sonido

Existen diversas formas como un objeto comprime y descomprime el medio elástico al producir sonido. De acuerdo al matemático francés Jaques Fourier, cualquier forma compleja de vibración puede ser descompuesta en vibraciones más simples llamadas sinusoides descritas matemáticamente por medio de funciones trigonométricas.

En el caso de los tonos, la vibración se descompone en una suma de sinusoides cuyas frecuencias son múltiplos enteros de una frecuencia fundamental. Estos múltiplos son llamados armónicos o parciales. La presencia y proporciòn de intensidad de estas parciales determina el timbre de un sonido en el oído. El timbre se describe también físicamente como el espectro armónico de un sonido y depende de la presencia, proporción e intensidad de sus parciales. La presencia de todos los armónicos enteros en un sonido en relación de intensidad 1/n (1/número del armónico, tomando como 1 la frecuencia fundamental) produce una forma de onda llamada diente de sierra. Este sonido se asemeja al sonido producido por instrumentos como el oboe y las trompeta. Cuando estan presentes solo los armónicos impares en relación de intensidad 1/n, la onda resultante tiende a la forma de onda cuadrada y su sonido se asemeja al clarinete.

El papel de cada armónico

La contribución de cada armónico al timbre del sonido, en su lugar correspondiente dentro de la "receta", es el que sigue:

El sonido fundamental proporciona por sí solo la misma sensación de altura que el fundamental con todos sus armónicos; decimos que la frecuencia de la nota que se oye es igual a la del sonido fundamental.

Debido al fenómeno de la "fundamental fantasma" que tiene su explicación en el carácter no lineal del oído humano, el sonido fundamental no es imprescindible para percibir el conjunto como una nota con la misma altura, siempre y cuando existan o suenen el resto de los sonidos de la serie. El oído "reconstruye" el sonido que falta como si dedujese este resultado de una ecuación cuya únca solución posible es esta fundamental.

Los armónicos  números 2, 4, 8 y todos los que forman una relación igual a una potencia de 2 con la fundamental, refuerzan el carácter inequívoco de la sensación de altura del conjunto.

Los armónicos 3, 6, 12 y todos aquellos que forman con el 3 una relación que es una potencia de 2, aportan un timbre nasal al conjunto.

Los armónicos 5 y 10 producen un timbre o color "redondo", "profundo", "cálido" y otros adjetivos semejantes.

Los armónicos  7, 11, 13 y 15 son disonantes y dan un carácter "áspero" al sonido.

Al crecer el número de orden de un armónico, su aportación es de más brillantez o claridad; más brillantez que claridad si es un número múltiplo de los 16 primeros excepto los que hemos denominado como disonantes.


Timbre

Los armónicos son los que generan el timbre característico de una fuente de sonido (ya sea una voz humana, un instrumento musical, etc.). Son los que permiten diferenciar un tipo de instrumento de otro, o reconocer el timbre de la voz de una persona.

Los armónicos más altos son inaudibles, y lo que da diferentes timbres a diferentes instrumentos es la amplitud y la ubicación de los primeros armónicos y los parciales. Y las diferentes trayectorias de las ondas sonoras de dos instrumentos tocando al unísono es lo que permite al oyente percibirlos como dos instrumentos separados.

Por ejemplo, si dos instrumentos ejecutaran la nota do4 (la tecla blanca central de un piano), la onda fundamental de ambos poseería la misma frecuencia (en este ejemplo 264 Hz o ciclos por segundo). Sus timbres son diferentes porque cada uno produce una altura de armónicos diferentes.


Serie de armónicos

Cuando se ejecuta una nota en un instrumento musical se genera una onda de presión de aire. Esta onda sonora está acompañada por una serie de armónicos, todos prácticamente inaudibles, pero que le dan al instrumento su timbre particular. Cada armónico de esta serie tiene una amplitud (volumen o fuerza del sonido) diferente. Por ejempo en el clarinete son más fuertes los armónicos impares (el 3º, el 5º, el 7º, etc.).

A partir del quinto armónico, todos los siguientes armónicos impares suenan ligeramente desafinados con respecto al temperamento justo (que es sistema de afinación en boga en casi todo el mundo desde principios del siglo XX).