Um sintetizador analógico (controlados por tensão)

TECNOLOGIA 

SÍNTESE SONORA & ELETRÔNICA ARTESANAL 
Um sintetizador analógico (controlados por tensão)

Não sei se a maioria sabe, mas na década de 1960, os sintetizadores entraram no cenário musical, graças ao engenheiro norte-americano Bob Moog e reinaram ate a década de 80. Os sintetizadores deste período usavam circuitos eletrônicos analógicos controlados por tensão, os sons emitidos eram obtidos a partir de sinais puramente eletrônicos ou pulsos elétricos (formas de onda senoidal, triangular, dente-de-serra, etc.).O uso de tensões de controle tinha vantagens e desvantagens. Uma das vantagens nos sintetizadores modulares era a possibilidade de se ligar à saída de um módulo a outro, o que permitia inúmeras combinações de arquitetura dos módulos. Claro havia algumas complicações técnicas, como no caso do VCO,mas esta é pra falar depois...

 Sinais e tensões de controle 
Existem dois sinais elétricos distintos e principais num sintetizador analógico:

• Tensões de controle (CV)
• Sinais de disparo (Gate/Trigger). 

Os sintetizadores analógicos adotavam o processo de síntese subtrativa, em que um sinal sonoro (forma-de-onda) inicial pode ser alterado por circuitos de filtragem harmônica (altera o timbre) e de controle de amplitude (cria a característica dinâmica). Cada parâmetro podia ser controlado direta e imediatamente pelo músico, por meio de botões e chaves no painel (associados aos respectivos circuitos), o que permitia total domínio sobre o processo de síntese do som.

Além das novas características sonoras, os sintetizadores também trouxeram inovações em termos de expressividade, com a inclusão de alguns dispositivos, como os controles de afinação (Pitchbend) e modulação (Modulation), implementados por botões rotativos ou alavancas, o sensor de pressão no teclado (Aftertouch), e também a possibilidade de se usar pedais para alterar diversos parâmetros sonoros.

Praticamente todos os primeiros sintetizadores analógicos eram monofônicos, (só podiam produzir uma nota de cada vez), pois como cada nota tinha que ser gerada por um único circuito eletrônico relativamente complexo ficava muito caro e complicado construir um instrumento com capacidade polifônica e ao mesmo tempo com controle total sobre a síntese do som. Essa limitação só foi superada com o uso de microprocessadores, no final da década de 1970.

 Síntese Subtrativa Analógica

 Existem várias técnicas de síntese musical. A mais utilizada nos sintetizadores é a síntese subtrativa. Sinais ricos em conteúdo harmônico (e.g.: ondas retangulares, triangulares...) são filtrados convenientemente a fim de se obter uma forma de onda com as características espectrais desejadas. E claro que qualquer das técnicas utilizadas apresentam limitações que dizem respeito à própria implementação eletrônica e também à complexidade no manuseio. O conjunto de oscilador, filtro e amplificador, além de outros elementos  são utilizados no processo de síntese subtrativa, para que se possa como já foi descrito ter recursos de dinâmica (envoltória) e efeitos adicionais no timbre final.

 Os sintetizadores analógicos podem não ser todos do tipo “modular”, mas os modulares são os mais apreciados...Podemos generalizar o interior deles em setores distintos:

·         Circuitos geradores de sinal de áudio (osciladores controlados a tensão - VCO (voltage controlled oscillators), os geradores de ruído branco (ou "colorido") - Noise Generators.)

·         Circuitos que modificam este sinal de áudio(Timbres - filtros passa baixas, passa altas ou passa banda controlados por tensão - VCF (voltage controlled filters ), os filtros ressonantes fixos - Fixed Filters Bank, etc. Amplitude -amplificadores controlados por tensão - VCA(voltage controlled amplifiers) e atenuadores. )

·         Circuitos que controlam todo processo (circuitos que geram tensões de controle e sinais de disparo para os outros módulos, caso dos teclados controladores, seqüenciadores, geradores de envoltória (envelope shapers), osciladores de modulação (LFO - low frequency oscillators), joystick, etc. )

·         Circuitos de apoio ( mixers de audio e tensão (CV Mixers), processadores de tensões de controle com possibilidade de inversão, soma , lógica e preset - CV processors, Gate delayers, phasers e flangers controlados por tensão ...

