Nell’ambito del percorso di dottorato, questo progetto di ricerca è finalizzato all’esplorazione delle caratteristiche tecniche ed acustiche di diversi modelli di sintesi, con particolare interesse alle potenzialità espressive di una loro integrazione all’interno di un sistema ibrido.
Il lavoro trae spunto dalle tecniche di Wave Terrain Synthesis e di Phase Distortion, con riferimenti evocativi ai principi della sintesi concatenativa; quest’ultima viene intesa come suggestione morfologica per l’organizzazione spaziale dei dati, supportata dall’applicazione di modelli statistici e di machine learning mirati all’analisi delle transizioni timbriche.

Lo studio si articola attorno a un duplice obiettivo:

  • Sul piano creativo: mira alla realizzazione di una composizione fondata su criteri di sound design derivanti dall’integrazione armonica e organica di differenti tecniche di sintesi.
  • Sul piano tecnico: prevede la progettazione e lo sviluppo di uno strumento virtuale basato sulla medesima architettura ibrida. La complessità dei flussi di controllo generati apre la strada, nelle fasi avanzate della ricerca, all’integrazione di algoritmi predittivi (come le catene di Markov) per automatizzare e guidare l’interazione con i parametri in tempo reale.

Come già accennato, le tecniche di sintesi su cui si basa l’architettura di questo progetto, non vengono impiegate nella loro forma convenzionale. In particolare, la sintesi wave terrain non è utilizzata come metodo diretto di generazione della forma d’onda, bensì come strumento di modulazione applicato a funzioni di trasferimento e ad altri parametri del sistema. Considerato il ruolo centrale che questa tecnica assume all’interno dello studio, risulta comunque opportuno fornire, in questa sezione introduttiva, una panoramica generale dei principi fondamentali della sintesi wave terrain e delle sue principali caratteristiche operative e timbriche.

Sintesi wave terrain

La sintesi wave terrain si basa sull’idea di esplorare una “superficie sonora” attraverso traiettorie bidimensionali. Sfruttando la metafora spaziale di un paesaggio (terrain) su cui un puntatore mobile si muove seguendo una traiettoria, il suono generato varia in base al percorso e alla topografia del terreno dando così origine a timbri articolati e dinamici dal vasto potenziale espressivo.

Dal punto di vista tecnico, la sintesi wave terrain rappresenta l’evoluzione diretta e multidimensionale della sintesi wavetable. Entrambe le tecniche fanno ricorso all’uso di tabelle precompilate per la generazione del suono ma, diversamente dalla wavetable, nella quale le forme d’onda sono contenute all’interno di uno o più vettori monodimensionali, la wave terrain utilizza una matrice bidimensionale (x,y) contenente i valori di ciascun punto del terreno (l’asse z in una rappresentazione tridimensionale). L’indice di lettura viene generato da una funzione che determina la traiettoria (detta orbita) di un puntatore sul piano a due dimensioni: il valore del terreno corrispondente al punto in cui si trova il puntatore, equivarrà all’ampiezza istantanea in uscita dal sistema di sintesi.

Il terreno può essere definito come una funzione di due variabili, dove x e y rappresentano le coordinate spaziali e z rappresenta l’ampiezza,

z=f(x,y)z = f(x,y)

percorso nel tempo (t) da un’orbita bidimensionale.

(x(t),y(t))(x(t), y(t))

Il segnale (s) risultante sarà:

s(t)=f(x(t),y(t))s(t) = f(x(t), y(t))
Semplice sistema di sintesi wave terrain algoritmo in GenExpr
Param orb_freq (0, min=0, max=20000);
Param orb_dim (1, min=0.1, max=1);
Param orb_x (1, min=1, max=6);
Param orb_y (1, min=1, max=6);
Param terr_x (1, min=1, max=6);
Param terr_y (1, min=1, max=6);

t = phasor(orb_freq, 0);

x = sin(t*twopi*orb_x)*orb_dim;
y = cos(t*twopi*orb_y)*orb_dim;

sig = sin(x*twopi*terr_x)*sin(y*twopi*terr_y);

out1 = sig;
out2 = x;
out3 = y;

Terreno

Il terreno può essere generato tramite funzioni matematiche, algoritmi procedurali, dati campionati, immagini bidimensionali, e rappresenta l’elemento centrale nella definizione del timbro del sistema.  Le sue caratteristiche determinano infatti la distribuzione delle armoniche, di eventuali discontinuità ed il comportamento spettrale complessivo del suono prodotto.

L’esempio più semplice di terreni generati attraverso funzioni matematiche è rappresentato dai terreni sinusoidali.

z=sin(x)∗sin(x)z = sin(x)*sin(x)

Grazie alla continuità delle funzioni sinusoidali, questo tipo di terreni genera variazioni morbide nel segnale audio, producendo in uscita timbri regolari ed armonici.

