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RAE
1. TIPO DE DOCUMENTO: Trabajo de grado para optar por el título de INGENIERO DE SONIDO.
2. TITULO: DISEÑO DE UN SINTETIZADOR GRANULAR BASADO EN
PLATAFORMA VIRTUAL PARA SEÑALES EN TIEMPO REAL. 3. AUTORES: TORRES PALACIOS JUAN SEBASTIÁN. 4. LUGAR: Bogotá, D.C. 5. FECHA: Diciembre de 2011 6. PALABRAS CLAVE: Envolventes, Modulación, Cuantización, Osciladores
Efectos Granulares, Tiempo real, Transformada de Fourier, Tabla de ondas, Muestreo, Forma de onda, Altura, Hanning, Samplehold .
7. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO: El principal objetivo de este proyecto es el
Diseño de un sintetizador granular en plataforma virtual que tenga las capacidades de manipular señales de audio en tiempo real, así mismo analizar y realizar descripciones complejas de cada señal operada por el dispositivo, también se pretende Complementar el sintetizador granular con otros parámetros de síntesis convencionales esquematizando y determinando el funcionamiento y flujo de señal de este para lograr diferentes objetivos en la síntesis del sonido.
8. LINEA DE INVESTIGACIÓN: Tecnologías actuales y sociedad: Análisis y procesamiento de señales; control, análisis y procesamiento de señales.
9. FUENTES CONSULTADAS: http://www.redpanal.org/2010/03/10/sintesis-concatenativa- catart/. Dodge, Charles & Thomas Jerse. 1997. Computer Music. Synthesis, composition, and performance. Schirmer Books, 2a ed. Capítulo 8. “El desarrollo de GiST, un granular. Caja de herramientas de la síntesis basada en una extensión del generador del FOF "por Gerhard Eckel y Manuel Rocha Iturbide Roads, Curtis 1978. "Granular Synthesis of Sound." Computer Music Journal, 2:2. Reimpreso en: Foundations of Computer Music. Miranda, E. R. (2002). Diseño sano de la computadora: Técnicas y programación de la síntesis. Oxford: Presión focal. ISBN 0-240- 51693-1. Truax, Barry 1977. "The POD System of Interactive Composition Programs." Computer Music Journal, 1:3. Truax, Barry:Riverrun (1986). http://www.timvs.net/video/grain.php?page=software. http://www.soundonsound.com/sos/aug06/articles/puredata2_0806.htm.
Michael Norris. The status of analysis in an electroacoustic context. http://farben.latrobe.edu.au/mikropol/volume5/norris_m/norris_m.html, 1999. Leo Camilleri. Electro-acoustic music: analysis and listening processes. Retrieved March 31, 2004 from http://www.sonus-online.org/camilleri.htm. 1993. Gerald Bennett. Thoughts on the oral culture of electroacoustic music. http://www.computermusic.ch/files/articles/Thoughts on the Oral.html, 1995. Leo Camilleri. Electro-acoustic music: analysis and listening processes. Retrieved March 31, 2004 from http://www.sonus-online.org/camilleri.htm. 1993. Rodolfo Caesar. The Composition of Electroacoustic Music. PhD thesis, University of East Anglia, 1992.
10. CONTENIDOS: Los conceptos de síntesis granular y grano sonoro serán los temas fundamentales durante el proyecto, en el que se propone tomar una señal y descomponerla a la mínima partícula o unidad de energía, dada esta posibilidad habrá apta flexibilidad en el momento de imprimir nuevos atributos a una señal, pues al momento de combinar las informaciones que brinda la descomposición, estas técnicas serán capaces de operar sobre sus dominios para tener un control y diseño en alto nivel .
11. METODOLOGÍA: Es de carácter empirico-analitico, con un enfoque
metodológico con base en el estudio y diseño de un sintetizador granular en plataforma basado en plataforma virtual para señales en tempo real.
12. CONCLUSIONES: La descomposición de una señal fue uno de los procesos más recorridos en cuanto a la modificación misma de esta, aunque el proceso de descomposición no fue tan evidente este fue comprobado al momento de la impresión de la nueva señal. Las limitaciones fueron variadas en cuanto al conocimiento de la información sobre una señal estos limitantes fueron fácilmente solucionados mediante operaciones matemáticas que buscaban crear mayores divisiones sobre la señal y su composición, los bloques de información de una señal trabajaron mucho mejor siempre y cuando la división de las muestras fuera siempre alta, pero esto no quiere decir que se tenga que llegar a niveles de división lo mas grandes posibles dado que la impresión de los datos no serían fácilmente operables. Los métodos y objetos de medición del sistema en Puredata siempre estuvieron enfocados en la señal a los atributos de las frecuencias y no mucho en la reestructuración de la señal misma, dado este caso, fue necesario entrelazar la mayoría de estos objetos que tenían limitantes en su capacidad de operación para generar nuevas instrucciones que permitieran sin ninguna limitación el uso de los objetos principales. En cuanto a la medición de las frecuencias bastó con la conexión de cajas a las salidas de cada objeto de manipulación, estas brindaron en todo momento la información requerida para operaciones futuras. Aplicar el uso del análisis de señales en cada sistema de síntesis
indiferente de la síntesis granular hace más precisa la manipulación de los parámetros de estos sistemas, tanto en la adquisición de un cierto grado de atributos de una señal y en la predicción de características nuevas de la señal ejecutada al momento. Aunque en conclusión, los modelos de re-síntesis para Puredata son limitados, dado que solo se encontraron informaciones de amplitud y fase de la señal en la mayoría de casos, estos fueron la alianza perfecta en el análisis de señales demostrando así la verdadera posibilidad de reconstruir cualquier señal natural existente, digitalmente. Cada una de las propuestas analíticas mencionadas en el proyecto son extremadamente necesarias ya que se enfocan en distintos aspectos del análisis, no solamente de señales sino de los sistemas propios y sus parámetros e incluso las características psicoacústicas. Los granos sonoros permiten la observación con gran diferenciación de cada uno de estos mediante los arreglos, haciendo que con esta estructura espectral de los mismos se atribuya un enfoque narrativo de estas pequeñas señales, buscando estructuras y estrategias identificables para la creación de nuevas formas de onda. Con la granulación aplicada a todos los campos de la síntesis vista en el proyecto, fue posible introducirse en el hecho de utilizar cualquier fuente sonora ya sea en un contexto musical o científico, para establecer enlaces en estos dos campos que permite mayor exactitud en el momento del diseño de nuevas señales a partir de cualquier fuente. Dada las relaciones cercanas del modelado de onda y la granulación es posible obtener ubicaciones más específicas de la señal para una reconstrucción exacta de las señales, y se evidencia que primero se parte del contexto de la síntesis aditiva como fuente principal de estas dos clases de síntesis complejas relacionadas, haciendo que esta sea un modelo de análisis sencillo en el momento de modelar diferentes formas de onda.
DISEÑO DE UN SINTETIZADOR GRANULAR BASADO EN PLATAFORMA VIRTUAL PARA SEÑALES EN TIEMPO REAL
JUAN SEBASTIÁN TORRES PALACIOS
20061167086
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA BOGOTÁ D.C.
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA INGENIERÍA DE SONIDO
BOGOTÁ D.C.
OCTUBRE DE 2011
3
TABLA DE CONTENIDOS INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 3
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................... 7 1.1 Problemas técnicos en la ejecución de la síntesis granular: .............................................. 7 1.2 ANTECEDENTES .................................................................................................................... 7 1.3 JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................... 9
1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ....................................................................... 9 1.4.1 OBJETIVO GENERAL .......................................................................................................... 9 1.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ................................................................................................ 9
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO ................................................... 10 1.5.1 ALCANCES ......................................................................................................................... 10 1.5.2 LIMITACIONES ................................................................................................................... 10
2. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE LA UNIVERSIDAD / LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE LA FACULTAD / NUCLEOS PROBLÉMICOS ............................................................ 10
3. MARCO DE REFERENCIA ......................................................................................... 11 3.1 MARCO TEÓRICO .............................................................................................................. 11
3.1.1 Sintetizador de tipo análogo modular .................................................................................. 11 3.1.2 Oscilador controlado por voltaje ........................................................................................... 12 3.1.3 Filtro controlado por voltaje ................................................................................................... 12 3.1.4 Amplificador controlado por voltaje ...................................................................................... 12 3.1.5 Oscilador de baja frecuencia ................................................................................................ 12 3.1.6 Síntesis aditiva ........................................................................................................................ 13 3.1.7 Síntesis substractiva .............................................................................................................. 14 3.1.8 Síntesis en FM ........................................................................................................................ 15 3.1.9 Tecnologías de síntesis relacionadas con la síntesis granular. ...................................... 16
4. El grano sonoro: .............................................................................................................. 17
5. Síntesis Granular ........................................................................................................... 17 5.1 Parámetros De Síntesis Granular .......................................................................................... 18
5.1.1 Sonic Grains: granos sonoros o acústicos ......................................................................... 18 5.1.2 Características de los granos sonoros o acústicos: .......................................................... 19 5.1.3 Localización espacial del evento sonoro: ........................................................................... 20 5.1.4 Organización en alto nivel los eventos sonoros o granos acústicos ............................... 20 5.1.5 Pitch Synchronous Granular Synthesis: (Síntesis granular sincrónica) PSGS ............. 20 5.1.6 Asynchronous Granular Synthesis: AGS (Síntesis granular asincrónica) .................... 21 5.1.7 Síntesis por tabla de onda (Wavetable) .............................................................................. 22
5.2 MARCO CONCEPTUAL ............................................................................................... 24
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5.2.1 Envolventes ......................................................................................................................... 24 5.2.2 Modulación .......................................................................................................................... 26 5.2.3 Cuantización ........................................................................................................................ 26
6. DESARROLLO INGENIERIL ....................................................................................... 27 6.1 Osciladores : ........................................................................................................................... 28
6.1.1 Efectos Granulares: ................................................................................................................ 28 6.2 Desarrollo del grabador de loops: ......................................................................................... 29
6.2.1 SUB-PATCH MACRO LOOP ................................................................................................ 30 6.3 Desarrollo de los sub-módulos de Macro Loop .................................................................... 31
6.3.1 Load .......................................................................................................................................... 31 6.3.2 Posicionadores L&R ............................................................................................................... 31 6.3.3 Marcador de posición. ............................................................................................................ 32 6.3.4 Speed position and Reverse ................................................................................................. 33 6.3.5 Init ............................................................................................................................................. 33 6.3.6 H-radio Position ...................................................................................................................... 34 6.3.7 Random position: .................................................................................................................... 35 6.3.8 Random speed & reverse ...................................................................................................... 38 6.3.8 Bang-position .......................................................................................................................... 39
6.4 SUB PATCH MODULACIÓN DE FRECUENCIAS ............................................................... 40 6.4.1 Efecto tremolo ......................................................................................................................... 41
6.5 SUB PATCH GRANULAR PITCHER AND WINDOW .......................................................... 42 6.5.1 SLIDER DE CONTROL DE ALTURA .................................................................................. 44 6.5.2 SLIDER DE CONTROL DE VENTANA ............................................................................... 45
6.6 SUB PATCH LFO ................................................................................................................... 46 6.6.1 Objeto de retardo variable (delwrite~ ) ................................................................................ 47
6.7 DELAY Y FILTRO EN EL ESPECTRO ................................................................................. 48 6.7.1 Delay en el espectro: ............................................................................................................ 50 6.7.2 Filtro en el espectro: ............................................................................................................... 51
6.8 CONTROLES DE NIVEL ....................................................................................................... 52
7 DISEÑO DE LA INTERFAZ GRÁFICA ........................................................................... 52 7.1 El Canvas ................................................................................................................................ 53
8. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS .................................................. 54 8.1 NIVELES EN dB Y RMS ........................................................................................................ 55 8.2 LATENCIA DEL SISTEMA ..................................................................................................... 56 8.3 LOS MÓDULOS ..................................................................................................................... 57 8.4 MODULACIÓN EN FRECUENCIAS: .................................................................................... 58 8.5 LFO ......................................................................................................................................... 59 8.6 Delay en el espectro ............................................................................................................... 60 8.7 GRAIN TEST AND SPEED .................................................................................................... 60
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8.8 La reversa ............................................................................................................................... 61
9 CONCLUSIONES .......................................................................................................... 63
11. REFERENCIAS ............................................................................................................. 65
GLOSARIO .......................................................................................................................... 66
MANUAL RÁPIDO DEL USUARIO. ................................................................................... 68
VISTA DEL SINTETIZADOR: ............................................................................................. 70
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INTRODUCCIÓN
A lo largo de la historia de la síntesis del sonido se ha hecho necesario descomponer las señales de audio con el propósito de reconocer los componentes y atributos que dan las características de la misma; el hecho de desglosar esas señales no solo se efectúa en el objetivo del reconocimiento de sus cualidades sino también en el control, diseño y un nivel más alto de reorganización a partir de sus parámetros naturales, lo que genera nuevas posibilidades tanto del estudio de la señal de audio, así, como una nueva manera de ejecutar la síntesis aplicada a los atributos mas específicos de esta.