As possibilidades de configuração e adição de circuitos são vastas!  Todos os circuitos comentados acima serão apresentados mais afundo conforme eles sejam utilizados em nossos projetos. 

Diagrama em bloco simplificado de um sintetizador analógico.

 Módulos ou circuitos de um sintetizador:

Um projeto básico compreende os seguintes módulos:  

• VCO 
• VCF - 12db 
• VCF - 24db 
• VCA 
• NOISE 
• ADSR (gerador de envelope) 
• Teclado controlador 
• LFO (low frequency generator - oscilador de modulação ) 
• Fonte de alimentação 
• COM (módulo de saída) 

O exemplo acima do famoso, Elektor Formant Synthesizer .

Módulo ou circuito VCO :

O módulo principal de um sintetizador analógico é o oscilador controlado por tensão – VCO (Voltage-Controlled Oscillator) , sua função é gerar formas de onda ricas em conteúdo harmônico que serão posteriormente filtradas adequadamente de acordo com o timbre que se deseja. Tipicamente três formas de onda (waveforms) são geradas pelo circuito do VCO: retangular, triangular e dente de serra. Estas formas estão disponíveis simultaneamente na saída do circuito e todas na mesma freqüência e fase. Formas de onda simples se comparadas às dos instrumentos acústicos, o que torna muito difícil a reprodução de timbres convencionais por este processo. Por outro lado, as formas-de-onda puramente eletrônicas permitiram a criação de novas sonoridades nunca antes ouvidas, o que foi o principal fator de sucesso dos sintetizadores, quando surgiram.

Para conseguir maior diversificação de sonoridade com os osciladores analógicos, colocam dois ou mais osciladores em paralelo, somando suas saídas, de forma a obter uma composição harmônica mais complexa, a partir da adição de sinais diferentes. Outro recurso é manter esses osciladores ligeiramente fora de sintonia, produzindo um batimento das freqüências, o que resultava num som encorpado (na verdade, fora de sintonia, os osciladores são muito fáceis de perder sintonia por causa da instabilidade térmica dos circuitos; difícil mesmo é mantê-los exatamente na mesma freqüência!). Por outro lado, como os circuitos analógicos são um pouco imprecisos e nem sempre totalmente lineares, mesmo as formas-de-onda “puramente” eletrônicas não são assim tão puras, de maneira que uma onda dente-de-serra com o pico um pouco arredondado, ou uma onda quadrada um pouco inclinada, geralmente, cria uma sonoridade mais interessante. Essas imperfeições é que dão aos sintetizadores antigos o som cheio (fat sound), tão desejado hoje pelos tecladistas que usam instrumentos digitais, o que forçou os fabricantes a um retorno no tempo, recriando os timbres “vintage” nos sintetizadores modernos. O VCO é o circuito mais crítico em termos de projeto e construção. Sua exatidão no que diz respeito à freqüência deve ser levada ao extremo, um erro da ordem de 0,1% em freqüências elevadas comprometem e muito a qualidade do sistema por ser facilmente perceptível pelo ouvido humano. A síntese eletrônica tem o alcance em termos de notas maior , pois enquanto cada instrumento acústico possui uma extensão limitada de notas, o sintetizador pode produzir notas em praticamente todo o espectro audível.

OS PARÂMETROS FUNDAMENTAIS DO SOM:

A música é um conjunto de sons ordenados. Na síntese musical, um certo conhecimento da física do som é necessário para se entender, construir e experimentar sons com um adequado grau de controle, principalmente quando lidamos com instrumentos musicais eletrônicos.

Uma maneira de se visualizar um determinado som é através da sua forma de onda, ou seja, a forma em que a pressão de ar varia no tempo. Hoje em dia é possível visualizar formas de onda na tela de um osciloscópio ou de um computador. Para tanto, os sons devem ser convertidos em tensão elétrica, quando já não se encontram nessa grandeza.

