Oscilador: o coração do sintetizador eletrônico.

A síntese modular começa pelo oscilador, o coração do instrumento, que é definido como: um oscilador eletrônico, é um circuito que produz uma saída periódica sem um sinal de entrada. Os osciladores musicais de sintetizadores eletrônicos geralmente produzem algumas formas de onda básicas, cada uma com uma qualidade sonora distinta que é amplamente utilizada na síntese sonora. As principais formas de onda são:

Onda Senoidal: Essa é a forma de onda mais pura, composta por uma única frequência fundamental, sem harmônicos adicionais. É suave e usada para sons simples e “limpos”, como tons de flauta ou sub-bass. Existem diferentes topologias de circuitos eletrônicos para a criação da onda senoidal, como, por exemplo, o oscilador ponte de Wien (Wien Bridge), oscilador por deslocamento de fase, oscilador de Phase-Locked Loop (PLL), oscilador de Colpitts, além de filtrar uma onda quadrada, que também pode ser uma boa opção. Existem ainda muitas outras topologias, incluindo as digitais, como o uso de um Arduino.

Diferente de outras formas de onda, como a onda quadrada e a onda dente de serra, a onda senoidal não possui harmônicos adicionais: ela contém apenas a frequência fundamental.

Para uma onda senoidal com frequência fundamental ff, a representação é dada por:

Aqui:

• y(t) é a amplitude da onda no tempo tt.
• f é a frequência fundamental da onda.

Como não há outros termos além da fundamental, não existe uma série harmônica associada à onda senoidal. Ou seja, a onda senoidal é uma onda pura que consiste apenas em uma única frequência e não possui qualquer componente harmônico (nem par, nem ímpar).

Características sonoras:

A ausência de harmônicos na onda senoidal significa que ela tem um som:

• Limpo e suave: sem as frequências adicionais que dão complexidade aos timbres.
• Puro: a onda senoidal representa um tom único, sem nenhuma “coloração” que os harmônicos normalmente trazem.
• Neutro e sem brilho: por ser apenas uma única frequência, ela não possui a riqueza ou agressividade de outras formas de onda.

Onda Quadrada: Caracteriza-se por alternar entre dois valores de amplitude (positivo e negativo), criando uma forma de onda quadrada. Possui apenas harmônicos ímpares (3ª, 5ª, 7ª, etc.), o que lhe confere um som brilhante e “oco”. É muito usada em sons de clarinete e leads de sintetizadores. Para a criação do sinal quadrado, tenho a minha topologia favorita: o oscilador comparador Schmitt Trigger. Claro que existem outras topologias, como: oscilador comparador de tensão, circuito integrado 555 (modo astável), multivibrador monoestável, oscilador de relaxação, oscilador astável (multivibrador astável) e osciladores digitais.

A série harmônica de uma onda quadrada clássica é composta exclusivamente por harmônicos ímpares. Esses harmônicos são múltiplos ímpares da frequência fundamental, ou seja, se a frequência fundamental é ff, então a onda quadrada inclui frequências de ff, 3f3f, 5f5f, 7f7f, e assim por diante.

A onda quadrada pode ser representada matematicamente como uma soma infinita de harmônicos ímpares da forma:

Características sonoras:

A ausência de harmônicos pares e a presença somente dos harmônicos ímpares criam uma estrutura de som que é:

• Brilhante: devido à presença de múltiplas frequências harmônicas de alta ordem.

• Oca: pela falta de harmônicos pares, o que cria uma sonoridade menos rica em comparação com ondas como a dente de serra, que contém todos os harmônicos.

• Nasalada: por conta da estrutura particular dos harmônicos ímpares.

Onda Dente de Serra: Possui uma forma de onda inclinada que sobe suavemente e cai abruptamente, lembrando os dentes de uma serra. Essa onda contém todos os harmônicos, resultando em um som mais “cheio” e brilhante. É frequentemente utilizada para emular sons de cordas, metais e baixos. Com diferentes topologias eletrônicas, como a de um oscilador integrador, o processo de carga e descarga de um capacitor pode produzir uma forma de onda dente de serra. Além disso, com o uso de transistores ou diversos comparadores, é possível criar um oscilador eficiente — incluindo versões digitais.

A onda dente de serra com frequência fundamental ff pode ser representada por uma soma infinita de senos com frequências múltiplas da fundamental. A fórmula da série harmônica para a onda dente de:

Características sonoras:

Devido à presença de todos os harmônicos inteiros (pares e ímpares), a onda dente de serra tem um som que é:

• Brilhante e encorpado: a presença de múltiplos harmônicos de alta ordem proporciona uma riqueza de frequências que gera um som intenso e agressivo.

• Complexo e rico: ideal para criar sons de sintetizador que precisam de um timbre completo e robusto, sendo uma das ondas favoritas para imitar cordas, metais, e timbres com alto impacto.

Essas três formas de onda são fundamentais na síntese subtrativa e são muito usadas em sintetizadores analógicos e digitais para criar uma ampla variedade de timbres.