Las aplicaciones a las que se le puede brindar este nuevo orden en la síntesis no solo se enfatizan en la producción sino también se abre a otros campos más científicos respecto al diseño de sistemas y la profundización en el estudio de la señal de audio, haciendo así que los usuarios específicos en cada área obtengan nuevas capacidades en el momento del control y reconocimiento.
El fin de esta técnica no es solo ir más allá de los sonidos propios de un sistema que genera señales de audio, también es profundizar los estudios sobre la propia síntesis del sonido convencional, proponiendo nuevos tipos complementarios de la misma. Es por esto que la síntesis granular enfoca innovaciones para las nuevas formas de estudio y generación de señales mediante una cuantificación mas profunda del sonido, logrando el objetivo de re sintetizar en su totalidad cualquier señal mediante su defragmentación.
Los conceptos de síntesis granular y grano sonoro serán los temas fundamentales durante el proyecto, en el que se propone tomar una señal y descomponerla a la mínima partícula o unidad de energía, dada esta posibilidad habrá apta flexibilidad en el momento de imprimir nuevos atributos a una señal, pues al momento de combinar las informaciones que brinda la descomposición, estas técnicas serán capaces de operar sobre sus dominios para tener un control y diseño en alto nivel.
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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La Síntesis Granular presenta algunos retos de carácter técnico para el análisis y control de señales en tiempo real dado que es necesario parametrizar por módulos específicos los sistemas que afectan estas señales y así comprender como estos van influyendo en las características propias de la misma. Al plantearse en el concepto de grano sonoro será necesario, hacer un análisis esquematizado previo de la señal de audio para su control y rediseño, por lo cual existe escaso software de alta calidad y especificado en esta área de las síntesis granular.
1.1 Problemas técnicos en la ejecución de la síntesis granular:
- Similitud en las producciones de orden sintético, dado la falta de hibridación de las clases de síntesis.
- Difícil modelación o simulación de señales con formas de onda o componentes de oscilación no periódicas.
- Muestras: El manejo de su número puede llegar a ser limitado.
- Parámetros: Los parámetros no son muy claros y poco intuitivos.
- Diseño: falta de estética lo que genera una difícil manipulación del sistema.
1.2 ANTECEDENTES
• Gabor en 1947 propone el concepto de “cuanto acústico” como una alternativa la descripción atemporal de las ondas sinusoidales. Estos cuantos acústicos corresponden a pequeños trozos de osciladores armónicos, contenidos individualmente en un envolvente de amplitud basado en una distribución Gaussiana; Esta es la definición clásica de la síntesis granular.
• Lannis Xenakis fue el primero en aplicar los principios de Gabor en la música, en su obra Analogique A-B (1958-9).
• Barry Truax desarrolló el primer programa que permite la realización de la síntesis granular en tiempo real. Su composición más conocida al respecto es Riverrun (1986).
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• El procesamiento granular fue desarrollado en forma separada por Truax y Roads. Los granos fueron creador a partir de archivos de sonido grabado en vez de sonidos sintéticos. Se establece bien después de 1990.
• Synclavier 19751: El sistema Synclavier fue uno de los primeros sintetizadores y sampler, manufacturado por New England Digital. Fue lanzado por primera vez en 1975, resultando ser muy influyente entre los productores de música y los músicos electrónicos debido a su versatibilidad, su tecnología de vanguardia y su sonido distintivo. New England Digital dejó de producir al Synclavier en 1991, para el año siguiente cerrar sus puertas de forma definitiva. En la actualidad todavía el Synclavier es usado, especialmente por compositores de bandas de sonido e ingenieros. El Synclavier destacaba por ser un sistema gracias al cual sus usuarios disfrutaban muchas de las capacidades actuales para producir sonidos virtuales mediante equipos computacionales, integrando todo esto de excelente manera con el equipo en sí.
• Chaosynt sintetizador granular.2: es un sintetizador de software que utiliza autómatas celulares y la síntesis granular para crear un conjunto de nuevos sonidos. Puede ser utilizado como generador de muestras tomadas con la grabación directa, o puede ser conducido por MIDI como monosynth en pleno funcionamiento.
• Modeler vocal Efecto vocal especial para Reaktor que utiliza síntesis granular, su característica principal es que puede descomponer los componentes vocales y espacializarlos que a la vez son modificados como granos sonoros.3
• CrusherX-Viva sistema granular de la síntesis para Windows.4. • WSOLA Su logro principal es la modificación de escala de tiempo del audio
usando síntesis granular.5 • Audiomulch es una herramienta de proceso audio en tiempo real que tiende a
usar elementos que ofrezcan síntesis granular para todas las señales.6 • Cecilia proporciona una de las mejores interfaces disponibles para emplear
técnicas granulares de la síntesis. Utiliza la lengua de CSound (PC/Mac/Linux).7
1 http://www.vintagesynth.com/misc/synclav.php 2 http://www.nyrsound.com/Chaosynth/CsynInformation.htm 3 http://www.mcrow.net/Vocal%20Modeler.htm 4 http://www.crusher-‐x.de/ 5 http://manpages.ubuntu.com/manpages/natty/man1/wsola.1.html 6 http://www.soygik.com/audiomulch-‐una-‐increible-‐factoria-‐de-‐sonidos/ 7 http://www.synthzone.com/ubbs/Forum37/HTML/010065.html
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1.3 JUSTIFICACIÓN
Por medio de este proyecto será posible enfocarse en diferentes campos del audio hablando generalmente, empezando con la creación de nuevas formas de onda por medio de modelados empleando síntesis granular, al hacer este empleo en las diferentes clases de síntesis se pueden obtener los siguientes logros y aplicaciones:
- Suficiente control sobre la operación de las señales.
- La síntesis de instrumento de nivel alto.
- Diseño de efectos.
- Re síntesis de audio, también llamado mosaico.
- Síntesis de la textura y el ambiente.
- Síntesis de la voz artística.
- Lingüística computacional.
- Reconocimiento de voz.
- Conversión texto-voz.
- Lector de pantalla e imagen.
- Diseño Sonoro específico para video juegos.
- Síntesis exploratoria e interactiva en diferentes variantes, se implementa en el sistema de síntesis en tiempo real.
- Desarrollo de la investigación y la composición en aspectos científicos.
1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.4.1 OBJETIVO GENERAL Diseñar un sintetizador granular en plataforma virtual que tenga la capacidad de manipular señales de audio en tiempo real.
1.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS - Complementar el sintetizador granular con otros parámetros de síntesis convencionales.
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- Diseñar diferentes métodos de prueba y medición de cada parámetro en el que el dispositivo obtenga problemas respecto a la latencia del sistema.
- Esquematizar y determinar el funcionamiento y flujo de señal del sintetizador granular para lograr una síntesis hibrida.
- Identificar y asociar los diferentes parámetros del sintetizador granular para el desarrollo de un manual instructivo.
- Ofrecer un diseño estético manejable del sintetizador para un mejor entendimiento e intuición por parte del usuario.
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO
1.5.1 ALCANCES - Generación de nuevas técnicas de síntesis de audio combinadas.
- Objetivos puntuales en el diseño y composición de sonidos para usos específicos.
- Control extremo frente a la composición.
- Conocimiento profundizado de la composición de las señales de instrumentos o sintéticas.
- Futuro-módulos característicos de síntesis granular, creación de nuevos métodos de síntesis.
1.5.2 LIMITACIONES - Carencia de información instructiva acerca de la síntesis granular aplicada al diseño sonoro y al estudio de una señal específica.
- Carencia de manuales especializados en la construcción de esta clase de sintetizadores, ya que, sus parámetros no son muy relacionados con otras áreas de las síntesis comunes.
- El Acceso al software de síntesis granular es bastante limitado y una vez en ejecución su manejo no es muy intuitivo.
2. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE LA UNIVERSIDAD / LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE LA FACULTAD / NUCLEOS PROBLÉMICOS
Tecnologías actuales y sociedad:
- Análisis y procesamiento de señales; control, análisis y procesamiento de señales.
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3. MARCO DE REFERENCIA
3.1 MARCO TEÓRICO Los sintetizadores digitales, en su técnica propia usan procesos digitales de señales, Otros, adoptan tendencias de modelado analógico; estos últimos generan sonidos como los escuchados en sintetizadores análogos antiguos. El sintetizador digital simula los modelos de circuitos electrónicos internos de dispositivos análogos, con lo cual se crean algoritmos y se usan herramientas virtuales para su desarrollo, estos sintetizadores generan sonidos mucho más exactos en respuesta dado la simulación de los circuitos internos, pero no siempre recrean en totalidad los sonidos puros de los sintetizadores análogos debido al comportamiento y composición interna de cada uno de estos.
Se profundiza en el estudio de los sintetizadores granulares, pero también se estudiarán otra clase de sintetizadores para comprender en su totalidad el funcionamiento especifico de estos dispositivos.