• FREQÜÊNCIA

Freqüência é uma grandeza física associada a movimentos de característica ondulatória que indica o número de execuções (ciclos, oscilações) por unidade de tempo.
O tempo necessário para executar uma oscilação o Período.

Sua unidade é o hertz (Hz). Altos valores de freqüência são medidos em kilohertz (kHz). O ouvido humano é capaz de perceber sons com freqüências entre 16 Hz e 16 kHz, embora esses valores sejam uns tanto arbitrários, por variarem de pessoa para pessoa, além de ser influenciado pela idade destes.

A freqüência de uma onda sonora está relacionada com a sua altura (não confundir com volume ou intensidade do som).À medida que a freqüência aumenta, o som torna-se mais agudo. Normalmente chamamos graves ou baixos aos tons de baixa freqüência, e diferenciamos como agudos ou altos os tons de alta freqüência. A altura é um parâmetro subjetivo que existe apenas no cérebro do ouvinte, enquanto a freqüência é um parâmetro físico. Assim, um incremento na freqüência corresponde a um incremento na altura de um som, sendo que a relação entre estas duas grandezas não é linear, e sim exponencial. A escala de tons musicais tem seu próprio sistema de medida. Ao contrário da freqüência, as unidades são relativas ao invés de absolutas. A unidade fundamental é a oitava. Uma vez que as unidades de afinação são puramente relativas, uma nota padrão deve ser definida a fim de se obter as freqüências correspondentes de todas as outras notas musicais, aplicando-se a elas uma razão apropriada. Esta nota é o Lá (A4) acima do Dó (C4) médio, e sua freqüência é de 440 Hz.

F=1/T
F(Hz)- Freqüência em Hertz
T(s)- Tempo em Segundo
Uma revolução ou execução por segundo corresponde assim a 1 Hertz.

• AMPLITUDE

Outro parâmetro que descreve uma forma de onda, ou um determinado som, é a amplitude. Em acústica, a amplitude representa a magnitude da variação da pressão do ar, enquanto que em eletrônica a amplitude é relacionada com a magnitude da tensão ou da corrente num circuito. Devido a vários fatores como, por exemplo, a enorme faixa dinâmica do ouvido humano, a amplitude é usualmente expressa em decibéis, que é uma unidade adimensional que relaciona por cálculos logarítmicos a razão entre duas grandezas. A Intensidade Sonora está relacionada com a Amplitude da onda sonora e com a quantidade de energia que a fonte sonora transmite ao meio de propagação do som. À medida que o som se propaga, a energia associada à vibração das partículas do meio vai diminuindo, logo a amplitude de vibração vai diminuindo também. Por esse motivo, quanto mais afastados estamos da fonte sonora, mais dificuldade temos em ouvir o som produzido. A maneira mais óbvia de se especificar a amplitude, por exemplo, de uma onda de tensão senoidal é determinando a mínima e a máxima tensão num período e expressando a amplitude como a diferença entre os dois extremos. Esta é chamada a amplitude “pico – a – pico”. É comum também especificar o valor médio da amplitude da onda num período de tempo. A amplitude é uma descrição da potência da onda sonora. O volume do som aumenta na proporção que a amplitude de uma onda sonora aumenta. Uma música compreende uma mistura de diferentes freqüências e amplitudes.

• CONTEÚDO HARMÔNICO

Em física,  série harmônica é o conjunto de ondas compostas da freqüência fundamental e de todos os múltiplos inteiros desta freqüência. O matemático francês J. Fourier provou matematicamente que qualquer forma de onda, independente da sua origem, é um somatório de ondas de forma senoidal que é a onda fundamental ou pura de diferentes freqüências, amplitudes e fases. Ele mostrou que se a forma de onda se repete periodicamente, então as freqüências das componentes de uma onda de forma senoidal são restritas a valores múltiplos da freqüência inicial ou fundamental. O conhecimento da série harmônica ou conteúdo harmônico é importante para a construção de instrumentos musicais, sendo o parâmetro mais interessante num sinal sonoro. É ele quem define o timbre, ou característica tonal de um som. O ouvido humano consegue distinguir diferentes qualidades de som. As notas de um piano e de uma flauta são um exemplo. Mesmo quando um piano e uma flauta tocam duas notas idênticas, perfeitamente afinadas, ainda assim distinguimos uma da outra. Como isso ocorre, se a nota tocada é a mesma? O que diferencia os sons do piano e da flauta é o timbre de cada instrumento, algo que pode ser definido como a impressão sonora ou o “colorido” particular de cada som. Então os timbres, por sua vez, resultam da série harmônica, que pode ser explicada como o conjunto de freqüências sonoras que soa em simultaneidade com uma nota principal ou fundamental.

