O tipo de som que obtemos de um instrumento musical depende da forma de onda do sinal gerado. Os sintetizadores possuem diversos tipos de filtros que podem modificar estas formas de onda e, assim, levar à produção de qualquer tipo de som. Partindo de qualquer órgão comum, ou mesmo de um gerador básico, podemos produzir sons dos mais diversos timbres e até elaborar nosso sintetizador com a utilização de filtros. Neste artigo descrevemos alguns tipos de filtros que poderão ser experimentados em projetos de música eletrônica.
O tipo mais “puro” de som que existe é aquele que possui uma forma de onda senoidal, conforme mostra a figura 1.
No entanto, a forma de onda senoidal raramente aparece nos instrumentos musicais, pois está justamente nas deformações do sinal, o efeito que eles podem acrescentar a qualquer peça musical.
Poucos instrumentos, como o "corn" inglês, produzem sons que se aproximam da forma de onda senoidal e, por isso, são até usados como padrão na afinação dos demais instrumentos de uma orquestra.
Os instrumentos, no geral, assim como a voz humana, possuem formas de onda bastante complexas.
A figura 2 mostra algumas destas formas de onda.
Segundo Fourier, podemos “sintetizar” qualquer forma de onda a partir de ondas senoidais que tenham entre si uma relação determinada de freqüências e intensidades. Indo além, se tivermos sinais senoidais de determinada freqüência e seus múltiplos (o dobro, o triplo, o quádruplo etc.), que são denominados harmônicos, podemos sintetizar qualquer forma de onda.
A figura 3 ilustra de que modo podemos sintetizar uma forma de onda retangular a partir de um sinal senoidal de mesma freqüência e suas harmônicas.
Ao analisarmos este fato levando em conta nossa percepção auditiva, constatamos que nossos ouvidos conseguem distinguir os timbres dos diversos instrumentos porque eles possuem proporções diversas de harmônicas, que determinam sua forma de onda.
É por este motivo que conseguimos distinguir os sons de instrumentos diferentes, quando estes emitem uma mesma nota musical.
Na música acústica, a emissão dos sons é feita a partir das características mecânicas do instrumento.
Formato da caixa de ressonância, tipo de corda ou o meio, segundo o qual o ar é colocado em vibração, determinam o timbre, que não pode ser mudado.
No entanto, na eletrônica, a forma de onda, e portanto o timbre, é determinada por circuitos e, por isso, há grande flexibilidade para uma modificação.
Assim, partindo de um sinal retangular, podemos facilmente colocar filtros passa-baixas, passa-altas e passa-bandas de modo a retirar certas harmônicas que contribuem para o formato do sinal.
O resultado é a modificação da forma de onda, que se traduz num timbre completamente diferente.
Podemos dizer que, com a escolha apropriada dos filtros e de suas frequências de operação, será possível sintetizar qualquer forma de onda (figura 4).
Um sintetizador parte deste princípio.
Dezenas de filtros ajustáveis são calculados de modo a trabalharem os sinais, alguns até operando sobre o sinal composto, como mostra a figura 5, possibilitando, assim, que o músico obtenha o som desejado. (Atualmente utilizamos DSPs que fazem a síntese digital dos sinais)
Para aqueles que gostam de música eletrônica, a elaboração de diversos tipos de filtros para experimentar num instrumento não é difícil.
A seguir, daremos algumas configurações passivas, baseadas em capacitores, resistores e indutores.
Estas configurações devem ser excitadas por buffers apropriados e na sua saída devemos ligar amplificadores sensíveis.
Na figura 6 damos um exemplo de buffer para estes filtros.
O ganho unitário garante uma baixa impedância de saída e elevada impedância de entrada.
A faixa passante torna-se larga e, com isso, temos um bom ganho de potência em todas as freqüências trabalhadas, sem distorções.
Na figura 7 temos diversos tipos de filtros que podem ser utilizados num sintetizador.
Em (a) temos um simples filtro RC variável que suaviza o timbre obtido por uma forma de onda como a retangular e contornos abruptos.
Em (b) temos um filtro mais elaborado, em que são usados dois capacitores e dois resistores, sendo um deles variável.
A conformação do sinal para este filtro já torna mais suave os contornos de uma onda.
Em (c) temos um filtro que utiliza dois diodos, sendo um deles um zener.
As características dos diodos permitem ceifar o sinal, modificando sua amplitude e, conseqüentemente, gerando mais harmônicas na comutação, em que os contornos se tornam mais abruptos.
Um filtro mais completo, do tipo “PI”, é mostrado em (d), com elementos variáveis que permitem modificar bastante a forma de onda do sinal original.
A operação destes filtros pode ser simultânea para uma saída única de freqüências, com a utilização de chaves que os combinem em paralelo, conforme mostra a figura 8.
Outra possibilidade consiste na utilização de filtros em saídas de freqüências diferentes.
Para se obter um sinal de timbre ideal é comum que os sintetizadores tenham circuitos que produzam uma saída de duas ou mais freqüências múltiplas na nota executada.
Assim, para a nota Ia de 440 Hz temos três saídas simultâneas de 440, 880 1760 Hz que podem ser combinadas, resultando numa forma de onda fundamental de 440 Hz com um timbre definido pela proporção dos sinais de entrada.
Passando os três sinais por filtros distintos, teremos maiores recursos para a obtenção dos mais diversos sons na saída.
Ref.: Electronic Music Circuit Guidebook TAB n° 743 - 1975
