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Síntesis por modelado físico

Definición

La síntesis por modelado físico (physical modeling) no reproduce la forma de onda de un instrumento sino que simula su funcionamiento físico: un excitador (púa, macillo, arco, soplo) pone en vibración un resonador (cuerda, tubo, membrana, placa, caja armónica), descrito mediante ecuaciones o modelos digitales. El resultado reacciona de forma natural al toque: tocar más fuerte no solo sube el volumen, cambia el timbre como en un instrumento real.

Historia esencial

  • Karplus-Strong (Kevin Karplus y Alex Strong, 1983): un breve burst de ruido entra en una línea de retardo de longitud igual al periodo de la nota; en cada vuelta la señal pasa por un filtro paso bajo (una media entre muestras). Resultado: una cuerda pulsada sorprendentemente realista con muy poco cálculo.
  • Guías de onda digitales (digital waveguide, Julius O. Smith III, Stanford CCRMA): generalización con líneas de retardo bidireccionales que modelan cuerdas y tubos.
  • Yamaha VL1 (1994): primer synth comercial de modelado físico para vientos y cuerdas, muy expresivo pero caro.
  • Hoy: Modartt Pianoteq, AAS Chromaphone y String Studio, Ableton Collision, Tension y Electric, Arturia Piano V (modelo físico, en la V Collection 9), Native Instruments Reaktor Prism, los modelos de cuerda/resonador de Pigments y Vital.

Componentes de un modelo

  • Excitador: tipo (impulso, ruido, arco continuo, soplo), dureza, posición (pulsar cerca del puente = más armónicos agudos), fuerza.
  • Resonador: tipo (cuerda, tubo abierto/cerrado, membrana, barra, placa), afinación, amortiguación (decay), rigidez (inarmonicidad: las cuerdas del piano tienen parciales ligeramente crecientes), material (madera, metal, vidrio).
  • Acoplamiento y cuerpo: la caja armónica y los resonadores simpáticos (cuerdas del piano con el pedal pisado).
  • No linealidades: batimientos, ruidos de mecánica, saturaciones.

Por qué usarlo

  • Expresividad: velocity, aftertouch, MPE y modwheel cambian el comportamiento físico; ideal con controladores MPE (Roli, Linnstrument, Osmose).
  • Ligereza: nada de gigabytes de muestras (Pianoteq pesa pocas decenas de MB).
  • Híbridos imposibles: una cuerda excitada por un arco con un cuerpo de vidrio; percusiones «metálicas» afinadas para pads y plucks futuristas.

Recetas de base

  • Pluck Karplus-Strong: ruido breve (5 ms) → delay afinado → paso bajo. Cuanto más oscuro el filtro, más breve y opaco el sonido; más feedback = sustain más largo.
  • Mallet / marimba: excitador impulsivo suave sobre barra de madera, decay de 0,5–1 s, inarmonicidad moderada.
  • Cuerda frotada (pad): arco con presión modulada por un LFO lento, cuerpo de violonchelo, reverb.
  • Percusión metálica: barra o placa metálica, inarmonicidad alta, decay largo: campanas y gongs sintéticos.

En FL Studio

FL Studio no tiene un verdadero modelador físico de serie como Collision, pero puedes obtener un Karplus-Strong «casero»: un burst de ruido breve (3x Osc con envolvente corta) enviado a Fruity Delay 3 o a un comb filter con un delay de pocos ms y feedback alto: afinando el tiempo de retardo a la nota (1000 ÷ frecuencia ms: A3 = 220 Hz → 4,55 ms) obtienes una cuerda. Para instrumentos completos usa Piano V, Pianoteq, Chromaphone.

Ejemplo en la menor

Pluck metálico para un tema ambient a 90 BPM: en Chromaphone (o similares) excitador de maza dura, resonador «beam» con inarmonicidad media, decay de 1,2 s; arpegio A3 – C4 – E4 – B4 sobre Am(add9) y F – A – C – E sobre Fmaj7 en corcheas; delay a 1/4 con puntillo, reverb de 3 s. Piano V con micrófonos cercanos para los acordes.

Errores comunes

  • Esperar un realismo absoluto: los modelos son convincentes en la mezcla, menos en solo con vientos y voces.
  • Ignorar la velocity: es justamente el punto fuerte.
  • Valores excesivos de feedback y resonancia: autooscilaciones y picos (pon un limiter de seguridad mientras experimentas).

Ejercicio

  1. Construye un Karplus-Strong con ruido + delay afinado + filtro en FL Studio y toca C4 (3,82 ms de delay) y A3.
  2. Con Piano V, compara velocity 40 y 110 sobre la misma nota: anota qué cambia en el espectro con un analizador.

Enlaces

«Sampling y samplers», «Síntesis aditiva», «Diseño de plucks», «Filtros», «La serie armónica y el timbre».

Fuentes

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