Na medida em que harmônicos de ordem superior vão sendo somados, a forma de onda vai se aproximando da onda quadrada.

As formas de onda encontradas nos osciladores dos sintetizadores analógicos, a saber:

•  Senoidal (sine wave): É o sinal equivalente à função matemática “seno”, e caracteriza-se pela ausência total de harmônicos, isto é, só possui a freqüência fundamental, sendo assim o som mais “puro” que se pode ouvir. Por razões óbvias, ela tem pouca utilidade na síntese subtrativa (a não ser quando se queira simular um assobio). Nos sintetizadores analógicos que a utilizam, a ondasenoidal geralmente era obtida a partir de ondas como as triangulares por exemplo, devidamente filtradas ou alteradas por circuitos não lineares, de forma que nem sempre são puras. Assim não há necessidade de sintetizar uma forma de onda senoidal, basta aplicar qualquer uma das ondas citadas anteriormente a um filtro “passa – baixa” com a freqüência de corte fixada no valor da própria freqüência do oscilador. Quanto maior a ordem deste filtro, menor a distorção da onda senoidal.

·         Quadrada (square wave): É um sinal que oscila entre dois níveis, e é facilmente obtida por circuitos digitais. Seu som se assemelha ao de um clarinete, e por possuir apenas harmônico

s ímpares, seu uso em síntese subtrativa também é um pouco restrito. As características espectrais exatas daonda retangular dependem exclusivamente da simetria entre os pulsos positivos e negativos. Quando são iguais, a onda é chamada quadrada e apresenta somente harmônicos ímpares que decaem 6 dB/oct. Seu timbre é brilhante e tênue. Se os pulsos não são simétricos, o espectro esperado é algo muito rico em harmônicos pares e ímpares.

·         Triangular (triangle wave): Também só possui harmônicos ímpares, mas eles têm intensidades diferentes do que na onda quadrada. Os sintetizadores analógicos geravam ondas triangulares por meio de circuitos

 integradores, onde um capacitor é carregado e descarregado por corrente, produzindo assim rampas de tensão lineares, ascendente e descendente. Assim a onda triangular tem o espectro diferente, apenas os harmônicos ímpares estão presentes e suas amplitudes decaem com o quadrado do número do harmônico, ou 12 dB/oct. Seu timbre é tênue e suave. Esta suavidade é decorrente dos fracos harmônicos de ordem superior.

·         Dente-de-serra (sawtooth wave): Esta onda, diferentemente da triangular, possui >uma rampa linear apenas no trecho da subida do sinal, e a descida ocorre abruptamente, como na onda quadrada. Por causa dessa assimetria, ela possui harmônicos ímpares e pares sendo, portanto, bastante útil no processo de síntese

 subtrativa. Os timbres de strings nos sintetizadores analógicos eram criados a partir deste sinal. A onda dente de serra apresenta harmônico cujas amplitudes decaem com o inverso do número do harmônico, ou 6 dB/oct. Seu timbre é envolvente e brilhante.

VARIAÇÃO NOS PARÂMETROS

Todos os sons em estado estacionário podem ser descritos por três parâmetros fundamentais: a freqüência, a amplitude e o conteúdo harmônico. Os equivalentes audíveis para esses parâmetros são a altura, a intensidade e o timbre. Cada um dos três itens (amplitude,  freqüência e fase) pode ser modulado ou modificado, e, dessa forma, teremos ondas com aspectos diferentes. 