3.1.1 Sintetizador de tipo análogo modular
Un dispositivo como tal, consiste en la separación de los módulos que permiten que un sintetizador en conjunto genere sonidos de ciertas características propias, cada módulo es conectado mediante cables debido a que cada uno de ellos posee una salida propia y estas salidas generan una señal eléctrica constante pero de fuerza variable, la combinación de estas señales generadas por los módulos permite crear un infinito número de configuraciones y así mismo un infinito número de señales y atributos.
Figura 1. Diagrama de bloques de un sintetizador análogo.
Una gran ventaja de este tipo de sintetizadores que es que existen muchos tipos de módulos y sub-módulos que cada fabricante hace con su propio tipo de conexión, pero cada módulo posee parámetros estandarizados para los mismos, estos módulos estándar se conocen como:
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3.1.2 Oscilador controlado por voltaje
El oscilador controlado por voltaje (VCO) es un módulo que todo sintetizador análogo posee y en los digitales simplemente se llama oscilador (OSC) este módulo produce un tono puro en forma de onda simple, por lo general la mayoría de VCO producen formas de onda cuadrada o diente de sierra, pero también incluye el pulso, triángulo y ondas sinusoidales, formas de onda básicas. El ruido o Noise Source, al igual que un oscilador es un generador que suministra "ruido", por lo general este ruido es bastante utilizado en distintas aplicaciones para recrear instrumentos de ataque rápido y de características sonoras aleatorias; Los tipos más comunes de ruido que ofrecen los sintetizadores modulares incluyen el blanco, rosa, y ruido de baja frecuencia.
3.1.3 Filtro controlado por voltaje
El filtro controlado por voltaje (VCF) también característica propia de los sintetizadores análogos, atenúa o aumenta la ganancias de una determinada frecuencia a lo largo de la señal. Dadas las características del sintetizador digital a este módulo se llama FILTER.
3.1.4 Amplificador controlado por voltaje
El amplificador controlado por voltaje (VCA), varía la amplitud de una señal en respuesta a un voltaje de control suministrado, en los sintetizadores digitales este módulo está más ligado a la envolvente ADSR, esta respuesta al voltaje en el VCA está enfocada a un generador de envolventes (EG) (en los sintetizadores digitales se ataca directamente la señal con las características ADSR); Este EG proporciona los medios para dar forma a un sonido reconocible de una forma de onda prima. Esta técnica puede utilizarse para sintetizar la descomposición natural de instrumentos o del mismo sintetizador, este puede ser activado por un teclado o por otro módulo en el sistema como los VCA y los VCF, en la estructura del sintetizador digital se permite usar el generador de envolvente para modular otros parámetros como el campo o el ancho de los pulsos de los osciladores.
3.1.5 Oscilador de baja frecuencia
Un oscilador de baja frecuencia (LFO) también visto en sintetizadores digitales, es similar a un VCO pero por lo general opera por debajo de 20Hz. Se utiliza generalmente
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como un voltaje de control a otro módulo por ejemplo: La modulación de un VCO creará una efecto de vibrato, mientras que la modulación en el VCA creará un efecto de trémolo, este LFO también puede controlar la activación en frecuencias debido a las características de los filtros que se le atribuyen al sonido.
Durante varios años han habido diferentes maneras de crear y simular sonidos, la síntesis del mismo no posee un estándar en la creación de estos por eso mismo se han desarrollado técnicas de síntesis alternas para generar resultados más efectivos y concretos.
3.1.6 Síntesis aditiva
La síntesis aditiva se basa en timbres o sonidos generados armónicamente mediante la adición de formas de onda simples. Los timbres resultantes están formados por cantidades variables de armónicos o parciales que varían a lo largo del tiempo.
Figura 2. Diagrama de bloques de la síntesis aditiva.
3.1.6.1 Síntesis aditiva de forma de onda fija Según el Teorema de Fourier, cualquier forma de onda puede expresarse como una suma de señales sinusoidales a diferentes frecuencias. Si dicha forma de onda es periódica, entonces las frecuencias de las sinusoides son múltiplos de la frecuencia fundamental. Estas dos afirmaciones son la base de la síntesis aditiva. Cada muestra de la señal resultante (out[n]) se calcula como una suma ponderada de las muestras generadas por las diferentes ondas simples (xi[n]), de la forma siguiente:
Ecuación 1. Suma ponderada de muestras.
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Donde cada función xi[n] es una sinusoide de amplitud ai, frecuencia fi y fase inicial φi, y fs es la frecuencia de muestreo. Si la señal resultante es periódica, fi = i · f0, donde f0 es la frecuencia fundamental. La ecuación 1 muestra el resultado de la suma de las componentes de una onda cuadrada. Esta forma de onda presenta dos características: (1) la amplitud relativa de cada una de los armónicos adicionales decrece con el orden del armónico; (2) sólo están presentes los armónicos de orden impar. También se listan las etapas de la suma de armónicos en una serie de formas de onda en el dominio temporal: (a) Fundamental sola (b) Primer y tercer armónico (c) Suma de los armónicos impares hasta el quinto (d) Suma de los armónicos impares hasta el noveno (e) Forma de onda aproximada a la cuadrada obtenida sumando los armónicos impares hasta el 101. 3.1.6.2 Síntesis aditiva por forma de onda variable Para obtener timbres de síntesis más convincentes y ricos, se cambia al curso del tiempo las características y el número de armónicos presentes en la señal; Estas evoluciones de amplitud y de frecuencia en el tiempo son determinadas por la física del instrumento.
3.1.7 Síntesis substractiva
La síntesis substractiva al contrario de la síntesis aditiva se basa más bien en el filtrado de formas de onda armónicamente ricas, esta maneja un proceso Simple produciendo formas de onda como diente de sierra, ondas cuadradas, etc. Seguido por un filtro. La combinación de rutas de modulación simples tales como la modulación por ancho de pulso y la sincronización del oscilador, es responsable de generar sonidos reconocibles en riqueza por medio de esta técnica. Los resultados de la síntesis substractiva dependen en gran medida de la calidad y diseño de los filtros utilizados, de manera de poder producir en forma efectiva los cambios requeridos en la señal de entrada. Las características de los filtros se determinan por su función de transferencia y su orden. La primera determina la forma en que la señal aplicada cambia en términos de su amplitud y fase al pasar por el filtro y la segunda describe el grado de precisión en la aceptación o rechazo de frecuencias por encima o por debajo de la respectiva frecuencia de corte como se ve en la figura 3.
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Figura 3. Configuración de filtros substractivos.
Si se desea obtener más precisión en las frecuencias de corte o bien procesar la señal de distintas maneras, se pueden combinar filtros de primer o segundo orden en dos formas: serie y paralelo, tal como se muestra en la figura 3. En el primer caso, la salida de un filtro alimenta a otro filtro. Un ejemplo de esta configuración podría ser un sonido que primero es pasado por un filtro pasa bajos y luego reverberado mediante otro proceso. En el caso de filtros en paralelo, la señal se ve modificada por uno o más filtros al mismo tiempo y las salidas de estos se suman para generar la señal modificada. Un ejemplo típico de esta configuración es un ecualizador multibanda.
3.1.8 Síntesis en FM
La síntesis FM es un proceso que generalmente implica el uso de al menos dos generadores de señales para crear y modificar un sonido. A menudo, esto se hace a través de la generación analógica o digital de una señal que modula las características tonales y la amplitud de la misma.
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Figura 4. Diagrama de bloques de la síntesis por FM.
Se suelen utilizar los filtros y amplificadores VCA para modificar las características de la señal en una voz sonora que bien logra imitar instrumentos acústicos o crea sonidos que son totalmente únicos. Hablando de la imitación de instrumentos en concreto existe otro tipo de síntesis llamada la síntesis de modelado físico, importante en el desarrollo del proyecto; esta, es la síntesis del sonido mediante el uso de un conjunto de ecuaciones y algoritmos para simular y modificar un instrumento real, o alguna otra fuente física del sonido, consiste en tomar los modelos de componentes de objetos musicales y la creación de sistemas que definen la acción del sonido, los filtros como otros parámetros en el tiempo. La definición de Cuando un conjunto inicial de parámetros se ejecuta a través de la simulación física, el sonido simulado aparece.
3.1.9 Tecnologías de síntesis relacionadas con la síntesis granular.
3.1.9.1 8Síntesis concatenativa
Esta tecnología de síntesis se basa en la concatenación de segmentos de voz grabados. Con esto, se trata de producir los resultados más naturales del habla humana. Sin embargo, las diferencias entre la variación natural del habla y las técnicas automatizadas de segmentación de formas de onda resultan en defectos audibles, que conllevan una pérdida de naturalidad.
8 Tordera Yllescas, Juan Carlos (2011): "Lingüística computacional. Tratamientos del habla". Valencia: Universitat de València.
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4. El grano sonoro:
El grano es una representación particularmente apta y flexible para el sonido musical, ya que combina la información de dominio de tiempo (hora de inicio, duración, forma de la envolvente, la forma de onda) con información de dominio de la frecuencia (la frecuencia de la onda dentro del grano) como se puede apreciar en la figura 5.
Figura 5. Grano sonoro sinusoidal.
Dentro de los fundamentos de esta clase de síntesis se ve a un grano de sonido como una unidad de energía sónica que posee cualquier forma de onda, y con una duración típica de unos pocos milisegundos, casi en el umbral del oído humano. Es el control continuo de estos pequeños eventos sonoros que da a la síntesis granular el poder y la flexibilidad de actuar sobre cualquier sonido. Si bien los métodos de organización del grano varían enormemente; la creación de los granos suele ser relativamente simple. Un generador de granos básico que funciona como un oscilador, la señal del oscilador entra en un amplificador que determina la posición espacial de cada grano. La amplificación cuadrafónica es muy popular para la síntesis granular debido a las capacidades de posicionamiento espacial grande. La duración típica de un grano se sitúa entre 5 y 100 milisegundos.
Si la duración de los granos es menos de 2 milisegundos este se percibirá como un clic. El aspecto más importante de un grano sonoro es su forma de onda y la variabilidad de formas de onda de grano a grano que juega un papel significativo en la flexibilidad de la síntesis granular. Formas de onda fija tales como una onda senoidal o una diente de sierra, formas de onda dinámicas como las generadas por síntesis FM, e incluso formas de onda de sonidos extraídos de muestras pueden ser utilizadas dentro de cada grano sonoro.
5. Síntesis Granular La síntesis granular es un enfoque innovador para la representación y generación de nuevos sonidos. La concepción de un método de análisis granular sónica también es llamada la Cuantificación de Música o del sonido. Este método propone que cualquier sonido puede ser sintetizado con la combinación correcta de simples y numerosos granos sonoros.
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5.1 Parámetros De Síntesis Granular
- Orden de selección (hacia delante / atrás o congelar)
- Cambio de tono (velocidad de reproducción)
- Rango de Amplitud
- Espacialización / panorámica (estáticas y dinámicas).
- Duración del grano.
- La densidad del grano (número de granos por segundo o el número de voces de grano).
- Envolvente (forma ASR).
- Efectos DSP (reverb, filtrado, etc).
- Feedback amount (for granular delay lines).