Degni di nota sono i terreni derivati da funzioni non lineari, le quali possono dare origine a regioni con curvature differenti, producendo spettri ricchi di parziali inarmoniche.

z=cos(8sin(x+y)+cos(πy8)−6sin(2x))z=cos(8sin(x+y)+cos(πy^8)-6sin(2x))
Terreno derivato da funzione non lineare

Altra importante categoria è costituita dai terreni generati attraverso algoritmi procedurali e processi stocastici. In questo caso il terreno non viene definito tramite una funzione semplice e regolare, ma dall’interazione di regole iterative, rumore o modelli pseudo-frattali. Tecniche basate su differenti forme di noise consentono di produrre superfici irregolari, caratterizzate da variazioni locali complesse e strutture asimmetriche.

Dal punto di vista acustico, questi terreni tendono a generare spettri densi e instabili, dando origine a sonorità articolate e complesse, particolarmente adatte alla musica elettroacustica, al sound design e alla sintesi sperimentale.

Una possibilità estremamente interessante consiste nell’utilizzare immagini bidimensionali o flussi video come terreno. In questo caso, la luminosità di ciascun pixel viene interpretata come altezza della superficie sonora. Un’immagine fotografica, un disegno astratto o il feed in real-time di una telecamera possono quindi diventare una sorgente timbrica, dando origine ad una forte relazione visivo-sonora.

Orbita

L’orbita rappresenta la traiettoria seguita dal puntatore di lettura sulla superficie ed influenza direttamente periodicità e articolazione ritmica oltre che il comportamento spettrale del suono.

Le traiettorie circolari rappresentano una delle configurazioni più semplici: il punto di lettura percorre continuamente un cammino chiuso attorno a una regione del terreno, attraversando la superficie con velocità costante. Questo tipo di scansione tende a produrre suoni relativamente stabili e periodici, soprattutto quando il terreno presenta strutture regolari o simmetriche.

x(t)=R∗sin(ωt)x(t) = R*sin(ωt)
y(t)=R∗cos(ωt)y(t) = R*cos(ωt)

dove ω rappresenta la velocità angolare, ovvero la frequenza, ed R il raggio dell’orbita e quindi l’ampiezza.

Il segnale risultante viene espresso dalla funzione:

s(t)=f(Rsinωt,Rcosωt)s(t) = f(R \,sin \,ωt, R \,cos \,ωt)

Le orbite ellittiche introducono invece una maggiore varietà dinamica.

x(t)=asin(ωt)x(t) = a\,sin(ωt)
y(t)=bcos(ωt)y(t) = b \,cos(ωt)

Con a ≠ da b, il movimento lungo i due assi avviene con ampiezze differenti. Il punto di lettura attraversa quindi regioni diverse del terreno con tempi variabili, generando timbri più articolati e meno prevedibili. Quando la frequenza dei movimenti sui due assi non coincide perfettamente, la traiettoria può produrre configurazioni quasi-periodiche, nelle quali il suono evolve continuamente senza ripetersi in modo identico.

Particolarmente importanti sono le orbite di Lissajous, ottenute dalla combinazione di oscillazioni sinusoidali indipendenti. La relazione tra frequenza, ampiezza e fase di queste oscillazioni può generare traiettorie di grande complessità, spesso caratterizzate da simmetrie intricate e da pattern in continua trasformazione.

x(t)=Asin(at+ϕ)x(t) = A \,sin(at+\phi)
y(t)=Bsin(bt)y(t) = B\,sin(bt)

dove: A e B rappresentano l’ampiezza dell’oscillazione, a e b la velocità angolare, ϕ\phi la differenza di fase.

Consentendo di controllare sia la regolarità che la complessità del movimento, le orbite di Lissajous risultano particolarmente efficaci nell’esplorazione delle superfici wave terrain, offrendo un ottimo equilibrio tra prevedibilità e varietà timbrica.

L’aspetto più significativo della sintesi wave terrain emerge quindi dall’interazione tra morfologia del terreno e comportamento dell’orbita.

L’analisi delle diverse tipologie di terreno evidenzia come la natura della superficie influenzi direttamente le proprietà spettrali del segnale prodotto. Superfici regolari tendono a generare comportamenti più prevedibili e periodici, mentre terreni procedurali o irregolari introducono maggiore complessità timbrica e componenti inarmoniche. Analogamente, la scelta delle orbite determina il modo in cui queste caratteristiche si articolano nel tempo, influenzando il grado di periodicità, stabilità e complessità del risultato sonoro.

In conclusione, la possibilità di controllare in modo indipendente le caratteristiche della superficie e della traiettoria, con un elevato livello di dettaglio, rende questa tecnica uno strumento estremamente flessibile sia in ambito compositivo sia nella ricerca sulla sintesi digitale avanzata.

Marco Cernuto

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