·         Vibrato: Quando em uma execução musical, uma pequena, mas intencional modulação na freqüência é adicionada, esta modulação é chamada de “vibrato”, e pode assumir infinitas freqüências, amplitudes e formas de onda. Normalmente o “vibrato” é algo próximo a uma onda senoidal com 6Hz e uma amplitude de (1)% da onda original.(ver VFO)

·         Pulso (pulse): Geralmente os VCOs incluem um controle de largura de pulso para a onda retangular ,que é

 resultado da assimetria de uma onda quadrada. Também chamada de onda retangular, sendo uma variação da onda quadrada, a parte superior e inferior não são iguais, e por isso contém harmônicos ímpares e pares. Ela pode ser gerada facilmente por circuitos digitais ou, então, por circuitos analógicos comparadores a partir de uma onda dente-de-serra. Geralmente, os sintetizadores analógicos permitiam que se ajustasse a largura do pulso, conseguindo-se assim variações de conteúdo harmônico. Em muitos deles, podia-se aplicar uma modulação cíclica à largura do pulso, obtendo-se um sinal chamado de PWM (pulse width modulation), de sonoridade muito interessante.

·         Ruído (noise generator): Além das formas-de-onda mencionadas acima, vários sintetizadores analógicos

 possuem também um gerador de ruído cujo sinal pode ser adicionado aos sinais de onda gerados, e assim simular certas peculiaridades dos instrumentos acústicos, como o barulho do sopro numa flauta ou do impacto do ataque de um som percussivo. Além disso, o gerador de ruído permite a criação de vários tipos de efeitos sonoros, desde chuva e trovões até foguetes e tiros. A geração de ruído nos sintetizadores antigos pode ser obtida a partir do ruído térmico de um transistor (ruído branco), que é devidamente amplificado e filtrado.

Módulo ou circuito VCF :

Os FILTROS CONTROLADOS POR TENSÃO ou VCF (voltage-controlled filter), manipulam os harmônicos das formas de onda gerada pelo VCO. As formas de onda geradas no oscilador possuem um conteúdo harmônico rico, porém estes harmônicos são distribuídos de maneira uniforme ao longo do espectro. Estas formas de onda são aplicadas então a filtros, cuja resposta em freqüência modifica a relação de amplitude entre seus harmônicos, resultando numa alteração no timbre do som a ser sintetizado. Assim uma vez

gerado pelo oscilador (VCO), o som é direcionado ao filtro (VCF), onde a sua composição harmônica é devidamente modificada. É aqui onde se consegue as alterações mais drásticas, sobretudo se o filtro puder operar em ressonância. A maioria dos filtros dos sintetizadores analógicos é do tipo passa - baixas (low-pass filter), o que significa que ele atenua as freqüências acima de determinada referência, deixando passar intactas apenas aquelas que estejam abaixo da referência. A freqüência de referência para o início da atenuação é chamada de freqüência de corte, e a quantidade de atenuação a ser imposta às freqüências que estão acima da freqüência de corte vai depender da construção do filtro, podendo proporcionar quedas de 12, 18 ou 24 dB por oitava. A “imperfeição” analógica também aparece na atuação do filtro, de maneira que seu comportamento é influenciado pelas eventuais não-linearidades e instabilidades dos circuitos.

Nos filtros em que há o recurso de ressonância (ou ênfase), pode-se ajustar o ganho que será aplicado ao sinal nas proximidades da freqüência de corte, o que criará um pico no espectro do sinal na região próxima à freqüência de corte e, dependendo da intensidade dessa ênfase, ouvir-se-á uma característica “sibilante” no som. Uma vez que o filtro é o principal elemento no controle do timbre de um sinal, é desejável que apresente diversos tipos de respostas em freqüência, e também que seus parâmetros possam ser rapidamente variados através de controles de tensão, isto é, que o timbre do som possa variar dinamicamente. As entradas de controle são duas: uma tensão que determina a freqüência de corte do filtro e outra que determina o fator de ressonância. A entrada de sinal de áudio é de saída do VCO. Naturalmente outras fontes de sinal de áudio podem ser conectadas à entrada do VCF. Circuitos típicos de filtros apresentam quatro saídas de sinais, cada uma correspondendo a um determinado tipo de resposta em freqüência do filtro: passa baixa, passa altas que funciona exatamente oposto ao já conhecido passa - baixa, e elimina as componentes harmônicas que estejam abaixo da freqüência de corte, passa banda e rejeita banda que só permite passar um segmento do espectro harmônico que esteja entre duas determinadas freqüências, o que resulta em sons interessantes, usados para simular voz, por exemplo.