En la figura 6 se puede apreciar la producción de un grano sonoro, en primera instancia se toma un trozo de señal mediante un fichero de audio al cual se le multiplica una envolvente ASR para dar suavidad al momento del inicio y al final del grano, lo que da como resultado una señal suave de corta duración que no es percibida como un ruido.
5.1.1 Sonic Grains: granos sonoros o acústicos
Figura 6. proceso de producción de grano sonoro.
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Como se entendía anteriormente, un grano sonoro es un fragmento de audio de muy corta duración a los que se les aplica envolventes suaves para evitar transiciones bruscas que generarían ruido y la variación en la organización de estos sea mas fluida. En la figura 8 se precia la variación en la organización de los granos a lo largo del tiempo, se aprecia que a medida que transcurre el tiempo los grupos de granos sonoros toman una organización diferente manteniendo constantes su amplitud y su frecuencia.
Figura 7. Variación y organización de grupos de granos sonoros.
Se vale de una variedad de granos para crear (montar) un nuevo loop o sonido deseado, de acuerdo a una especificación de destino en los descriptores de sonido, es decir, los granos se trozan y se mezclan en tiempo real para que creen un nuevo loop o fichero de audio.
5.1.2 Características de los granos sonoros o acústicos:
Duración: en este aspecto, se considera la dualidad que existe entre tiempo y frecuencia. Los elementos de mayor duración pueden representar frecuencias más graves. Una posibilidad para controlar la frecuencia en la síntesis granular es adaptar la duración del evento a la frecuencia, por ejemplo a mayor frecuencia menor duración y al contrario.
Frecuencia: o frecuencia fundamental, en el caso de un sonido complejo.
Envolvente de amplitud: Cada evento acústico se multiplica por una envolvente suave para eliminar los cambios bruscos (evitando “clicks”).
Generación de un grano acústico mediante la multiplicación de una señal por una envolvente.
20
Origen de la señal: la señal puede ser sintética generada en cualquier otra forma de síntesis, o también ser muestreada evento que ocurre en el caso del proyecto, con lo que se necesita codificar y decodificar los datos del sample.
Localización en el fichero de sonido: en el caso en que se lea de un fichero, o características de la señal sintética utilizada.
5.1.3 Localización espacial del evento sonoro:
Se ha determinado que los parámetros de frecuencia, amplitud y duración se mantienen constantes para cada evento, y serán modificados en el intervalo de tiempo que va desde que termina un grano sonoro hasta que empieza uno nuevo. Por lo tanto, cuando comience un nuevo evento, se tendrían nuevos valores de frecuencia, amplitud y duración debido al cambio. Son estos controles grano a grano lo que da su riqueza a la síntesis granular, aunque el problema es que se necesita controlar todos estos parámetros para un gran número de eventos por segundo. Se requiere para ello una organización de eventos de alto nivel que proporcione herramientas con las que un compositor pueda trabajar.
5.1.4 9Organización en alto nivel los eventos sonoros o granos acústicos
Dentro de la síntesis granular deben existir diferentes técnicas de organización de los datos tomados ya sea de una muestra sonora, eventos o señales digitales, estas técnicas se distinguen entre otras cosas por su carácter asincrónico o sincrónico, pero sobre todo por la forma de organizar; son conocidas como:
5.1.5 Pitch Synchronous Granular Synthesis: (Síntesis granular sincrónica) PSGS
Incluye una estimación de altura, y consta de las siguientes etapas:
Estimación de altura: análisis de un sonido existente para realizar una detección de la frecuencia fundamental de la señal original. Cada período de la señal se tratará entonces como una unidad o evento. Análisis espectral de cada período o grano acústico para obtener su espectro.
9 Computer Music Journal © 1998 The MIT Press
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Cálculo de la respuesta impulsional: el sistema deriva una respuesta impulsional a partir del espectro obtenido anteriormente.
Re-síntesis: dicha respuesta impulsional controlará los parámetros de un filtro de resíntesis (o banco de filtros) que sintetizará el sonido a partir de un tren de impulsos al pitch estimado, utilizando síntesis substractiva.
10Granular Density Spectrogram
Figura 8. Densidad granular vista en un espectrograma.
La señal de salida resulta de la excitación del tren de impulsos filtrada. Para cada evento, el sistema emite un grano que se solapa y suma al grano anterior, originando una señal que varía suavemente. La característica de este tipo de síntesis es que los eventos están espaciados un período igual al de la señal de análisis, por lo que el sonido resultante es periódico. Por eso se denomina síntesis síncrona.
5.1.6 Asynchronous Granular Synthesis: AGS (Síntesis granular asincrónica) La síntesis granular asincrónica permite generar texturas o nubes de eventos no periódicos Esta técnica permite sintetizar texturas que pertenecen a los sonidos naturales no periódicos en su conjunto, pero que puedan comportar elementos periódicos como, por ejemplo, el sonido de un arroyo o el ruido de un vaso al caer al suelo. Permite una mayor precisión en el control del sonido, ya que los granos se reparten de forma estadística en el plano tiempo/frecuencia.
Los parámetros que definen una nube de granos son normalmente los siguientes:
Duración de la nube e instante de inicio de la misma. 10 Video Game Audio Articles by Leonard J. Paul
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5.1.6.1 Duración de los granos: que generalmente va de 1 a 100 ms. Puede ser constante, aleatoria con unos ciertos límites, puede seguir una curva o función, y también puede depender de la frecuencia del grano (a mayor frecuencia, menor duración).
Densidad de granos por segundo. Puede variar sobre la duración de la nube.
5.1.6.2 Acho de banda (bandwidth) de la nube: normalmente se especifican con dos curvas, y definen los valores posible de frecuencia de los granos (cumulus and stratus de la nube).
5.1.6.3 Envolvente de amplitud de la nube Forma de onda al interior de un grano: es el parámetro más relevante: si varía para cada evento se dice que la forma de onda es monocromática, en el caso contrario poli-cromática), si proviene de síntesis o de fichero de audio.
- Distribución espacial de los granos.
5.1.6.4 Granulación temporal de ficheros de audio Se puede entender la granulación de ficheros de audio como una forma de síntesis sonora o como una forma de procesado. Se utiliza la granulación para modificar un sonido (por ejemplo, para cambiar su duración sin modificar su altura).
5.1.6.5 11Operaciones sobre un fichero de audio:
1. Extraer un grano acústico y reproducirlo diversas veces (ponerlo en un bucle).
2. Extraer aleatoriamente granos acústicos y reordenarlos.
3. Extraer granos de diversos ficheros y reordenarlos. Los granos pueden recubrirse, es decir, no aparecer estrictamente de forma consecutiva.
5.1.7 Síntesis por tabla de onda (Wavetable)
Se utiliza en algunos sintetizadores de música digital para implementar una forma restringida de la síntesis aditiva en tiempo real. Esta técnica es directa en su aplicación y sutil en la optimización. Para el caso de los tonos musicales, la síntesis mediante tabla de ondas puede ser la más compacta en las necesidades de almacenamiento de datos y de carácter general como la síntesis aditiva, requiere mucho menos
11 Richard Moore. Elements of Computer Music. Prentice Hall, New York, USA, 1993
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procesamiento computarizado en tiempo real. Se basa fundamentalmente en la reproducción periódica de una forma de onda arbitraria, de un solo ciclo.
El sonido particular asociado con la síntesis de tabla de ondas es único, ya que sólo se producen armónicos perfectos. Dependiendo de los detalles de la ejecución real del sonido también contiene objetos reconocibles, especialmente aliasing, cuantificación y el ruido de fase de truncamiento.
Figura 6. Sintesis por tabla de onda
En el contexto de la síntesis de tabla de ondas existe una colección de formas de onda de ciclo único. Junto con la modulación de onda que define el sonido básico, que es entonces a menudo alterado por adicionales post-procesamiento, como el filtrado. La estructura de la tabla de ondas, es decir el número y longitud de los datos, depende de la aplicación real. Las formas de onda individuales y su colocación en la tabla de ondas tienen que seguir las intenciones musicales, así como las capacidades de modulación del motor de síntesis.
5.1.7.1 Tipos Wavetable
Existen varios tipos de tablas de ondas pueden ser identificadas así:
1. tablas de onda transitoria captar la evolución de los armónicos en un sonido con el tiempo. Suelen ser modulada con una rampa o generador de envolvente, a veces (también) con un LFO. Creación de tablas de ondas como se puede hacer mediante el empleo de la STFT sobre una muestra de pez conocido y constante.
2. tablas de ondas Formantes captar los cambios armónicos de los sonidos reproducidos en diferentes tonos a través de un resonador con resonancias fijo. 18
Este es el más usado para los sonidos como la voz-y exige la modulación de onda de seguir el tono de reproducción (a menudo llamado "keytrack"). Creación de tablas de ondas de ese tipo requiere varias muestras, cada una con un tono diferente.
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3. Ola tablas de ondas de secuencia a menudo tienen cambios bruscos en el contenido armónico y suelen ser modulada con uno o más LFO para proporcionar rítmica o loop-como efectos de sonido. Por lo general son creadas por un proceso similar al de tablas de ondas transitorias o por una combinación ad-hoc de formas de onda no vinculados o segmentos de tabla de ondas.
4. tablas de ondas de habla son una secuencias de onda modulada especializada y sobre todo con los segmentos de rampa. La creación se hace generalmente con la ayuda de software de síntesis de texto a voz. Todos los tipos de tablas de ondas pueden combinarse eficazmente, aunque el tamaño de la tabla de ondas y la dificultad de configurar las modulaciones necesarias en última instancia, los límites de este proceso.
5.2 MARCO CONCEPTUAL
5.2.1 Envolventes Debido a que el sonido no es un fenómeno estático, cada componente de frecuencia de un sonido tiene propiedades, en el sentido de que adquiere un comportamiento independiente en el tiempo. Esto significa que cada característica recorre una trayectoria temporal. En el dominio del tiempo, el sonido tiene un comportamiento definido por una envolvente de amplitud, tal como el mostrado en el diagrama 6.
Figura 7 Envolvente de amplitud
El diagrama 7 muestra la forma de la envolvente de sonidos reales para distintas dinámicas.
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Figura 8 Envolventes diámicas.
Por lo general las formas de las envolventes siguen un patrón o evolución común. La forma más genérica de envolvente se denomina ADSR12 (ataque, decaimiento, sostenimiento, relajo) por su abreviatura y mostrada en el diagrama 8.
Figura 9 Envolvente ADSR
• Ataque. El ataque es el tiempo que toma la señal en alcanzar su máximo
• Decaimiento. El decamiento es el tiempo que toma la señal para estabilizarse
• Sostenimiento. Tiempo que dura la señal estable.
• Relajo. El relajo es el tiempo que toma la señal en desvanecerse.
12 Rodrigo F. Cádiz -‐ Centro de Investigación en Tecnologías de Audio, Instituto de Música, Pontificia Universidad Católica de Chile
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5.2.2 Modulación
El concepto modulación se basa en la idea de alterar algún parámetro de una onda sonora en razón de otra onda. Las formas más comunes de modulación son modulación de amplitud o AM, que consiste en alterar la amplitud de una señal portadora en función de la amplitud de otra señal llamada moduladora y la modulación de frecuencia o FM, que consiste básicamente en variar la frecuencia de una portadora en función de otra señal moduladora.
