La síntesis de modelado físico

¿Qué son los sintetizadores de modelado físico?

Dentro del amplio mundo de los sintetizadores de sonido, recientemente se ha empezado a popularizar una categoría conocida como physical modeling o modelado físico. Veamos de qué se trata esta interesante forma de crear sonidos.

La idea básica del modelado físico es, primero que nada, entender la manera en que funcionan los instrumentos musicales acústicos. Por ejemplo, se hace un análisis de la manera en que funciona un tambor, una guitarra, una marimba o, incluso, un instrumento más complejo, como el piano.

Pensemos en un instrumento relativamente sencillo, como un arpa. Aquí el punto inicial será analizar la manera en que se comporta físicamente una cuerda. Se debe analizar la manera en que vibra, cómo cambia esta vibración cuando la cuerda es delgada o gruesa, qué pasa cuando el material de la cuerda cambia o cuando se pulsa desde el centro o desde una orilla.

Todos estos puntos han sido analizados ya desde hace muchos años por expertos en acústica y física. El resultado ha sido una serie de ecuaciones matemáticas que describen de forma precisa cómo comporta una cuerda bajo todas estas condiciones. Se sabe cómo son los armónicos que se generan, la velocidad de las vibraciones, su amortiguamiento y muchos detalles más.

Ahora, el arpa también cuenta con un resonador. Este es una caja que ayuda a que el sonido proveniente de las cuerdas suene más fuerte. Los resonadores también son elementos bien estudiados por la acústica, por lo que se conocen también las ecuaciones que gobiernan estos sistemas considerando su tamaño, forma, etc.

¿En qué consiste la síntesis de modelado físico?

Bueno, ¿y todo esto qué tiene que ver con la síntesis de sonidos? Pues la síntesis de modelado físico consiste en sistemas digitales (computadoras) que generan sonido imitando el comportamiento que tienen los instrumentos acústicos reales. En decir, son sistemas que generan los sonidos siguiendo las ecuaciones que indican cómo se genera y modifica la vibración.

Por ejemplo, en el caso del arpa, el procesador de un sintetizador de este tipo hace los cálculos para crear ondas como las que genera una cuerda. Entonces se agregan los cálculos del efecto que tendría el resonador y los materiales de la cuerda. Incluso hay instrumentos que permiten ajustar la posición que tendría un micrófono al grabar dicho instrumento. El resultado es un sonido que se puede parecer muchísimo a la realidad.

Este tipo de síntesis es diferente al uso de samplers, ya que éstos usan samples o grabaciones reales de instrumentos (archivos de audio WAV o similar), mientras que el modelado físico genera las señales por sí mismo.

El modelado físico podría haber estado disponible desde hace muchos años, sin embargo, el impedimento principal era la capacidad de procesamiento de las computadoras disponibles. Actualmente, gracias al gran poder de procesamiento que tenemos y al costo bajo del mismo, es posible que esta tecnología sea una realidad.

En los límites de la imaginación

Entonces, ¿qué ventaja tiene usar síntesis de modelado físico? Bueno, pues básicamente hay dos ventajas importantes del modelado físico con respecto al uso de samples:

En primer lugar, el almacenamiento que requiere un sintetizador de modelado físico es mucho menor que el que requiere una librería de samples. Una librería necesita un gran número de muestras o grabaciones que sean disparadas. Por lo general se usan muestras grabadas con diferentes intensidades y en diferentes rangos del instrumento. Esto da como resultado que un instrumento con samples pueda pesar hasta 1 GB fácilmente (por ejemplo un sample de piano).

Un instrumento de modelado físico, como el Pianoteq, que es uno de los mejores, ofrece una calidad igual a la mejor librería (para algunos podría ser calidad superior) ¡y pesa menos de 50 MB!

La otra diferencia importante es que los sintetizadores de modelado físico permiten personalizar o ajustar parámetros del instrumento virtual. Por ejemplo, uno puede decidir el material de ciertos elementos, el peso, tamaño, forma, etc.

Esto significa que, en muchos casos, uno puede configurar el instrumento para crear resultados fuera de lo común o que serían imposibles de tener en la vida real. Como por ejemplo, un piano con cuerdas de plástico, un arpa de metal o ¡un tambor de 5 metros de diámetro! Todo esto dependerá de las opciones que nos dé el desarrollador del sintetizador.

Una gran variedad de instrumentos disponible

Actualmente existe una gran variedad de instrumentos y marcas de todo tipo y calidad. Algunas empresas se especializan en este tipo de síntesis, como por ejemplo Audio Modeling, que cuenta con una gran variedad de cuerdas y maderas.

Sistemas DAW como Ableton Live, Logic o Reason incluyen sintetizadores de modelado físico para crear tambores, percusiones o instrumentos de cuerda usando los principios de esta formidable tecnología.

Definitivamente vale la pena hacer la prueba con instrumentos de modelado físico y empezar a agregar estas herramientas a nuestra librería de instrumentos.

Muy bien, pues te invito a que me digas sobre qué tema de ingeniería en audio, acústica, producción o tecnología musical quisieras aprender. Mándame un mensaje en los comentarios o bien a través de Facebook o Instagram. ¡Saludos!