La sintesi granulare è quel procedimento di sintesi  che utilizza la scomposizione del suono in  unità fondamentali chiamati  grani . Ogni  grano o quanto sonoro è talmente piccolo che non può essere udito singolarmente, avendo  una durata che varia  da 1 a 100 ms. Ciascuno di queste unità quantiche di informazione sonora  viene elaborata  modificandone all’occorrenza  la velocità, la fase, l’intensità e la frequenza. Il procedimento successivo consiste nella stratificazione e/o concatenazione di un gran numero di questi grani al fine di ottenere un nuovo timbro.

Per capire meglio il concetto di SG proviamo a pensare alla pioggia, dove le singole gocce rappresentano la più piccola componente acustica dell’effetto finale che sarà il suono della pioggia. Le  gocce rappresentano i nostri grani e visto che ciascuna di esse non cade nello stesso momento il suono prodotto sarà diverso per ognuna (differenza di fase), inoltre l’impatto sui diversi materiali provocherà differenze di tipo timbrico, se consideriamo ad esempio un sasso, un tappeto di foglie oppure un manto erboso. L’insieme di tutte le componenti di queste unità fondamentali o grani, produrrà una texture acustica o paesaggio sonoro (soundscape) il cui effetto sarà il rumore della pioggia. Questo esempio chiarisce a mio avviso il concetto di sintesi sonora granulare  e l’uso del termine come “nuvola sonora” usato per descriverla.

Storia della Sintesi Granulare

La SG è percepita come uno sviluppo relativamente recente nella sintesi del suono, ma può anche essere vista come un riflesso di idee passate sulla natura del suono. La moderna fisica quantistica ha dimostrato che il suono può essere atomicamente ridotto a particelle fisiche (Wiener 1964). Questa forma fisica del suono fu immaginata dallo scienziato olandese Isaac Beeckman (1588-1637). il quale spiegò  che il suono viaggia attraverso l’aria come globuli di dati sonori.

La nostra storia inizia nel 1905 quando, in un polveroso archivio municipale di Middelburg , vennero rinvenuti i diari minuziosamente scritti dallo stesso Beeckman. Tali testi si rivelarono particolarmente ricchi di informazioni sull’attività del matematico e filosofo  olandese.  I suoi studi sulla natura del suono vengono esposti nella teoria delle corde vibranti dove Beeckman riflette sulla generazione del suono affermando che il fenomeno si possa spiegare in termini meccanici e corpuscolari. Egli notò : “la corda vibrante suddivide l’aria circostante in corpuscoli sferici che vengono lanciati in modo vero e proprio fino all’orecchio, dove sono percepiti come suoni “.  Questi diari rappresentano una preziosa risorsa di informazioni su Beeckam e Cartesio  suo allievo, il quale, in segno di riconoscenza verso il  maestro, scrive il breve trattato musicale Compendium Musicae.

 Beeckman aveva una concezione dell’universo di tipo atomista. Era influenzato sia dal De rerum natura di Lucrezio che dal pensiero di Democrito. Elaborò contemporaneamente a Sebastien Basson il concetto di molecola e sviluppò l’idea che una sostanza fisico-chimica potesse essere concepita come un aggregato di particelle secondarie composte da atomi.

Doppiamo aspettare più di tre secoli prima che qualcuno sviluppasse le ingegnose intuizioni di Beeckman ed elabori una teoria matematica sulla sintesi sonora granulare; il signore in questione fu il fisico ed ingegnere ungherese, nonchè premio nobel   Dennis Gabor ( 1900-1979) il quale, studiando l’elaborazione numerica dei segnali, e contribuendo non poco alla nascita della cibernetica, sviluppa nel 1946 un modello matematico  finalizzato alla creazione di tessiture sonore realizzate con una tecnica chiamata  sintesi granulare.

L’intento originale del processo descritto da Gabor  era quello di ridurre la quantità di dati necessari in una comunicazione  sonora,  affinchè potesse essere comprensibile e qualitativamente soddisfacente nelle telecomunicazioni. Nel 1947 Gabor stesso, dopo l’esposizione della teoria, costruì una macchina elettro-ottica per la granulazione del suono e fu la prima applicazione nel campo della compressione e dell’espansione temporale del suono, cioè il cambiamento della durata senza cambiarne l’altezza. Questo procedimento viene chiamato time stretching .

La ricerca di Gabor venne ripresa dal compositore e architetto greco Iannis Xenakis (1922-2001) conosciuto anche per aver scritto la musica in una particolare e suggestiva scena nel celebre film  di Stanley Kubrick 2001 Odissea nello Spazio.

