Il Sintetizzatore

Il sintetizzatore (abbreviato anche a synth dal termine in inglese) è uno strumento musicale che appartiene alla famiglia degli elettrofoni. È un apparato in grado di generare autonomamente segnali audio, sotto il controllo di un musicista o di un sequencer. Si tratta infatti di uno strumento che può generare imitazioni di strumenti musicali reali o creare suoni ed effetti non esistenti in natura. Attualmente troviamo anche sintetizzatori virtuali (VST), che assolvono a questo compito interamente a livello software e che si appoggiano su schede sonore interne o esterne collegate ad un Personal Computer. Il sintetizzatore è generalmente comandato per mezzo di una tastiera simile a quella del pianoforte, ma non mancano realizzazioni destinate ad essere gestite mediante il fiato, la pressione, le corde di una chitarra o altri tipi di controller come sensori a raggi infrarossi. Agli inizi del novecento il piano sonoro era stato molto sfruttato: si era arrivati ad un punto in cui i suoni e le combinazioni di questi erano state totalmente utilizzate. Infatti il sistema temperato, che divide la scala in 12 semitoni, era giunto in saturazione. Si continuò per molto tempo ancora ad usare il sistema su cui si basa Il clavicembalo ben temperato di Bach, ma in quel periodo grazie anche alla letteratura (Proust) e soprattutto all'allora nascente psicoanalisi (Freud) si sentì l'esigenza di scoprire nuove forme. Queste nuove forme dovevano rappresentare l'inconscio cercando l'inaudito (mai sentito), i primi esponenti furono: Ferruccio Busoni ed Edgar Varèse. Il limite, se si pensa che siamo agli inizi del novecento, era l'utopia di questa nuova forma che non poteva essere concretizzata. Furono due i musicisti che si accostarono a loro volta a questo argomento, in modi diversi, ma sicuramente con ottimi risultati Claude Debussy e Bela Bartok, tali da far interessare anche la musica cosiddetta colta. Il primo basando la sua ricerca sull'intuizione, il secondo facendo perno sulla ricerca. Il futurismo approdò anche nella musica tramite Luigi Russolo, utilizzando il rumore della quotidianità tramite degli strumenti chiamati intonarumori che erano delle grandi scatole generatrici di rumori di cui si variava l'altezza muovendo una particolare leva. Successivamente si ebbero strumenti quali le onde Martenot e il thelarmonium. Nascono così i primi sistemi elettromeccanici per la produzione di nuovi suoni (nuovi intervalli). Erano essenzialmente dei grandi oscillatori che intonavano il suono a varie altezze, riproducendo tutte le altezze intermedie. Il primo vero sintetizzatore polifonico fu il Novachord della Hammond degli anni quaranta, che non ebbe però particolare fortuna a causa degli alti costi. Il cinema ebbe un'influenza sullo sviluppo della musica elettronica, ma il primo strumento elettronico efficiente si ha solo nei primi anni cinquanta con il sintetizzatore di Belar-Olson realizzato negli studi della RCA frutto di una collaborazione fra scienziati e musicisti. Tale strumento raggruppava degli oscillatori analogici di grandi dimensioni per generare il suono, un modulatore ad anello con l'uscita che è la somma e la differenza delle frequenze d'ingresso e diversi filtri d'elaborazione. Ne resta qualche traccia in una collezione di album dimostrativi prodotti dalla stessa RCA al fine di diffondere le capacità timbriche dell'apparecchio. L'apparecchio era enorme, complesso da manovrare e delicato nella sua manutenzione; la programmazione delle note, del ritmo e delle (relative) variazioni timbriche avveniva attraverso un lungo nastro di carta perforata che, fatto transitare sotto ad una contattiera a pettine, permetteva di prevedere l'apertura o chiusura dei diversi circuiti. Contrariamente a quanto alcuni credono, il Synthesizer RCA non venne utilizzato nella colonna sonora del film Il pianeta proibito, di Fred McLeod Wilcox del 1956; per questo lavoro, i coniugi Louis e Bebe Barron realizzarono circuitazione valvolare originale, in grado di produrre timbriche (per l'epoca) inusitate; probabilmente, il lavoro dei Barron per Forbidden Planet rappresenta il primo esempio "nobile" di circuit bending applicato alla produzione sonora. Tra i primi compositori di musica elettronica ci fu Milton Babbitt che imitò i suoni dell'orchestra usando strumenti elettronici. Particolare importanza ebbe la città tedesca di Darmstadt sede di riunioni di musicisti dal 1956 al 1961 in cui si tennero dei corsi di fondamentale importanza per il futuro, tra i partecipanti ricordiamo: Luigi Nono, Bruno Maderna, Luciano Berio, Pierre Boulez, Karlheinz Stockhausen, John Cage, Edgar Varèse. Nascono le prime composizioni che non imitano più il suono di strumenti esistenti, bensì fanno del timbro il parametro principale