La síntesis aditiva y las substractiva descritas anteriormente pueden ser consideradas como lineales en cuanto no afectan el contenido armónico de la señal. Simplemente se basan en operaciones lineales sobre la señal en entrada.13 En contraste, las técnicas de modulación suelen también llamarse de distorsión o no lineales, dado que generan componentes armónicos no posibles de obtener mediante operaciones lineales.
5.2.3 Cuantización
Una señal digital no solamente es discretizada en el tiempo, sino también en su amplitud. Debido a que los sistemas de naturaleza discreta, no son capaces de representar ni manipular una función continua de amplitud. El proceso por el cual se discretiza la amplitud de una sonido en el computador se denomina cuantización14.
Figura 10 Proceso de cuantización
La cuantización es un proceso claramente no lineal, como se muestra en el diagrama 9. Esto implica que genera distorsiones o errores no lineales15. El diagrama 10 muestra el proceso de la cuantización de una señal analógica. La cuantización se encarga de
13 http://www.rodrigocadiz.com/imc/html/Modelos_f_isicos.html. 14 http://www.rodrigocadiz.com/imc/html/Modelos_f_isicos.html 15 http://www.imc/html/Cuantizacion.html#fig:proceso_cuantizacion
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otorgarle a un rango de la señal una única salida. La diferencia que resulta de restar la señal de entrada a la de salida es el error de cuantización, esto es, la medida en la que ha sido necesario cambiar el valor de una muestra para igualarlo a su nivel de cuantización más próximo.
Figura 11 Cuantización de una señal analógica
6. DESARROLLO INGENIERIL
El desarrollo de este proyecto esta basado en técnicas de muestras, enfocándose en el muestreo de granos sonoros o segmentos sonoros :
El sintetizador granular se compuso de diferentes módulos para permitir la interacción hibrida de los mismos por parte del usuario.
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Figura 12. Módulos esquematicos de sintetizador granular Final
En la figura 5 también se observa la segmentación esquemática de cada uno de los módulos finales del sintetizador granular, más adelante se explicará el desarrollo y funcionamiento correspondiente de cada uno.
6.1 Osciladores :
• Grabador de loop en adc. • Looper en archivo. • Sampler de velocidad y ventana ajustable. • Modulación granular de ventana en vivo. • Modulación de anillo de frecuencias. • LFO modulador de frecuencia.
6.1.1 Efectos Granulares:
• Filtro en el espectro de frecuencias. • Filtro de coloración al azar y ajustable. • Delay sobre el espectro de frecuencias.
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Los módulos son dados por etapas que afectan a los osciladores directamente y los efectos granulares en si mismos: a continuación se presenta un diagrama de flujo de los módulos.
Figura 13. Diagrama de flujo de señal del sintetizador granular.
Para la ejecución de cada módulo se tomó en definición específica del término “muestra”, como un evento y una unidad sonora de valores mínimos utilizada para la transformación o generación ya sea de un grano o de un segmento sonoro audible. También se tomaron en cuenta las necesidades de almacenamiento de datos, cálculo y operaciones lógicas para el perfecto funcionamiento de cada módulo, así como el procesamiento de ficheros de audio, reproducción de los mismos y sus expresiones.
6.2 Desarrollo del grabador de loops:
En principio este sintetizador granular se pensó propiamente para el alto control de una señal respecto a una secuencia que el usuario puede ir desarrollando en tiempo real sa partir de la misma señal, todo esto, dependiendo de los parámetros impuestos en el sintetizador. Por esta razón esta es una de las primeras etapas del sintetizador, etapa destinada para crear una secuencia de movimiento sonoro en el que este será grabado y reproducido inmediatamente para la posterior modulación de los parámetros en términos de granulación aplicados a dicha secuencia.
Este grabador de bucles consta en términos de sus parámetros propios, de un iniciador y una ganancia para la secuencia grabada o el fichero de audio.
Primero se determinó la inclusión de una entrada INLET, entrada que recibe la señal generada ya sea por registro o carga de un fichero; En un grabador de secuencias se debe tener una duración de grabación y un momento inmediato en la reproducción, ya qué, se está procesando la señal en tiempo real; sin embargo esto no implica que este módulo limite al usuario en el tiempo de registro pero si incide en la destreza del mismo para crear una secuencia exacta o consonante en su duración.
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Psteriormente se tomó un objeto mensaje “Writesf” objeto que permite registrar una señal y almacenarla, en este caso se tomó dicho objeto para aplicarle un comando “toogle” que activa y desactiva cualquier función en este caso la de tomar un registro de señal.
6.2.1 SUB-PATCH MACRO LOOP
Figura 14. Vista esquematica del subpatch macroloop.
La ejecución de este módulo es destinado a la carga de un fichero de audio, con el cual se manipulan las siguientes características:
6.2.1.1 Posicionador: Está compuesto de un posicionador R y otro L, indicando la posición de derecha e izquierda de los grupos de granos; permite seleccionar el ancho de banda reproductiva de los granos, creando un sub-loop dentro del mismo fichero para luego ser manipulado.
6.2.1.2 Speed position and Reverse: Es un slider destinado a modular la velocidad del loop o sub-loop; al encontrarse en valores negativos este crea una reproducción en reversa de los mismos.
6.2.1.3 H-radio Position: Es un objeto radio Horizontal adecuado a la vista del arreglo del loop que le indica al usuario una posición visual y numérica del recorrido del loop.
6.2.1.4 Bang-position: Son un grupo de objetos Bang divididos en ubicaciones numéricas y posicionados correspondientemente con el arreglo, donde el usuario elije la posición de creación de granos sonoros.
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6.2.1.5 Random position: Objeto toogle que por medio de un metro genera posiciones aleatorias y asincrónicas de los grupos de granos contenidos dentro del loop.
6.2.1.6 Random speed & reverse: Objeto toogle que por medio de un metro genera posiciones aleatorias y asincrónicas de la velocidad de los grupos de granos contenidos dentro del loop así mismo como la reproducción negativa de los mismos.
6.2.1.7 Load: carga el archivo sonoro o loop.
6.2.1.8 Init: Genera valores iniciales para la reproducción del loop.
6.3 Desarrollo de los sub-módulos de Macro Loop
6.3.1 Load
Para el correcto funcionamiento de este objeto primero se debe cargar el archivo en el arreglo con lo cual se utilizó un objeto open panel; un mensaje que permite la carga visual del archivo abierto en un arreglo (array) y un lector de archivo (soundfiler); en ese orden se conectaron estos objetos en donde open panel permitió cargar una ventana de búsqueda de ficheros al cual posteriormente se le enviaron los siguientes mensajes: (read -resize $1 array10) y (soundfiler).
Los mensajes anteriormente nombrados crearon la posibilidad de cargar visualmente el fichero en el arreglo (array10), el argumento –resize$1 se definió debido a que se debe acomodar dicho fichero visualmente dentro del tamaño del arreglo permitido (array10), el argumento $1 es una variable que corresponde a la incógnita del tamaño del fichero.
6.3.2 Posicionadores L&R
Figura 15. Vista esquematica de posicionadores L y R.
6.3.2.1 Para el caso del posicionador L:
Se utilizó un objeto de secuencia de mensajes (Trigger) en este caso compuesto por (float bang), como los mensajes en Puredata se leen de derecha a izquierda primero se envió un bang para iniciar el objeto flotante o float (f) que almacena un número en el slider de este posicionador, este, posteriormente es leído y operado matemáticamente de acuerdo al ancho del slider L que luego es enviado mediante un objeto (tabread4~ array10) que ubica los datos flotantes en los valores del arreglo con la muestra
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anteriormente cargada, esto permite que una vez seleccionada la posición izquierda del grupo de granos sonoros inmediatamente se ejecuta la reproducción de la muestra desde esa posición.
Figura 16. Vista de programación de posicionador L
6.3.2.1 Posicionador R:
Se usó un objeto de expresión (expr $f2; if ($f1 >= $f2, $f2 + $f1+$f2, 0); en donde el valor del posicionador R nunca debe ser menor ni igual al valor del posicionador L o de lo contrario no habrá reproducción del fichero. A diferencia del anterior caso, este valor entra directamente amplificado al objeto (tabread4~ array10).
Figura 17. Vista de programación de posicionador R
6.3.3 Marcador de posición.
Este marcador es un slider, pero a diferencia de los anteriores a este no se le ingresan valores. Este objeto fue asociado a los anteriores en conexión únicamente; también se asoció al objeto (tabread4~ array10) y por medio de la instrucción (Unsig~) se convirtió la señal de audio enviada en datos para que el slider los lea y los imprima en si mismo.
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Figura 18. Vista de programación del marcador de posición.
6.3.4 Speed position and Reverse
Figura 19. Vista esquematica de Posicionador de velocidad y reversa.
Slider que atraviesa por una secuencia de mensajes pero esta vez con (Bang float); una expresión (expr 1 / $f1) que divide un valor sobre el valor incognito del fichero; se logra por medio de este slider controlar la velocidad de reproducción del fichero, primero leyéndose en el dato flotante y luego enviándose por medio de un mensaje bang a (tabread4~ array10) para ser expuesto auditivamente.
Figura 20. Vista interna de programación del posicionador de velocidad y reversa.
6.3.5 Init
Es un bang que se envía mediante mensajes con argumentos predefinidos para que el usuario estabilice la reproducción del loop a un estado inicial, es decir, como los sliders
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L y R tienen un valor máximo de 1, init envía un mensaje que posiciona L en 0 y R en 1 permitiendo que la reproducción del fichero sea completa en el tiempo; también sucede en el caso del slider de velocidad y reversa pero en este, se envía un mensaje de (1.23) orque es el valor incial para la velocidad estándar de reproducción de un fichero.
Figura 21. Vista interna de programación y esquematica del objeto init.
6.3.6 H-radio Position
Figura 22. H-radio Position, vista esquematica.
Este objeto no se destinó para medir ni introducir datos, se derivó de su función original para marcar la posición del recorrido de la reproducción; inicialmente en este objeto es introducido con un valor máximo de 8 posiciones, que van de 0 a 7 marcadas por un rectángulo central. Como se observa el la figura 24.
Figura 23. Obejo radio original en Pure Data.