La paternità dell’invenzione della sintesi granulare fu molto dibattuta in quanto Xenakis sostenne nella prefazione del suo libro: “Musica formalizzata: Pensiero e Matematica nella composizione “ed. Pendragon, di essere il primo inventore di questo tipo di sintesi. In realtà il contributo di Gabor, nello sviluppo dell’analisi  tempo-frequenza fu fondamentale e precedente al testo di Xenakis. Rimane il fatto che Xenakis  fu indubbiamente  il primo  ad usare questo tipo di sintesi sonora per fini di tipo esclusivamente musicali.
Nel 1959 Xenakis propose la seguente ipotesi: “ Ogni suono, anche le sue variazioni più continue, è assimilabile ad un insieme di un numero sufficientemente alto di particelle elementari…Durante l’attacco, il sostegno e decadimento di un suono complesso, migliaia di suoni puri appaiono in intervalli di tempi piùo meno brevi”.

Lavorando presso la RTF in Francia, Xenakis realizzò la composizione“Analogique A-B” per orchestra d’archi e nastro magnetico (Ed. Salabert, Paris). La parte del nastro fu realizzata tagliando in piccoli frammenti un nastro magnetico su cui erano stati registrati onde sinusoidali e ricomponendolo in un ordine completamente diverso al fine di creare una tessitura granulare.
Curtis Roads nel 1974, presso l’Università di San Diego CA, programmò  un computer che poteva produrre 1 minuto di suono granulare in una settimana di calcoli. Solo verso la fine degli anni ottanta, il compositore canadese Barry Truax riuscì a produrre la granulazione in tempo reale. Attualmente, la potenza delle CPU consente di generare la sintesi in tempo reale anche su un personal computer.

Le due diverse forme di sintesi granulare

1. granulazione di suoni sintetici

2. granulazione di suoni reali  ( suoni precampionati come un generico file sonoro, oppure in tempo reale tramite microfono) In entrambi i casi, lo strumento base per la granulazione è costituito da un oscillatore (ovvero un banco di oscillatori) controllato da un inviluppo (ovvero un banco di inviluppi). Nel secondo caso l’oscillatore, anziché leggere ripetutamente una stessa forma d’onda ciclica, preleva i campioni da un file che contiene la registrazione digitale di un suono precedente campionato o eventualmente da un buffer che cattura il suono stesso direttamente dall’esterno. La complessità del suono generato dalla sintesi granulare non risiede nell’algoritmo base di generazione che di per sé è semplice, bensì dal flusso di parametri che ne controlla la sintesi. La combinazione di migliaia di grani sonori può essere organizzata in strutture di controllo di alto livello, dal momento che non è possibile controllare individualmente tutti i parametri di ciascun grano.

Curtis Roads propose il concetto di “clouds” (nuvole sonore) nelle quali il compositore specifica l’organizzazione strutturale dei grani ad alto livello, cioè attraverso un numero molto ridotto di parametri.

Questi sono i parametri di controllo usati nella composizione:
1. Durata dei grani
2. Forma d’onda
3. Distribuzione spaziale
4. Ampiezza
5. Densità (grani /sec)
6. Banda di frequenza
Si può osservare che i parametri possono avere un andamento deterministico (parametri 2 e 4)
e/o deterministico-aleatorio (è il caso dei rimanenti parametri).

I parametri proposti da Roads sono definiti in modo più esaustivo e più precisamente nelle
seguenti specifiche:

1. Tempo d’inizio e durata della nuvola
2. Durata dei grani (tipicamente da 1 a 100 ms)
3. Densità dei grani per sec
Basse densità producono effetti di suono puntillistico. Alte densità provocano una
sovrapposizione dei grani fino a produrre suoni continui o bande, dipendentemente dalla
larghezza di banda
4. La forma dell’inviluppo del grano
5. La forma d’onda del suono sintetico o reale (può variare da grano a grano)
6. Posizione spaziale
I grani possono essere individualmente distribuiti in più canali di riproduzione creando
così tessiture tridimensionali. La traiettoria spaziale di una nuvola può comprendere la
distribuzione randomica o l’effetto di localizzazione laterale (panning)
7. Larghezza di banda della nuvola
La frequenza di ogni grano viene definita specificando i limiti minimo e massimo entro
cui i grani sono dispersi. Quando i limiti coincidono, il risultato è una linea continua e
dal punto di vista sonoro ciò corrisponde ad un suono ad altezza determinata. Se le
frequenze iniziali e finali differiscono il risultato è un glissato.
8. Tipo di nuvola
Si possono ottenere “nuvole sincrone” o “nuvole asincrone”. Nelle nuvole sincrone
ogni grano segue il precedente con un ritardo fisso tra un grano e l’altro. In questo tipo
di nuvola, la densità determina il periodo tra un grano e un altro. Ad esempio una
densità di 4 grani/sec significa che i grani si succedono ad intervalli di ¼ = 250 ms.
Quando la durata di ciascun grado è breve e la densità è minore di 20 grani/sec,il flusso regolare di impulsi sonori crea un ritmo metrico. Per esempio, un flusso di grani
sincroni a 5 grani/sec di densità, crea un ritmo a quintine, assumendo un tempo base di
60 bpm. Nelle nuvole asincrone, i grani sono distribuiti temporalmente in modo
irregolare. A basse densità i grani creano ritmi irregolari mentre per valori elevati e con
bande estese, si creano tessiture rumorose.
Nella granulazione dei suoni campionati il processo è simile a quello dei suoni sintetici.In questo caso però, occorre tener presente che possiamo preservare la struttura temporale generale e quindi l’identità del suono originale estraendo grani nell’ordine da sinistra a destra, indicando così il punto di inizio e fine del file ad esso associato. Questo tipo di processo è definito progressione deterministica . Se la scansione del file avviene per un tempo maggiore rispetto alla durata del suono originale, si produrrà un effetto di espansione temporale mentre per il contrario si otterrà una compressione. In entrambi i casi, il suono non perde la sua caratteristica di pitch originale se la durata media di ciascun grano è tale da preservarne la periodicità locale. Viceversa, è possibile modificare completamente l’ordine temporale di estrazione dei grani, determinandosi così una quasi totale disgregazione della sua struttura originale. I risultati più interessanti di questa seconda strategia si ottengono mescolando diversi suoni granulati al fine di produrre una tessitura policroma.

Le nuvole possono poi essere organizzate e sommate attraverso un processo di montaggio fino a determinare strutture temporali di vario livello gerarchico. A seconda della prevalenza di una caratteristica temporale o spettrale, il compositore è in grado di produrre di volta in volta situazioni statiche, evolutive e molte tipologie di gesto musicale.
La gamma timbrica prodotta dalla sintesi granulare ( in tutte le varie forme possibili) è
estremamente estesa.

Il timbro che si ottiene è la risultante di molti parametri concomitanti anche se il materiale di base (sintetico o sonoro) gioca un ruolo rilevante. Ma questa caratteristica può essere sovrastata dal peso del parametro durata. Una delle più importanti leggi dell’acustica afferma che la larghezza di banda di un segnale è inversamente proporzionale alla sua durata.

La Sintesi Granulare aggiunge alla tradizionale gerarchia architetturale della musica un altro elemento: alle forme-sezioni-frasi-note si aggiunge un ultimo strato: il dominio micro-sonico.
Come nel mondo reale tale mondo sub-atomico è rimasto nascosto per secoli, oggi è possibile “rendere musicalmente visibile” questo ulteriore livello strutturale. Si è cioè in grado di penetrare all’interno della struttura microscopica del suono e una volta entrati si può influenzare dal micro-livello gli attributi più esterni.
Un’altra importante implicazione deriva dalla possibilità di adottare processi compositivi che facciano uso di interfacce grafiche in una sorta di sintesi grafica del suono, creando così un parallelo molto stretto con quelle forme d’arti grafiche (video-arte) in cui un’immagine reale viene elaborata e modificata attraverso strumenti di decomposizione-ricomposizione strutturali.

 

Bibliografia:
Klaas van Berkel , Isaac Beeckman , biografia presso la Biblioteca Digitale della Royal Netherlands.Academy delle Arti e delle Scienze
Cohen, H. 1984 Quantifying Music Dordrecht. D. Reidel Publishing Company.
Gabor, D. 1946 'Theory of Communication' The Journal of the Institution of Electrical Engineers. London: Unwin Brothers. 93(3): 429-457.
Roads, C. 1988 'Introduction to Granular Synthesis' Computer Music Journal. MIT Press 12(2):11-13.
Truax, B. 1990 'Composing with Real-time Granular Sound' Perspectives of New Music. USA: Hamilton Printing Company. 120-134.
E. Giordani – LEMS- Conservatorio di Musica G. Rossini – Pesaro 
Xenakis, I. 1971 Formalized Music. Bloomington: Indiana University Press.
Xenakis, "Musica formalizzata: Pensiero e Matematica nella composizione "ed. Pendragon,Wiener, N. 1964 'Spatio-Temporal Continuity, Quantum Theory and Music' The Concepts of Space and Time. Dordrecht: D. Reidel Publishing Company. 539-546.