della musica: "noi possiamo comporre il suono"; si utilizzano così le componenti microscopiche delle onde sonore a differenza di prima che si componeva su timbri preesistenti. Anche in America si verifica lo stesso con John Cage che sceglie la casualità nella composizione mentre gli altri coetanei sviluppano la costruzione timbro dopo timbro. In Francia alla fine degli anni cinquanta negli studi della televisione francese ORTF nasce la Musique concrète (Pierre Henry, Pierre Schaeffer), si usano giradischi rallentati ed ogni tipo di nuove sonorità; si sviluppano studi in tutta Europa, in Italia nasce il Centro di Fonologia Musicale della RAI nel 1954. Un passo avanti si è verificato negli anni sessanta, con l'introduzione di versioni ridotte di sintetizzatori, destinati alla creazione di timbriche inusuali, in alcuni gruppi di musica progressive; ad esempio i Van der Graaf Generator ed i Pink Floyd. Verso la fine degli anni sessanta, comparvero i primi esemplari di sintetizzatori portatili, fabbricati in piccole serie per impiego nella musica dal vivo; precursori di questa generazione furono Robert Albert Moog e Alan R. Pearlman, rispettivamente fondatori delle più note Case produttrici di questi strumenti: Moog Inc. e ARP Instruments. Il periodo fino alla fine degli anni settanta vide lo sviluppo di strumenti monofonici (possibilità di suonare un tasto solo alla volta) con tecnologia esclusivamente a sintesi sottrattiva, sviluppati su scelte progettuali diverse: ad esempio, i sintetizzatori Moog erano largamente apprezzati per il suono sempre leggermente stonato e pertanto molto ricco, mentre i prodotti ARP avevano fama di estrema intonazione e stabilità. Un'eccezione riguardava il Mellotron, strumento destinato alla riproduzione di suoni naturali preregistrati; di fatto, lo strumento disponeva di uno spezzone di nastro magnetico per ogni tasto non chiuso ad anello, bensì lasciato libero entro apposite guide contenute nel mobile sotto la tastiera vera e propria: premendo i tasti, si poteva suonare lo strumento originale. Naturalmente una tecnica di questo tipo poteva funzionare soltanto con suoni privi di sostegno, di durata limitata ai pochi secondi trasferibili sui segmenti di nastro magnetico. Lo strumento era polifonico (possibilità di suonare più tasti contemporaneamente) e la sua introduzione sul mercato discografico causò un notevole interesse. Il primo sintetizzatore analogico polifonico prodotto in serie è stato l'Eminent 310, un organo elettronico entrato in produzione nel 1971, dotato di una sezione di string ensemble (simulazione di orchestra d'archi) molto semplice. Il suo uso più celebre si trova nell'album Oxygène di Jean Michel Jarre. Ma è dall'inizio degli anni ottanta che la produzione di sintetizzatori polifonici prese il via. Gli strumenti prodotti comunque presentavano grossi problemi di intonazione e di stabilità nel tempo, oltre ad avere punti deboli nella gestione in contemporanea di oscillatori e filtri. Uno sviluppo nel senso dell'intonazione, giunse dall'industria dei semiconduttori, con la produzione di circuiti integrati per la realizzazione di organi elettronici e strumenti analoghi; nei sintetizzatori polifonici del periodo, si otteneva la generazione digitale della forma d'onda, e relativa elaborazione analogica sottrattiva; il risultato era una perfetta intonazione dello strumento, ma contemporaneamente una perdita di corposità del suono, dovuta alla perfetta messa in fase fra i generatori, situazione che non si verifica in natura, come nel caso di una sezione d'archi o di ottoni. Infatti, in un'orchestra, ogni singolo strumento crea il proprio timbro caratteristico indipendentemente dagli altri; l'insieme di questa ricca struttura armonica genera il suono polifonico al quale siamo abituati. Una soluzione giunse dalla giapponese Roland, con due serie di strumenti (Juno (vedi Juno 106) e Jupiter) che implementavano una filosofia molto interessante: utilizzo di generatori analogici, mantenuti intonati da un generatore digitale. In questo modo l'intonazione restava propria del sistema digitale, mentre ogni singolo oscillatore poteva produrre la propria forma d'onda in modo asincrono rispetto agli altri, a tutto vantaggio del realismo polifonico. Ancora, altri produttori svilupparono soluzioni in questa direzione: la ARP Instruments produsse l'ARP Omni, che impiegava un generatore digitale unico, secondo un classico schema da organo elettronico, mentre la tastiera agiva su una serie di formatori d'onda indipendenti. Lo strumento aveva una sezione di string esemble (derivata direttamente dall'Eminent 310) e questa tecnica permise allo strumento il raggiungimento di standard di realismo fino ad allora impensabili. Grande cura fu inoltre dedicata al modulo di effetto chorus (simulazione del suono prodotto da un coro), che utilizzava tre linee di ritardo in parallelo, rigorosamente tarate su tempi primi fra loro, per evitare qualunque effetto di periodicità e di artificiosità nell'ascolto. L'ARP Omni, disponendo inoltre di tre sezioni indipendenti (archi, ottoni, bassi), sia per timbro che per tecnologia utilizzata, rappresenta il primo esperimento in scala industriale di strumento multitimbrico: si noti però che la multitimbricità di ARP Omni non permetteva la vera distinzione con timbri diversi su note diverse, ma semplicemente ogni nota produceva tre timbriche diverse contemporaneamente, instradate su tre uscite indipendenti (tipicamente archi, brass e basso). Andando avanti in questa direzione, la ARP Instruments, ora in gravi difficoltà finanziarie, cedette il suo ultimo progetto, Chroma, all'americana Fender, che lo mise in commercio nel 1982 al prezzo di sedici milioni e mezzo di lire. Il Chroma disponeva di sedici oscillatori analogici, perfettamente intonati come nello stile ARP (impiegando la tecnologia charge-pump), di sedici filtri e sedici amplificatori, tutti controllati mediante un microprocessore, con possibilità di interfacciarsi ad un computer Apple per ottenere una vera polifonia multitimbrica; il risultato era (ed è) del tutto eccezionale sia sotto il profilo tecnico che della performance dal vivo. Una delle caratteristiche dell'utilizzo del microprocessore, oltre al supporto di memorie per i vari timbri a disposizione del musicista, riguarda la generazione delle modulazioni. In un sintetizzatore analogico, un modulo a controllo di tensione (v.) può essere oggetto di modulazione da parte di più moduli contemporaneamente: Keyboard Follow, oscillatore a bassa frequenza (LFO), ADSR, controlli estemporanei come pedali di espressione e/o Pitch Wheel e così via. Viene da sé che, trovandosi in un sistema di tipo analogico, la somma di tutte queste variabili porta facilmente ad errori e imprecisioni, che si traducono in inopportune stonature ed effetti non desiderati dal musicista. Il Chroma simulava tutte queste tensioni sotto forma di numeri, eseguendo la somma algebrica dei valori di tutte queste sorgenti modulanti direttamente nei registri del microprocessore, senza errore alcuno. Solo il dato finale veniva convertito in valore analogico (con un DAC a 12 bit) ed inoltrato al modulo da controllare; il risultato era ancora una volta di una precisione straordinaria. Sempre nel 1982, la giapponese Yamaha segnò un passo importantissimo in questo sviluppo, mettendo in commercio il sintetizzatore DX-7, a modulazione di frequenza a 6 operatori; lo strumento suonava splendidamente e forniva suoni di ricchezza e complessità fino ad allora impensabili (campane, molle d'acciaio, violini con l'attacco dell'archetto e così via). La sua comparsa segnò il declino dei numerosi strumenti a sintesi sottrattiva esistenti all'epoca, e aprì la strada in modo sempre più standardizzato alla tecnologia digitale. Pochi anni più tardi, fecero la loro comparsa altri tipi di sintesi digitale; in effetti, una volta poste le basi per fabbricare in larga scala strumenti gestiti da microprocessori sempre più potenti, risultò assai semplice adottare tecniche innovative per adattarsi alle crescenti esigenze dei musicisti. Da menzionare la tecnologia RS-PCM di Roland (1988), che per evitare l'effetto di suono riprodotto (opaco, poco incisivo), tipico dei numerosi campionatori dell'epoca, utilizza un generatore a sintesi additiva, controllato da un profilo descrittivo del suono originale, che poteva risiedere su economiche schedine inseribili. Il risultato è di rara brillantezza e presenza, dovuta alla vera e propria rigenerazione del suono mediante armoniche prodotte all'istante, quindi non riprodotte. Un ulteriore beneficio viene dalla quantità di memoria necessaria per archiviare i suoni o adottarne di nuovi: laddove un campionatore necessita di archiviare le forme d'onda per intero, con grande dispiego di memoria, la tecnica RS-PCM richiede soltanto di memorizzare il modo (il profilo) con cui la sintesi additiva deve essere articolata. Questa tecnica è tuttora utilizzata nei pianoforti digitali della stessa Casa. Partendo dal presupposto per il quale il timbro caratteristico di un dato strumento è prodotto dalla fondamentale più una determinata distribuzione delle armoniche, è possibile ricreare un suono naturale partendo dalla somma di un certo numero di frequenze fondamentali (segnali sinusoidali) e distribuendole nello spettro sonoro. Tale tecnica, pur permettendo teoricamente di poter riprodurre qualsiasi suono esistente, in realtà è di estrema complessità; infatti, laddove la sintesi sottrattiva agisce su un consistente numero di armoniche, già patrimonio del segnale grezzo