El tamaño del arreglo principal (array10) es bastante amplio relativamente y el número de posiciones 0-7 del radio no da abasto para encajar como un marcador, para esto se decidió acomodar dicho objeto a un numero de valores de 38 posiciones y luego rediseñar por medio de las propiedades su tamaño en cuestión de estética para luego así acomodarlo al array; pero los inconvenientes no solo residen en una cuestión estética sino también en un problema matemático sencillo, dado que los valores del objeto radio pasan de una unidad a otra siendo 0 el mínimo valor y que se están
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manejando valores de 0 (min) a 1 (Max) en los sliders indicadores de posición; se debe multiplicar la salida de información de datos del slider marcador de posición por 38 dado que este es el valor que se le había impuesto al objeto radio en primera instancia para acomodarse al array principal, es decir, Si la posición del marcador está en un valor de 0.5 este valor final será de 19 acomodándose a los valores que recibe el objeto radio. Otro problema que existe es que, este objeto radio finalmente se debe acomodar a los valores entre 0 y 1 para brindarle al usuario una vista segura y especifica de la posición de reproducción, por esta razón simplemente se divide a la salida el valor numérico en 380 unidades dando así un valor acomodado entre 0 como mínimo y 1 como máximo, figura 25.
Figura 24. Objeto radio acomodado en 38 posiciones.
Si 19 es el valor final anterior y se divide entre 380 unidades el resultado final será de: 0.05, valor que se encuentra entre 0 y 1 para ser más preciso.
6.3.7 Random position:
Después de haber explicado el desarrollo de los posicionadores L y R, se decidió añadir esta característica para controlar otros parámetros con la libertad de una automatización aleatoria de estas posiciones. Figura 26.
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Figura 25. Posicionadores L y R en vista esquematica.
Para lograr este efecto se tomó a la entrada de cada posicionador un objeto metro con una velocidad inicial de 500ms, velocidad en la cual se puede diferenciar estratégicamente los cambios de posición en la reproducción, el objeto metro enviará un mensaje bang cada 500ms debido a su argumento a el objeto random que se ubicó posteriormente. Como en el anterior problema del radio, el objeto random solo recibe como argumento números enteros como mínimo 1; por esta razón se describió el argumento en 100 para posteriormente ser dividido en 100 unidades. Figura 27.
Figura 26. Programación interna de random position.
Esto no quiere decir que siempre se dividirá 100 entre 100, pues si se observa con atención el metro enviará valores entre 0 y 100 cada 500ms y la división posterior es el ajuste al valor al rango del posicionado entre 0 y 1. Si el random imprime un valor de 50 su valor final para la entrada será de 0.5 que está dentro del rango permitido. Esta misma configuración se usó para los dos marcadores de posición L y R pero estos comparten un mismo objeto de activación en este caso un toogle.
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Figura 27. Programación de ajuste final del objeto Metro .
El indicador L nunca puede ser menor al indicador R se tuvo que tomar una expresión que leyera la información del indicador L y que en dado caso en el que este valor sea mayor al indicador R se le suman ciertas unidades para mantener la estabilidad. figura 29.
Figura 28. Vista de la programación en la expresión lógica de los indicadores L y R.
Cabe anotar que en este módulo se puede escoger el valor del metro por medio de un slider de rango 200ms a 1s figura 30.
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Figura 29. Slider para el rango del valor del Metro.
6.3.8 Random speed & reverse
Es el mismo caso que el anteriormente nombrado pero para valores de -2 hasta 2, se toma en cuenta que hay valores negativos por esta razón se divide en dos objetos metro la entrada del random, así mismo como a su salida, uno para los valores menores que 0 y otros para los valores mayores a 0. Figura 31.
Figura 30. Programación interna del Random speed & Reverse.
En el caso de los valores menores a 0 se tomó a la salida un objeto de operación que multiplica por (-1) el valor de entrada a este mismo, haciendo así que el random tome valores negativos. Igualmente para el metro se optó por ubicar un slider de selección. Figura 32.
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Figura 31.
6.3.8 Bang-position
Para este parámetro se optó primero por elegir los diferentes posibles e iniciales grupos de granos sonoros en cuestión de ubicación visual. Figura 33.
Figura 32. Vista esquematica de los Bang position junto con el arreglo.
Cada bang posee una posición para R y L ubicándose así en un selecto grupo de granos sonoros respecto a la reproducción, si se observa en la figura 26 los bang están ubicados a lo largo del array principal logrando que se pueda ubicar visualmente el grupo de granos que se desea manipular a lo largo de la reproducción.
6.3.9 Selector de grupos de granos sonoros
Figura 33. Modelo esquematico del selector de grupos de granos sonoros.
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cada grupo de granos sonoros tiene una distancia de 0 a 0.05s que una vez ubicado se pudo manipular esta distancia con L y R de manera arbitraria. Figura 35.
Figura 34. Programación interna de la ubicación de los grupos de granos sonoros.
Para el desarrollo de esta característica simplemente se enviaron mensajes con valores de 0.05s a cada slider L y R respectivamente contando progresivamente cada posición; mediante un bang se activan estos mensajes a los posicionadores, el envío s4 para el caso de la figura 34 marca los valores del slider L y el envío send4 los de R. Así progresivamente para cada bang.
6.4 SUB PATCH MODULACIÓN DE FRECUENCIAS
Figura 35. Modelo esquematico del sub patch modulación de frecuencias.
En este caso se colocaron 7 objetos toogle donde en donde 6 de ellos indican las frecuencias y el toogle none envía un mensaje de 0 para la modulación inicial. Figura 37.
Figura 36. Obejtos toogle en la modulación de frecuencias.
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Primero se dividió el anillo en frecuencias que va desde los 500 Hz hasta los 16kHz que luego podrán ser modificadas por medio de una caja número; para su función correcta primero se envía un mensaje número en términos de las frecuencias indicadas, estas frecuencias se leen en una caja número como lo indica la figura 38.
Figura 37. Programación lógica de la lectura frecuencial mediante mensajes número.
Para que la modulación surtiera efecto en la frecuencia seleccionada se ubicó un random después de la lectura de la frecuencia seleccionada, el argumento del random es seleccionado por el usuario pero como valor inicial se toma un 6, esto quiere decir que una vez escogida la frecuencia, el random imprimirá valores aleatorios hasta esa frecuencia.
Figura 38. Programación lógica del objeto random con argumento 6.
Posteriormente se ubica un objeto oscilador (Osc~) con un argumento inicial para que esta modulación pueda ser activada e iniciada por las frecuencias de selección. Como en casi todos los parámetros de modulación aleatoria es necesario de un objeto metro que permita regular la velocidad en cantidad de milisegundos en los que va a actuar el random.
6.4.1 Efecto tremolo
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Este parámetro es simplemente son valores previos, manejando niveles mas bajos de valores para que el efecto sea sentido. Las cajas número que se ven en la figura 39 pueden ser modificadas una vez se elige la frecuencia de modulación, para llegar a una frecuencia de preferencia. MOD solo indica la activación del modulador.
6.5 SUB PATCH GRANULAR PITCHER AND WINDOW
Figura 39. Vista esquematica del sub patch granular pitcher and window.
Este módulo es capaz de disociar los parámetros de velocidad y altura tonal de un grano sonoro, grupo de los mismos o una muestra; el sonido se muestrea a su velocidad original pero a la vez es reproducido a una velocidad diferente para cada punto de la muestra.
Como se ha visto en el arreglo principal (array10) se tiene un indicador que se mueve a lo largo de la posición de la matriz a velocidad normal de entrada, cuando esta información es recibida en los indicadores la matriz se ejecuta desde el punto de selección del usuario a la velocidad especificada pero diferente de la velocidad de entrada. En las figuras 33, 34 y 35 se observa la velocidad de la muestra actuando en función de la altura, en donde el eje x es el tiempo y el eje y es la altura de la muestra.
Figura 40. Velocidad normal de la muestra
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Figura 41. Velocidad de reproducción más lenta de la muestra
Figura 42. Síntesis granular actuando sobre los granos sonoros.
Como se vio en la figura 43, las divisiones de la velocidad son tomadas como granos sonoros, al pasar de un grano a otro durante la reproducción hay un salto hacia la velocidad inicial inyectada para luego ser reproducida y esto es lo que se traduce en granos sonoros afectándose en la velocidad; como se ha explicado anteriormente un grano sonoro individual no es tan perceptible por lo que parece un clip pero estos en cantidades o en grupos como en el caso del generador de loops pueden ser mejor percibidos para escuchar el efecto granular que se requiere.
Cuando se reproduce un grupo de granos se produce un cambio a la siguiente posición del otro grupo de granos esta posición es leída a partir de la ubicación momentánea del marcador de posición.
Con el objeto “Samphold” se puede hacer este cambio de posición y al mismo tiempo mantenerlo, como se está cambiando constantemente de grupos de granos dentro de la reproducción, este objeto organiza por así decirlo estos cambios; al tener un cambio que desciende en valor en la entrada principal derecha de este objeto, la muestra actual pasa a la entrada de la izquierda inmediatamente hasta que el valor de la siguiente entrada para L sea menor al siguiente lo que se puede apreciar en la figura 44.
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Figura 43. Programación logica de la organización en los cambios de grupos sonoros.
De esta manera se obtiene el efecto de cambio de altura sin afectar la velocidad de reproducción o la duración de la misma. En algunos momentos existirá un efecto de clip ya sea por el rápido ascenso hacia el siguiente grupo de granos o por la baja velocidad de paso hacia los mismos, este efecto es corregible con una ventana o una envolvente “Hanning” impresa en el arreglo como se puede apreciar en la figura 37.
Figura 44. Envolvente hanning de corrección.
Hanning es una envolvente de ataque y reléase relativamente suaves para rectificar la entrada y la salida hacia cada grano o grupos de granos. De esta manera es posible modular la altura tonal de la muestra sin afectar la velocidad y viceversa.
6.5.1 SLIDER DE CONTROL DE ALTURA
Este control se destinó para dominar la altura tonal con efectos de velocidad pero sin afectar la duración misma de la señal de entrada, es decir, el control puede lograr dar la sensación de lenta o rápida velocidad de reproducción dentro del mismo espacio de reproducción de la señal misma.
Figura 45. Modelo esquematico slider control de altura.
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Como es incógnita la señal que entrará por el dispositivo, se dispuso de una variable $f1, también fue necesario pasar esta primera variable por una secuencia de mensajes o comandos (t b f) se toma la variable o el punto flotante de la señal y luego se le aplica la acción del slider mediante un bang .
Figura 46. Mensaje logico de comandos (t b f).
Los valores (datos) impresos por el Slider son convertidos en frecuencias mediante un comando de expresión. Pasando luego por la ventana Hanning y el proceso que realiza el Samphold.
6.5.2 SLIDER DE CONTROL DE VENTANA
Figura 47. Modelo esquematico del slider de control de ventana.
Básicamente este slider se definió en un ancho de ventana a los granos sonoros o a los grupos de los mismos, es decir, el slider de control de altura actuará sobre los granos dependiendo también del ancho de la ventana de cada grano por esta razón se podrá elegir cual será el momento de inicio sobre cada grano y cual será su final, es como
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cortar un loop o una muestra al tamaño deseado, solo que aquí se ve en términos de la actuación de otro parámetro.
Figura 48. Ancho de Ventana en forma lógica de síntesis granular.
Al igual que el parámetro anterior este objeto atraviesa una secuencia de mensajes solo que con una variable diferente $f2 para ser ejecutada en forma matemática y posteriormente convertir los datos de envío del slider ya no en frecuencias sino en muestras para la selección misma del ancho de ventana. Los posteriores procesos se llevan de igual manera que el parámetro anterior.