Módulo ou circuito VCA:

Um amplificador controlado por tensão - VCA (Voltage Controlled Amplifier), é um amplificador de sinais de áudio cujo ganho é proporcional a uma tensão de referência, que pode vir de um controle acionado pelo usuário ou de algum outro módulo do sintetizador.

Os sinais em um sintetizador controlado por tensão são conceitualmente divididos em sinais de áudio que representam sons, e sinais de controle que representam parâmetros. Um módulo VCA, por exemplo, tem uma entrada de sinal de áudio, uma entrada de controle e um sinal de áudio como saída. Variando a tensão CC na entrada de controle o ganho do amplificador é alterado. Podemos considerar, então, que o amplificador altera a amplitude do som passando por ele de acordo com a tensão na entrada de controle.

Apesar de ser um circuito simples, sua implementação torna-se um pouco complicada por dois fatores: 1) é necessária uma fonte de corrente controlada por tensão para ajustar a polarização dos transistores através de um sinal de tensão; 2) para o perfeito isolamento entre os sinais de controle e o sinal de áudio, é necessário um amplificador com elevada taxa de rejeição às tensões de modo comum na saída diferencial.

Módulo ou circuito ADSR ( Attack-Decay-Sustain-Release) :

Variações na amplitude também são de extrema importância na caracterização de um som.

Uma variação de amplitude delineando uma nota ou um som qualquer é freqüentemente chamado envelope de amplitude, ou simplesmente envelope. A forma e a duração do envelope tem profundo efeito na percepção do timbre de uma nota, tão importante quanto o próprio conteúdo harmônico. O gerador de envoltória (Envelope Generator ou Contour Generator) é o elemento que pode controlar o comportamento do filtro (VCF) e do amplificador (VCA) e em alguns sintetizadores, também do oscilador (VCO), permitindo que se determine uma variação dinâmica (time-variant) da intensidade e composição harmônica do som no tempo. Assim o circuito de envoltória,  pode ser aplicada ao amplificador (para alterar a intensidade) e ao filtro (para alterar composição harmônica).

Uma característica que diferencia um instrumento musical de outro é a variação de sua intensidade sonora em função do tempo, o que está diretamente relacionado com suas características físicas e com a execução. Numa simplificação razoável o tempo de duração de uma nota pode ser dividido em quatro partes: ataque, decaimento inicial, sustentação e decaimento final ou relaxamento. Num sintetizador, essa forma de onda é esculpida pelos geradores de envelope, ou geradores ADSR, onde os tempos de ataque e decaimento e o nível de sustentação são controlados. A saída do gerador é um sinal de tensão que varia de acordo com o formato do envelope gerado. O circuito do gerador é composto de duas partes: um gerador AD (ataque / decaimento inicial) adicionado a um gerador AR (sustentação /relaxamento).A execução de um som é dividida por estes quatro estágios básicos:

·         Ataque (attack): É o transiente ou a fase   inicial do som, isto é, o tempo que o som leva para sair do “zero” ou silencio (disparado por "Note On") e atingir um ponto  máximo; é ele quem determina, por exemplo, se um som é percussivo ou não.

·         Decaimento (decay): É o tempo decorrido desde o fim do ataque (ponto de máximo) até o ponto em que o som se sustenta no próximo estágio. Em alguns casos, após o ataque o som sofre um decremento de intensidade antes de se estabilizar. Assim após o ataque o som sofre um perda de intensidade antes de se estabilizar. Normalmente o decaimento é um fenômeno muito rápido (de alguns centésimos a menos de um décimo de segundo). Decaimentos costumam acontecer principalmente em instrumentos de cordas tais como o piano e de percussão.

