Intense Tech con Defense Mech – Análisis del sintetizador del canal Wave en LSDJ. Parte Uno

- Posted October 12th, 2018 by

Artículo Original de DEFENSE MECHANISM. Traducción al Español por Pixel Guy.

¡Hola, soy Defense Mechanism! Bienvenidos a la primera entrega de Intense Tech, donde daremos un vistazo detallado a algunas de las características de LSDJ para continuar con el espíritu de la “Charla Tecnológica de Paul”. Mi objetivo es compartir conocimiento y sabiduría que pase a las siguientes generaciones de chiptuners, ¡la intención es crear un ejército de maestros en el bleepbloopin’!

El tutorial inaugural cubrirá lo qué se necesita para comprender el sintetizador del canal Wave. Específicamente los parámetros de Signal, Filter, Volume, Q, y Cutoff.

El ChipWIN Blog ha sido equipado con: ¡DEFENSE MECHANISM!


Una de las características más confusas, y probablemente de las más intimidantes, del LSDJ es el sintetizador del canal Wave. Tengo fe en que después de trabajar en los siguientes ejercicios, no solo encontrarás que es algo fácil de utilizar, sino que una vez que tengas una idea clara de cómo funciona, entenderás por qué es uno de los aspectos más poderosos del LSDJ.

Revisaré cada parámetro a profundidad para quitarle el misterio y saber qué es lo que está pasando; pero primero, comencemos con un vistazo rápido al canal Wave del Game Boy en sí.

El canal Wave reproduce formas de onda de 4-bit y 32 samples.  Esto puede ser representado por 32 dígitos en sistema hexadecimal  –0-F–, como se puede apreciar en la pantalla WAVE del LSDJ mostrada a continuación.

Estén atentos: “8ECDCCBBAAA999888776665554433231” ESTARÁ en el examen.

Esto quiere decir que cada sample solo tendrá el volumen de un valor variable entre 0 y 15 (de 0 a F en hexadecimal). Comparado con el audio de 16-bit (el estándar más común para las grabaciones), que permite 65,536 valores únicos de volumen, ¡el depth de 4-bit de audio del Game Boy solo permite dieciséis valores para el volumen! Mientras que esto puede parecer mucho menos con lo cual trabajar al hacer una comparación, está bien, ya que eso es parte de lo que le da al canal Wave su característico sonido crujiente.

Comencemos viendo un poco de lo básico en lo que se refiere a formas de audio, como se puede ver en este gráfico de Wikipedia:

Al finalizar esta lección comprenderás cómo hacer una onda senoidal. Antes de que lleguemos ahí, tenemos que explicar un poco de la teoría que está detrás de cómo son producidas las notas musicales.

El sonido es causado por aire que vibra y cada forma de onda mostrada arriba es una representación de cómo se verían esas vibraciones si pudieras verlas. También puedes visualizarlas imaginando la forma en que una bocina se mueve hacia adelante y hacia atrás cuando esta emite sonidos. La onda senoidal es la forma de onda más básica –ya que solo contiene la frecuencia fundamental  pura de la nota base–. Las demás contienen armónicos (múltiplos de la frecuencia original). Al combinar diferentes armónicos a diferentes ratios, podemos crear formas de onda que suenen diferente entre sí (esto es conocido como cambiar el “timbre” de un sonido). Cuando escuchas la diferencia entre una nota tocada en un violín y la misma nota tocada en una flauta; hay mucha diferencia en el timbre, ya que escuchas los resultados de la mezcla de diferentes armónicos que son producidos cuando vibra el aire.

Para dar un ejemplo de un armónico: si multiplicas una frecuencia por dos, tendrás la misma nota, pero una octava arriba. Al incrementar la multiplicación en uno se crea el siguiente armónico.