6.6 SUB PATCH LFO
Figura 49. Modelo esquemático de sub ptach Lfo.
Para este sub patch se destinaron dos maneras de entrada de la señal, la primera es mediante la entrada adc y la siguiente es por un oscilador Osc de frecuencias con argumento inicial 440Hz, este argumento se determinó para ser percibido fácilmente por el usuario al momento de la ejecución del parámetro.
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Se utilizó un retardo variable a la salida de los dos generadores de señales, de esta manera se asigna memoria a la línea de retardo y se escribe la señal de audio en la misma así se puede variar la frecuencia como se aprecia en la figura 51.
Figura 50. Vista lógica de generadores adc y osc con linea de retardo.
El argumento 100 es el número de milisegundos en retardo, posteriormente esta señal pasa por un objeto Osc para empezar la modulación de frecuencias, para el caso de la entrada de señal adc este objeto Osc modulará dependiendo de cómo esté ingresando la señal misma. La señal del objeto Osc se amplía y se suma por medio de expresiones para que interactúe en suma con los granos sonoros provenientes de las señales entrantes y así se dé la característica final.
Figura 51. Ampliación del obejto osc en amplitud.
6.6.1 Objeto de retardo variable (delwrite~ ) Para que el objeto Osc surta el efecto que se necesita en las señales de entrada es necesario primero almacenar sus granos sonoros a esta línea para después ser leída nuevamente y aplicar el efecto Osc a la señal, si se hiciera directamente ubicando en el flujo de señal primero lo único que se lograría sería una mezcla de señales a la salida; por esta razón al leer la entrada esta debe guardarse para ser leída después del
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proceso en Osc y así lograr el efecto deseado. Esta lectura se hizo mediante el objeto vd~ (figura 53.) que luego pasa directamente al Outlet o salida de señal final.
Figura 52. Esquema lógico del objeto Vd~
6.7 DELAY Y FILTRO EN EL ESPECTRO
Para comprender el montaje de estos dos sistemas se debe hacer énfasis en un concepto de análisis de señales y sistemas; pero en este caso se profundizó en el análisis de señales, Puredata ofrece un bloque con el que se puede saber que componentes tiene un sonido y modificar los mismos; para esto se hace uso de la transformada de Fourier o en Puredata del objeto (rfft~ ).
Figura 53. Modelo esquematico del delay en el espectro.
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Figura 54. Modelo esquematico del filtro en el espectro.
Como se ve en las figuras 54 y 55. En los arreglos Delay y Gain, en el proceso de ejecución de cada módulo se divide el espectro de frecuencias en partes iguales en tamaño y se determina la amplitud y la fase de estas partes dejando así la posibilidad de reconstruir y re-sintetizar la señal original a partir de los valores impresos en el análisis, esto se puede llevar a cabo usando los objetos de la figura 56.
Figura 55. Objetos de transformada de fourier y re síntesis en Puredata.
El primer objeto indica el análisis de la señal previo y el siguiente indica el proceso de re-síntesis. FFT transforma la información que transcurre en el tiempo en información de frecuencias, para leer esta información, el proceso se traduce en un Objeto bloque que es donde la información de la señal es dividida en partes iguales para luego mostrar los datos de amplitud y fase; el bloque por defecto divide las secciones en 64 muestras iguales. Es decir, que todo el espectro hasta 44100 es dividido en 64 muestras como se ve en la figura 57.
Figura 56. Bloque de datos impreso en Purdata.
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Dado que los valores impresos después del análisis de la señal son dados en términos demasiado altos se realiza un proceso de normalización.
6.7.1 Delay en el espectro:
Para este módulo como es debido, primero se utilizó a la entrada un analizador de la señal para obtener los datos y las divisiones necesarias de esta. Para aumentar el tamaño de las divisiones fue necesario trabajar con un amplio tamaño del bloque, se consideró como argumento para esto el tamaño de 512, pero al trabajar en tamaños muy grandes algunas fases de la señal pueden cambiar y es ahí donde se entró como en la síntesis granular a superponer un ventaneo de envolvente para mantener la fase y algunos pequeños cambios de amplitud. Para esto se usó el objeto (tabreceive~) objeto que siempre lee la información de una matriz con el tamaño de un bloque a través de una ventana Hanning como la usada en síntesis granular.
Figura 57. Obejto Tabrecieve en forma lógica.
Después de esta corrección se prosiguió a hacer un análisis de la señal con rfft~ y a sus salidas se les instalaron los objetos delwrite~ para almacenar estos datos en el buffer. Figura 59.
Figura 58. Conexión logica interna del análisis de señal mediante objetos de retardo.
Como el usuario envía información desde el arreglo Delay, para este caso, es necesario recibir esta información para luego determinar la posición de los datos en donde se esta re-sintetizando la señal, esto también se hizo con (tabreceive~) pero con argumento
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Delay. Como estos datos enviados desde el arreglo no son números que están dentro de la escala de la unidad de los retardos es necesario convertirlos primero en números binarios a partir del objeto (Wrap~) que posteriormente se multiplican por 512 para crear el numero de muestras por cada dato binario; luego se procedió a dividir este dato resultante por 44.1 para convertirlos en unidades de milisegundos. Se pueden ver formulados estos procesos en la figura 60.
Figura 59. Conversión logica en Puredata de unidades milisegundos.
Delwrite~ tiene almacenados los datos ya impuestos y estos deben ser leídos nuevamente con vd~ que pasando por rifft~ se hace la re-síntesis vista en la figura 61, leyendo estos datos e imprimiéndolos en la información descifrada y analizada por los bloques.
Figura 60. Proceso de resíntesis dentro de Puredata.
Para el reset de toda la información impuesta en el arreglo, simplemente se envió un mensaje con una constante que será impresa a lo largo del arreglo para dejar la información inicial.
6.7.2 Filtro en el espectro:
Para este proceso se usó casi el mismo procedimiento del anterior, solo que en el análisis del bloque con FFT los datos brindados por este mismo están dados en
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amplitud y frecuencia simplemente se envía un tabreceive~ Gain con operaciones de altura para la amplitud que posteriormente será normalizado pasando así por el proceso de re-síntesis para imprimir las ordenes dadas por el usuario.
6.8 CONTROLES DE NIVEL
Como se sabe, Puredata solo trabaja con números, hasta que estos son transformados por los objetos adc~ y dac~, su transformación se traduce en señales analógicas continuas; se toma entonces las señales con menor intensidad o nula intensidad como un valor de 0 y las de máxima intensidad con un valor de 1. Esto es aplicable a los Sliders también vistos en la figura 62.
Figura 61. Controles de nivel programados.
Todos los niveles de control para los módulos del sintetizador fueron desarrollados como se muestra en la figura 62, esto se determinó de dicha manera dado que al modificar rápidamente los sliders o los Knobs para controlar el nivel se escuchan saltos de la señal; debido a que las señales a la entrada son calculadas en Número De muestras y en su procesamiento estas terminan siendo calculadas en milisegundos por lo cual hay una colisión de datos. Esto se resolvió utilizando una caja mensaje con la expresión $1/20 recomendado por Puredata, y un objeto de conversión de datos (line~) para sincronizar los números generados por la señal de entrada y los generados por el usuario al momento del control, de esta manera no habrán sobresaltos de la señal.
7 DISEÑO DE LA INTERFAZ GRÁFICA
Toda la parte gráfica del sintetizador se desarrolló mediante sub patch, usando mensajes de envío y recepción para cada uno de los parámetros de control.
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Para los parámetros de control como Sliders, Knobs, Bang, Toogle, etc. Simplemente se les separó del Patch general de programación del módulo respectivo.
Estos parámetros serán controlados por el usuario, lo que implica un envió de mensaje por parte del mismo hacia la estructura interna que en este caso vendría siendo la receptora de mensajes. A los parámetros de control en sus propiedades se les envió un mensaje con el nombre del mismo, este mensaje se recibe en la parte interna de la programación general de ese módulo al que está destinado el control.
Figura 62. Ventana de propiedades de obejtos en Puredata.
De esta manera se pudo separar el control en un sub patch de su programación. Los mensajes dados por el usuario al momento del control se reciben por medio de un objeto r con argumento del nombre mismo de envió de mensaje destinado a la estructura interna vista en la figura 64.
Figura 63. Mensajes de recepción en Puredata.
7.1 El Canvas
El objeto canvas se usó para darle un diseño estético al sintetizador, este consta de un rectángulo con unas propiedades de color y tamaño.
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Figura 64. Ventana de propiedades de canvas
8. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
Después de las etapas de desarrollo lógico, esquemático y gráfico del sintetizador se hace una presentación final del dispositivo contenida en la figura 66; de manera gráfica, este fue el resultado de una serie de enlaces entre la programación y los entornos gráficos que permiten un entendimiento operacional más intuitivo y de fácil acceso a los parámetros y módulos contenidos en el sintetizador.
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Figura 65. Vista final del sintetizador granular.
SE PUEDE VER EL SINTETIZADOR EN EJECUCIÓN DE TODOS SUS MÓDULOS CON UNA MUESTRA EN EL ANEXO DIGITAL (VIDEO MAIN) CONTENIDO EN LA
CARPETA DE ANEXOS.
8.1 NIVELES EN dB Y RMS
Cada módulo en cuanto a la ejecución tiene una configuración inicial en los niveles de volumen de la señal para que esta pueda ser percibida; como todo depende del nivel de la señal de entrada se tomó como ejemplo de entrada una onda de 440Hz en el mínimo valor en el que se calibraron estas configuraciones iniciales que es de 0.015 para el Slider de control visto en la figura 67.
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Figura 66. Modelo lógico final de la medición y conversión de niveles dB y rms.
Esto significa que la salida inicial en dB con en el que arrancará el sintetizador en el módulo principal habrá aproximadamente 54dB que así mismo será el valor de entrada del siguiente módulo hasta que este es controlado por el usuario.
Esto se midió con el objeto (env~) que toma una señal y sigue midiendo sus valores en dB, posteriormente para convertir estos valores en rms se toma el objeto (dbtorms) dando un valor de 0.005rms aplicado a la salida inicial del sintetizador.
8.2 LATENCIA DEL SISTEMA
En Puredata existen varias maneras en la que se puede medir y modificar la latencia del sistema, para la medición de la latencia a la salida y entrada de cada módulo se usó el siguiente patch mostrado en la figura 68.
Figura 67. Patch utilizado para la medición de latencia.
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Este patch permite lograr una medición y ajuste detallado de la latencia del sistema, para este caso en cada módulo haciendo el testeo entre la entrada de señal y el módulo por separado se obtuvo una latencia que varía entre los 5ms y 7.3ms dependiendo de la respuesta del sistema, para todos los módulos combinados, se obtuvo una latencia de aproximadamente 25ms a 44ms dependiendo del tamaño de la muestra y su respuesta.
La latencia se pudo acomodar eficazmente dentro de las mismas configuraciones del Puredata:
Figura 68. Ventana de propiedades de latencia de Puredata.