·         Sustentação (sustain): Este terceiro estágio pode ser definido como um período de tempo ou não, pois se enquanto a nota estiver sendo executada a sustentação for permanente (como num som de órgão), o tempo poderá ser infinito; portanto o estágio de sustentação é definido mais como um nível do que como um período. Corresponde assim ao tempo de duração da nota musical ,na maior parte dos instrumentos este tempo pode ser controlado pelo executante,mas em alguns casos o som nem chega a se sustentar e o decaimento inicial já leva o som diretamente ao seu relaxamento. Alguns instrumentos (principalmente os de percussão) não permitem controlar esta duração.

·         Repouso (alguns textos chamam o tempo R de Relax ou Relaxamento) (release):  É o tempo que o som leva para ir do ponto de sustentação até o repouso final (zero), e nos sons sustentados, como o órgão, é disparado quando se solta a tecla ("Note Off"). É então o final da nota, quando a intensidade sonora diminui até desaparecer completamente. Pode ser muito rápido, como em um instrumento de sopro, quando o instrumentista corta bruscamente o fluxo de ar ou quando a pele de um tambor é silenciada com a mão. Também pode ser muito lento, como em um gongo ou um piano com o pedal de sustentação acionado. Nestes casos a nota pode permanecer soando por vários segundos antes de desaparecer completamente. 

Então se com um sintetizador, desejarmos reproduzir o som de um instrumento real, ele deve reproduzir o mais fielmente possível o envelope deste instrumento. Para que o som produzido se pareça com o som de um instrumento de cordas, percussão, sopro, etc, o músico deve ajustar os tempos do perfil ADSR, controlando a duração de cada um destes períodos. Sons de instrumentos inexistentes também podem ser criados através do uso de perfis que um instrumento acústico não poderia produzir, como por exemplo, um tempo de ataque muito longo ou notas que podem ser sustentadas por vários minutos.

Sinais e tensões de controle 

Existem dois sinais principais num sintetizador analógico:

1.  tensões de controle (CV)
2. sinais de disparo (Gate/Trigger) . 
   
   Os controladores geram tensões (voltage em inglês), como foi visto são proporcionais à nota (ou notas, se polifônico) que está sendo executada. Estas tensões serão aplicadas nos osciladores do sintetizador para a geração do tom musical. Cada vez que uma tecla é apertada ou ocorre um evento similar, é gerado também um sinal de disparo para os geradores de envoltória (envelopes) . Este sinal é chamado de gate e trigger. Os sinais de trigger e gate iniciam o tempo de ataque. No entanto apenas o sinal gate fornece a duração do período de sustentação e inicia o período de relaxação, logo após este sinal retornar a zero.

Módulo ou circuito teclado controlador(keyboard) :

Basicamente ao se pressionar uma tecla é direcionada ao VCO uma  tensão fixa de controle (CV – control voltage) correspondente a nota que se quer emitir, e ao mesmo tempo era enviado aos geradores de envoltória (ADSAR) um pulso de disparo (trigger) para esculpir ou modelar o sinal .Uma das maiores limitações dos sintetizadores analógicos monofônicos é que podem gerar uma nota de cada vez, e, portanto, a estrutura chamada de voz do sintetizador – era utilizada para produzir apenas uma única nota , os teclados são implementados com contatos auto-exclusivos em que ao se pressionar uma tecla as demais são  desabilitadas , o que só foi resolvido com o uso do gerenciamento digital das teclas ativadas no teclado (keyboard scanning) nos sintetizadores polifônicos. Assim para a execução do sintetizador por um músico, é necessária uma interface que seja ao mesmo tempo familiar para o usuário e funcional para o circuito. Um teclado similar ao dos órgãos é uma boa escolha, já que o sinal de controle a ser gerado é uma tensão (VCTRL) que pode ser conseguida a partir de um divisor resistivo alimentado por uma fonte de corrente. Deste modo cada tecla do teclado determina umas tensões correspondentes, que obedece ao padrão 1V/oitava.

