4. Sintesi sottrattiva

All’atto pratico, la generazione del suono avviene tramite la cosiddetta sintesi sottrattiva, utilizzata quasi in ogni sintetizzatore basato sul principio Moog. In questo processo, l’oscillazione generata dall’oscillatore (generatore di frequenza) viene sottoposta a un filtro per eliminare le armoniche indesiderate (da qui il termine "sottrattiva") e quindi inviata all’amplificatore. Esaminiamo le funzioni dei componenti uno per uno.

Struttura schematica semplificata di un sintetizzatore analogico sottrattivo

L’oscillatore (che da qui in poi denomineremo VCO) viene pilotato da un controller qualsiasi, di solito una tastiera, ed è responsabile di un’oscillazione ricca di armoniche alla giusta intonazione. Nella maggior parte dei sintetizzatori analogici vengono generate quattro forme d’onda matematiche il cui nome dipende dal loro aspetto: l’onda sinusoide, l’onda quadra, l’onda a dente di sega e l’onda a impulsi. A seconda della tipologia, queste offrono una diversa combinazione di armoniche e quindi un timbro assolutamente specifico.

Diverse forme d’onda: sinusoide, a dente di sega, quadra e a impulsi (da sinistra a destra). È evidente che l’onda quadra è molto simile all’onda a impulsi

I VCO analogici presentano diversi difetti intrinsechi: mostrano un'intonazione instabile e sono sensibili alla temperatura. Un tempo era necessario lasciare che un sintetizzatore si riscaldasse prima di un’esibizione: è dunque facile immaginare come in un concerto all’aperto la situazione potesse diventare davvero compromettente. Inoltre, nello sviluppo dei sintetizzatori polifonici, ossia apparecchi dotati di più VCO, VCF e VCA, ci si scontrava rapidamente con i limiti della tecnologia. Fattori apparentemente irrilevanti come il peso e le dimensioni dei circuiti si rivelavano problematici poiché si influenzavano a vicenda. L’onda quadra genera solo armoniche dispari rispetto al suono fondamentale e ha un carattere morbido, simile a quello del clarinetto. Al contrario, l’onda a dente di sega offre tutte le armoniche, sia pari che dispari, e quindi un suono chiaro e rotondo che ricorda gli ottoni. L’onda a impulsi è l’unica delle tre in grado di adattare la propria impronta armonica grazie alla modulazione dell’ampiezza dell’impulso, offrendo così la base più flessibile per la sperimentazione sonora.

Una volta generata la forma d’onda di base nel VCO, il segnale arriva al filtro preposto a bloccare il passaggio di determinate frequenze. Si tratta solitamente del cosiddetto filtro passa-basso, che elimina dallo spettro sonoro dell’oscillatore solo le frequenze superiori alla specifica "frequenza di taglio" (cut-off frequency). Abbassando tale filtro al punto di non far passare nessun armonico, rimane solo la frequenza fondamentale come sinusoide.

Il grafico mostra l’andamento dell’ampiezza in funzione della frequenza all’uscita di un filtro risonante.

Quanto detto vale per la funzione di base del filtro, il vero punto di forza è però il parametro di risonanza. Questo determina quanta parte del segnale in uscita dal filtro debba essere reimmessa all’ingresso dello stesso. Dal punto di vista sonoro ciò accentua la frequenza di taglio, grazie alla quale il tecnico creativo può generare suoni interessanti, dal carattere metallico-elettronico. A partire da un determinato livello di feedback, tuttavia, il filtro stesso entra in risonanza, generando così un’oscillazione sinusoidale alla frequenza di taglio (cut-off).

Il grafico mostra i quattro parametri di un inviluppo ADSR. Il parametro Sustain definisce il livello, mentre gli altri tre parametri definiscono i tempi. Nei sintetizzatori moderni, gli inviluppi possono controllare anche altri elementi oltre all’amplificatore.

Il terzo modo di influenzare il suono di un sintetizzatore è rappresentato dall’amplificatore. Nel caso più semplice, questo fa sì che il suono generato possa essere percepito, così che il volume raggiunga immediatamente il valore massimo all’invio di un comando di controllo (come la pressione di un tasto) e riportandolo a zero al cessare dello stesso. Considerato che ciò non accade praticamente mai negli strumenti acustici, all’amplificatore viene assegnata una funzione chiamata Envelope (“inviluppo”), grazie alla quale è possibile modulare il volume in funzione del tempo. I parametri Attack (tempo di attacco), Decay (tempo necessario per raggiungere il livello di sustain), Sustain (livello di mantenimento) e Release (tempo di rilascio) facilitano l’intervento.