originale, qui abbiamo la necessità di controllare un numero elevatissimo di componenti, che molto probabilmente andranno modulate individualmente, per ottenere una risposta convincente all'ascolto. Si tratta pertanto di una tecnica complessa, che non ha incontrato molto successo nella produzione industriale di strumenti musicali elettronici (è però interessante nell'ambito della ricerca). Da un generatore di segnale con elevata produzione di armoniche (ad esempio onda quadra, onda triangolare, dente di sega, etc) si interviene con un sistema di filtri allo scopo di modificare il timbro e quindi la forma d'onda. Esempi di sintesi sottrattiva si possono ritrovare anche negli strumenti musicali tradizionali dove la selezione del timbro è ottenuta in maniera meccanica tramite la cassa armonica come nella chitarra o nel violino. È inoltre possibile variare frequenza del filtro (cut off) ed il fattore di merito Q (Peak o resonance) tramite opportuni controlli. I filtri possono essere realizzati con tecnologia analogica (reti RC o componenti discreti) oppure nel dominio digitale tramite dsp. Altri parametri fondamentali nella catena di sintesi analogica sono l'inviluppo (ADSR), il controllo del volume (VCA) e gli effetti di vibrato (LFO). I primi sintetizzatori a sintesi sottrattiva erano implementati tramite sistemi modulari analogici dove era possibile interconnettere e controllare ogni modulo a piacimento. In seguito sono stati sviluppati i primi sintetizzatori normalizzati dove l'utente poteva scegliere fra alcune configurazioni di base scelte dal costruttore. Una grande rivoluzione è stata l'implementazione della sintesi sottrattiva nel dominio digitale, dove un semplice DSP può sostituire le funzioni centinaia di moduli analogici. Alcuni esempi di celebri sintetizzatori analogici a sintesi sottrattiva sono i sistemi modulari Moog, i giapponesi Korg Monopoly, e Roland Jupiter 8 ed gli americani Arp 2600 e Sequential Circuits prophet 5. Tra i sintetizzatori digitali a sintesi sottrattiva ricordiamo in Clavia Nord Lead, Roland JP8000 e korg MS 2000. Sistema di sintesi del suono che si basa su una concezione corpuscolare del suono; questo viene quindi generato mediante lo sviluppo di grani sonori che vengono poi sommati per generare suoni complessi. Sperimentata da John Chowning presso il centro CCRMA della Stanford University, questa tecnica è divenuta di grande popolarità tramite una fortunata serie di sintetizzatori prodotta dalla giapponese Yamaha, a partire dal 1982. Il concetto parte dalla possibilità di modulare in banda audio la frequenza di una fondamentale mediante un altro segnale (puro cioè sinusoidale nelle prime versioni commerciali Yamaha, di complessità differente nelle implementazioni successive): sotto questa azione, il segnale modulato modifica la propria fase in funzione del segnale modulante, perdendo così la caratteristica di segnale puro e arricchendosi di nuove armoniche; il risultato è estremamente variabile in funzione del rapporto aritmetico fra le frequenze e dell'ampiezza del segnale modulante: maggiore è l'ampiezza del segnale modulante, maggiore sarà la distribuzione di armoniche nel segnale fondamentale. Ciò permette di ottenere timbriche di eccezionale verosimiglianza, soprattutto operando con combinazioni di più generatori (nel caso di Yamaha, fino a sei nel sintetizzatore DX-1) e operando sullo schema di combinazione dei generatori (detti operatori), sull'inviluppo di ampiezza e di frequenza degli stessi. Questo procedimento è molto più vicino alla generazione naturale del suono di quanto si immagini; nel momento in cui il suono viene prodotto, ad esempio con una chitarra acustica, la corda viene spostata dal proprio stato di quiete e rilasciata: ciò provoca un'oscillazione della corda corrispondente alla sua fondamentale, sommata allo "sforzo" del pizzico. In questo esempio, la fondamentale della corda è l'oscillatore modulato, mentre l'andamento nel tempo della componente del pizzico rappresenta l'oscillatore modulante. L'ampiezza di entrambi degrada con l'andare del tempo, fino al naturale smorzamento del suono, ovvero si delineano due differenti curve di inviluppo per i due generatori. Il suono risultante sarà pertanto diversamente colorato in funzione dell'intensità e della modalità (dita o plettro) del pizzico. Un esempio ancora più evidente lo si trova nella tecnica slap per il basso elettrico, o nelle varianti del pianoforte acustico (piano elettrificato Yamaha, piano a puntine). Nel caso degli archi, è lo sfregamento dell'archetto sulla corda a creare la componente modulante. Non a caso, la modulazione di frequenza e di fase trova l'eccellenza nella riproduzione proprio di queste categorie di strumenti. 

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