O circuito incorporado ao teclado e o slide que é muito interessante, também chamado portamento, permite que haja um deslizamento de freqüência entre as notas, ou seja, quando o VCO mudar de uma freqüência para outra não o faz bruscamente, passando antes por todas as freqüênciasintermediárias.

Na minha opinião uma parte delicada devido ao mecanismo das teclas por ser de difícil montagem ou aquisição.

 Modulo de circuito LFO (low frequency generator ) :

O oscilador de baixas freqüências (LFO) (cerca de 0,01 Hz a 20 Hz), que pode ser usado como um modulador de outros blocos:

O LFO é aplicado ao VFO, cria uma modulação de freqüência, que produz o vibrato;

Quando aplicado ao VCA, cria uma modulação de amplitude, produzindo tremolo.

 Se  aplicado ao VCF, cria uma variação cíclica de composição harmônica, podendo produzir efeitos interessantes como o wah-wah, por exemplo. Dependendo do sintetizador, o LFO pode possuir formas-de-onda senoidal (que produz a modulação mais suave), triangular, dente-de-serra ou quadrada. A implementação do circuito do LFO segue os mesmos princípios já descritos anteriormente sobre o oscilador principal. A quantidade de modulação aplicada pelo LFO em geral é ajustada por um controle específico denominado modulation wheel, que nos sintetizadores Moog e Prophet é implementado por uma “roda” de controle que aciona um potenciômetro, enquanto que nos sintetizadores EMS e Polyfusion a modulação é controlada por um bastão de joystick. Em alguns sintetizadores, como o Prophet-5, o destino do sinal do LFO pode ser selecionado pelo músico.

Modulo de circuito ALIMENTAÇÃO (FONTE) – power supply unit (PSU)

A unidade de fonte de alimentação ( PSU ),parece ser esquecida por muitos,mas é muito importante para a estabilidade do conjunto, a fonte de alimentação deve ser bem dimensionada ,filtrada e isolada para evitar os ruídos principalmente. A maioria dos sintetizadores usa fonte simétrica com padrões de saída de tensão entre 5  e 18 volts e a corrente pode variar ,mas não é alta geralmente alguns miliamperes .

Modulo de saída de áudio - COM (OUTPUT)

Como o nome diz é a saída de áudio, pode ser uma saída de baixo nível para ser ligada em um amplificador ou ter incorporado um estagio amplificado de potencia e alto falantes embutidos. 

Resumindo é a conexão externa do sintetizador, todo processo gerou sinais elétricos, que finalmente pode ser convertido em som.

MATERIAL DE APOIO:

Eu resumi, misturei ou utilizei informação destas fontes. Por isso agradeço a eles por dividir seu conhecimento. Pode alguma coisa não estar correta na informação ou transcrição, por favor fique a vontade para me ajudar a melhorar. 

NOVAS TECNOLOGIAS APLICADAS À MÚSICA  - Miguel Balloussier Ratton*

 O EQF 200 Synthesizer - Por José Augusto Jr.  exclusivo para a Audio List 

SINTETIZADOR MUSICAL ANALÓGICO - UMA RELEITURA SOB A ÓTICA DA ELETRÔNICA MODERNA 

Autor: CHRISTIAN GONÇALVES HERRERA

 http://www.electronica-pt.com/index.php/content/view/194

http://telecom.inescn.pt/research/audio/cienciaviva/natureza_som.html

http://www.aulas-fisica-quimica.com/8f_06.html

http://www.apple.com/br/sound/

http://www.estacaomusical.com.br/aprendendomusica/17/serie-harmonica

http://pt.wikipedia.org/wiki/S%C3%A9rie_harm%C3%B4nica_(m%C3%BAsica)

http://www.eps.ufsc.br/disserta96/tafner/cap3/cap3.htm

http://pt.wikipedia.org/wiki/ADSR

Agradecimentos especiais ao inventor do sintetizador controlado por tensão,sem suas idéias o mundo estaria privado de alguns sons e timbres se quer imaginados ...
Dr. Robert Moog    (1934 - 2005)

Texto postado originalmente -EDYNEL - 2012  SITE Síntese Sonora SYNTH - DIY

 Agradeço sua visita!