Ejemplo: La 220 Hz (LSDJ A3) – Fundamental, alias nota base. (Los nombres de las notas corresponden a la versión 6 y superiores; para la versión 4 solo añade una octava).
La 220 Hz x 2 = La 440 Hz (LSDJ A4) – Una octava por encima (primer armónico).
La 220 Hz x 3 = Mi 660 Hz (LSDJ E4) – Una octava y una quinta por encima (segundo armónico).
La 220 HZ x 4 = La 880 Hz (LSDJ A5) – Dos octavas por encima (tercer armónico).
La 220 Hz x 5 = Do# 1100 Hz (LSDJ C#5) – Dos octavas y una tercera mayor por encima (cuarto armónico).
La 220 Hz x 6 = Mi 1320 Hz (LSDJ E5) – Dos octavas y una quinta por encima (sexto armónico).

Las primeras seis notas en la serie armónica de La 220 Hz.

La serie armónica de una nota incluye la nota en su frecuencia fundamental y esa misma frecuencia multiplicada por dos, tres, cuatro y así sucesivamente. Cada múltiplo de 2 (2, 4, 8, 16, etc.) representa las octavas de la frecuencia fundamental. Cada múltiplo de 3 (3, 6, 12, etc.) representa una quinta por encima de la frecuencia fundamental (excepto por el 9 y sus múltiplos, los cuales representan una decima mayor). Cada múltiplo de 5 (5, 10, 15, etc.) representa una tercera mayor por encima de la fundamental. Algunas multiplicaciones con números extraños, incluyendo el 7 y para arriba, no cuadran con notas convencionales; por ejemplo, 7 es una especie de séptima menor desafinada; 11, sería una quinta disminuida desafinada.
(Inclusive la tercera mayor en las series armónicas está afinada un poco diferente que en la mayoría de los sistemas modernos de afinación, pero se acerca tanto que termina por  convencer a tus oídos).

La forma de onda por defecto en LSDJ es una onda de sierra, la cual se crea cuando las ondas senoidales de toda la serie armónica se combinan.

Un ciclo completo de una onda de sierra generada en Audacity.

Un ciclo completo de una onda de sierra generada en LSDJ.

Escucha este ejemplo de audio de una onda de sierra en Audacity, seguida de una onda de sierra en LSDJ a 440 Hz.

(Formas de onda puestas una junto a la otra para fines comparativos).

Escucharás una pequeña diferencia, pero todo suena mejor en LSDJ, con una sorprendente fidelidad y calidad de audio.

Esta onda de sierra es representada como  en la pantalla Synth de LSDJ.

La onda cuadrada, es construida al combinar ondas senoidales de la serie armónica, pero solo en armónicos extraños. Muchos de nosotros probablemente conocemos ese sonido distintivo de una onda cuadrada (la cual también puede ser construida en el canal Pulse poniendo el duty cycle al 50 %).

La onda triangular, , (nota: no deben confundirla con el ícono de triángulo, que luce como una onda senoidal.) es construida de la misma forma que la onda cuadrada, usando armónicos extraños, pero estos bajan su volumen a medida que aumentan su frecuencia (más de lo que lo hacen las ondas cuadradas). Su sonido es adecuado para un bajo profundo, puede que estés familiarizado con ella si has escuchado el canal de 4-bit de onda triangular de la NES.

No parece posible el crear una onda senoidal en LSDJ, ya que el parámetro “Signal” solo tiene las tres opciones mencionadas anteriormente y  la onda senoidal es la notable ausente. Sin embargo, ya que cada una de esas formas de onda está fundamentalmente construida a partir de ondas senoidales, puedo mostrarte cómo extraer una de ellas de cualquiera de esas opciones.

De forma conveniente, el siguiente parámetro en la pantalla Synth, “Filter”, es la herramienta que necesitamos.

Con “Filter”, tenemos cuatro opciones: Lowpass (Lowp), Highpass (Highp), Bandpass (Bandp) y Allpass (Allp).

Si estás familiarizado con los filtros tradicionales de un sintetizador analógico o digital, es muy probable que ya entiendas esto. Si no, puedes ver los filtros de LSDJ como elegir entre qué armónicos permites que se escuchen en el sonido que se produce en tu forma de onda final. La frecuencia en la que el filtro actúa es seleccionada por el parámetro de “Cutoff”.

Con Lowpass, solo los armónicos del Cutoff y debajo del mismo “pasarán” el filtro, lo que quiere decir que tu frecuencia fundamental es el tono más bajo, pero lo puede expandir hasta incluir los armónicos más altos (en LSDJ eso es hasta quince armónicos, en teoría). Con Highpass solo los armónicos más altos del Cutoff y por encima del mismo pasarán, aunque lo puedes expandir para incluir los bajos. Con Bandpass solo el rango de armónicos especificado por el Cutoff pasará. Por último, con Allpass todos los armónicos pasarán, pero algunas fases de los armónicos serán cambiadas a donde el Cutoff hace énfasis, como resultado se producen diferentes timbres.

Dejando de lado esa explicación un tanto simplista; lo siguiente que veremos es qué pasa cuando ponemos el Cutoff de nuestro filtro de Lowpass a un valor de 10. Ya que esto es 0x10 (16 en hexadecimal), que se encuentra  dentro de un posible 0xFF (255 en hexadecimal), solo estamos permitiendo a nuestro filtro el que pase la nota más baja de la serie armónica, la fundamental. Recuerda que si solo quieres escuchar la primera forma de onda de Synth tienes que poner la función Play en modo Manual en la pantalla Instrument del canal Wave.

¡Una forma de onda senoidal salvaje ha aparecido!

Podemos observar que se ve un poco aplastada, así que incrementaremos el valor de Q, también conocido como resonancia. Este parámetro nos dará un incremento en el volumen dondequiera que el Cutoff de nuestro filtro esté puesto, dejando el resto de los armónicos con el mismo volumen. Pongamos Q a 1 para aumentar solo el volumen de la nota fundamental  y veamos qué pasa:

Está en algún lugar entre una onda senoidal y una triangular aplastada. Bajemos el volumen a 08 y subamos Q a 3. El parámetro Volume ajusta el volumen global de Signal, antes de que Filter y Q sean aplicados.

¡Eso se parece mucho a una onda senoidal en mi opinión! Siéntanse libres de experimentar con valores diferentes para Q, Cutoff y Volume y solo ajústenlos a como les gusten.

Al tocar notas en octavas bajas con esta forma de onda se generan los sonidos más bajos –y adecuados para el instrumento del mismo nombre– posibles en el canal Wave. La misma contiene la menor cantidad de armónicos posible, lo que la hace una opción perfecta para un kick o un sub bajo. En una situación ideal, una onda senoidal no contiene armónicos en lo absoluto, solo la frecuencia fundamental. Sin embargo, ya que el depth del canal Wave solo nos da 16 valores para volumen, solamente podemos hacer un aproximado muy burdo de una onda senoidal, teniendo como resultado algunos armónicos que se cuelan en nuestro sonido.

Para terminar esta lección, quiero mostrarles que cada múltiplo de 10 del Cutoff, de hecho, representa un armónico en la serie armónica. Esto se vuelve más claro cuando cambiamos el Lowpass por Bandpass y elevamos el volumen a 20. Pueden notar como si ponen el Cutoff a 20, escucharán un armónico una octava por encima. Si lo ponen a 30, escucharán un armónico una octava y una quinta por encima. A 40, escucharán un armónico dos octavas encima y así sucesivamente. Si incrementas el valor de Cutoff en el filtro, puedes experimentar subiendo el valor de Q para enfatizar aún más los armónicos que seleccionaste; entre más alto sea el valor de tu Cutoff, más bajo será el volumen del armónico resultante (lo que es una característica natural de cómo es construida una onda de sierra).

Y recuerda, si cambias tu forma de onda a cuadrada o triangular, hay menos armónicos en las mismas, lo que podría hacer que parezca que algunas de las octavas o algunos otros armónicos se hayan ido.

Cutoff a 20:

Cutoff a 30:

Cutoff a 40:

¿Estás observando algún patrón en las formas de onda resultantes cuando incrementamos el Cutoff? Mantén esas observaciones en mente, ¡ya que las usaremos en la próxima entrega!

¡Gracias por leer! Espero que hayas disfrutado este tutorial, ¡nos vemos la próxima, cuando veamos el resto de los componentes de Synth en el canal Wave!

Se despide, DEFENSE MECHANISM.

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