Logrando así ubicarla en un valor mínimo de 20ms no perceptibles al oído humano.
8.3 LOS MÓDULOS
Debido a que los resultados de esta clase de dispositivos virtuales son más evidentes y directos cuando estos son percibidos sonoramente, aquí se decidió demostrar la capacidad que tienen los módulos de tomar una señal, descomponerla y re-sintetizarla nuevamente.
Para las pruebas de análisis de sonido del sintetizador se usó una versión demo del plug-in PAZ- ANALIZER DE WAVES teniendo como DAW HOST el software Ableton Live 8.1.2.
Para iniciar se carga en el sintetizador una señal en Loop de un tono puro de 440Hz:
16 http://puredata.info/search?SearchableText=latency
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Figura 69. Plugin paz analizer en ejecución con el tono puro.
Aunque en La gráfica se observan algunos armónicos o frecuencias parciales, es evidente que es un tono puro pues a lo largo del espectro de frecuencias la única señal registrada es de 440Hz.
Se decidió hacer las muestras de resultados con tonos puros pues se pretende demostrar que el dispositivo virtual es capaz de añadir nuevas características e incluso convertir las señales en otras.
El loop del tono fue pasado por el modulador de anillo de frecuencias y se escogió una frecuencia central para la modulación del random, a partir de esta el random comenzaría a modular aleatoriamente en ciertas frecuencias.
8.4 MODULACIÓN EN FRECUENCIAS:
Figura 70. Vista de analisis de la modulación de frecuencias sobre un tono puro.
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Como se aprecia, al tono puro de 440Hz se le han añadido nuevas características en frecuencia, partiendo de un solo tono puro fue posible crear nuevas frecuencias a partir de un modulador de anillos, aunque la gráfica sea estática, en las pruebas se determinó que gracias al random del módulo se pueden adherir diferentes frecuencias a las demostradas en la figura 71. Esto no sería posible si se pensara lograr por medio de un ecualizador dadas las mismas características de tono puro, pues si simplemente se pretende cambiar este tono a otra frecuencia solo sería posible por medio del cambio de la velocidad o el pitch pero al hacer este cambio de esta manera la señal sería afectada en su duración, ahí es donde entra a jugar la síntesis granular. (Escuche anexo digital 0)
8.5 LFO
Esta clase de osciladores actúan a lo largo de una señal que en preferencia debe ser rica en frecuencias dado que sus parámetros requieren de una frecuencia de corte en donde este va a empezar a actuar, por lo general estos osciladores se manejan dentro de frecuencias relativamente bajas para lograr efectos determinados.
Figura 71. Vista de analisis del LFO actuando sobre un tono puro.
En la figura 72 se aprecia que el LFO pudo actuar dentro de la señal que como atributo posee un tono puro, añadiéndole pequeños atributos en frecuencia y posteriormente oscilándolas. (Escuche anexo digital 1)
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8.6 Delay en el espectro
Figura 72. Vista de analisis del delay del espectro sobre un tono puro.
Como se está hablando de un delay que actúa sobre las frecuencias a lo largo del espectro es complicado medir el retraso y el efecto generado por el mismo, pero dadas las características ofrecidas por los delays se sabe que estos generan una especie de sensación de repeticiones de la señal original; En la figura 72 se ve como a partir de una simple o señal pura, aparecieron a lo largo del espectro nuevas señales; aunque no se había mencionado antes todo esto es debido al análisis de señales que se realiza por medio de FFT en Puredata, así se determinan las características de la señal y re sintetizando por medio de un bloque la misma. (Escuche anexo digital 2)
8.7 GRAIN TEST AND SPEED
Figura 73. Velocidad de grano sonoro.
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Se denota en la figura 74 una señal modulada granularmente en su velocidad y altura tonal a lo largo de un periodo de tiempo. Nótese que a lo largo de un mismo periodo de tiempo se pudo modelar la señal en cuanto a estos dos parámetros. (Escuche anexo digital 3)
8.8 La reversa
Figura 74. Vista del efecto de reversa actuando sobre una señal.
Es evidente la manera en que el parámetro reversa afecta la señal, para esta prueba fue necesario mezclar el modulador de frecuencias con este parámetro para dar mayor riqueza a la señal y poder percibir de una manera clara el efecto, como se trabajó sobre un tono puro la evidencia del efecto no era audible. La línea amarilla en la figura 68 divide la señal en la original (Izquierda) y la señal reversada (Derecha) se observa el cambio pero con un aumento en la amplitud de la misma. (ver video Anexo digital MAIN).
Figura 75. Vista de canales de la transformación de la señal dentro de Ableton Live
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En la figura 76 se observan diferentes canales donde el primero de color amarillo es la señal simple de un tono puro de 440Hz, a continuación la etapa de modulación de anillo de frecuencias enriquece la señal aún mucho más y debido a que también es una modulación se denotan las diferentes oscilaciones de los atributos nuevos de la señal.
Posteriormente se muestra la variación en oscilación pero con un enriquecimiento simple de la señal, por medio del LFO se observa como a lo largo del tiempo la señal inicial de 440Hz empieza a oscilar dentro de otras frecuencias antes no existentes a manera de vocoder. Después se demuestra la actuación de la etapa granular que se ejecuta libremente sin afectar la duración original de la señal; en cuanto al delay en el espectro se producen frecuencias aleatorias por así decirlo, dadas las características de repetición de esta clase de efectos generando así nuevas formas de onda asincrónicas.
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9 CONCLUSIONES
[1]. La descomposición de una señal fue uno de los procesos más recorridos en cuanto a la modificación misma de esta, aunque el proceso de descomposición no fue tan evidente este fue comprobado al momento de la impresión de la nueva señal.
[2]. Las limitaciones fueron variadas en cuanto al conocimiento de la información sobre una señal estos limitantes fueron fácilmente solucionados mediante operaciones matemáticas que buscaban crear mayores divisiones sobre la señal y su composición, los bloques de información de una señal trabajaron mucho mejor siempre y cuando la división de las muestras fuera siempre alta, pero esto no quiere decir que se tenga que llegar a niveles de división lo mas grandes posibles dado que la impresión de los datos no serían fácilmente operables.
[3]. Los métodos y objetos de medición del sistema en Puredata siempre estuvieron enfocados en la señal a los atributos de las frecuencias y no mucho en la reestructuración de la señal misma, dado este caso, fue necesario entrelazar la mayoría de estos objetos que tenían limitantes en su capacidad de operación para generar nuevas instrucciones que permitieran sin ninguna limitación el uso de los objetos principales.
[4]. En cuanto a la medición de las frecuencias bastó con la conexión de cajas a las salidas de cada objeto de manipulación, estas brindaron en todo momento la información requerida para operaciones futuras.
[5]. Aplicar el uso del análisis de señales en cada sistema de síntesis indiferente de la síntesis granular hace más precisa la manipulación de los parámetros de estos sistemas, tanto en la adquisición de un cierto grado de atributos de una señal y en la predicción de características nuevas de la señal ejecutada al momento.
[6]. Aunque en conclusión, los modelos de re-síntesis para Puredata son limitados, dado que solo se encontraron informaciones de amplitud y fase de la señal en la mayoría de casos, estos fueron la alianza perfecta en el análisis de señales demostrando así la verdadera posibilidad de reconstruir cualquier señal natural existente, digitalmente.
[7]. Cada una de las propuestas analíticas mencionadas en el proyecto son extremadamente necesarias ya que se enfocan en distintos aspectos del análisis, no solamente de señales sino de los sistemas propios y sus parámetros e incluso las características psicoacústicas.
[8]. Los granos sonoros permiten la observación con gran diferenciación de cada uno de estos mediante los arreglos, haciendo que con esta estructura espectral de los mismos se atribuya un enfoque narrativo de estas pequeñas señales,
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buscando estructuras y estrategias identificables para la creación de nuevas formas de onda.
[9]. Con la granulación aplicada a todos los campos de la síntesis vista en el proyecto, fue posible introducirse en el hecho de utilizar cualquier fuente sonora ya sea en un contexto musical o científico, para establecer enlaces en estos dos campos que permite mayor exactitud en el momento del diseño de nuevas señales a partir de cualquier fuente.
[10]. Dada las relaciones cercanas del modelado de onda y la granulación es posible obtener ubicaciones más específicas de la señal para una reconstrucción exacta de las señales, y se evidencia que primero se parte del contexto de la síntesis aditiva como fuente principal de estas dos clases de síntesis complejas relacionadas, haciendo que esta sea un modelo de análisis sencillo en el momento de modelar diferentes formas de onda.
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11. REFERENCIAS
[1]. http://www.redpanal.org/2010/03/10/sintesis-concatenativa- catart/ [2]. Dodge, Charles & Thomas Jerse. 1997. Computer Music. Synthesis, composition,
and performance. Schirmer Books, 2a ed. Capítulo 8 [3]. “El desarrollo de GiST, un granular. Caja de herramientas de la síntesis basada
en una extensión del generador del FOF "por Gerhard Eckel y Manuel Rocha Iturbide.
[4]. Roads, Curtis 1978. "Granular Synthesis of Sound." } Computer Music Journal, 2:2. Reimpreso en: Foundations of Computer Music.
[5]. Miranda, E. R. (2002). Diseño sano de la computadora: Técnicas y programación de la síntesis. Oxford: Presión focal. ISBN 0-240- 51693-1.
[6]. Truax, Barry 1977. "The POD System of Interactive Composition Programs." Computer Music Journal, 1:3
[7]. Truax, Barry:Riverrun (1986). [8]. http://www.timvs.net/video/grain.php?page=software. [9]. http://www.soundonsound.com/sos/aug06/articles/puredata2_0806.htm. [10]. Michael Norris. The status of analysis in an electroacoustic context.
http://farben.latrobe.edu.au/mikropol/volume5/norris_m/norris_m.html, 1999. [11]. Leo Camilleri. Electro-acoustic music: analysis and listening processes.
Retrieved March 31, 2004 from http://www.sonus-online.org/camilleri.htm. 1993. [12]. Gerald Bennett. Thoughts on the oral culture of electroacoustic music.
http://www.computermusic.ch/files/articles/Thoughts on the Oral.html, 1995. [13]. Leo Camilleri. Electro-acoustic music: analysis and listening processes.
Retrieved March 31, 2004 from http://www.sonus-online.org/camilleri.htm. 1993. [14]. Rodolfo Caesar. The Composition of Electroacoustic Music. PhD thesis,
University of East Anglia, 1992.
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GLOSARIO
Tiempo real: 17“Un sistema en tiempo real (STR) es aquel sistema digital que interactúa activamente con un entorno con dinámica conocida en relación con sus entradas, salidas y restricciones temporales, para darle un correcto funcionamiento de acuerdo con los conceptos de predictibilidad, estabilidad, controlabilidad y alcanzabilidad.”
Transformada de Fourier: 18La transformada de Fourier es básicamente el espectro de frecuencias de una función. Un buen ejemplo de eso es lo que hace el oído humano, ya que recibe una onda auditiva y la transforma en una descomposición en distintas frecuencias (que es lo que finalmente se escucha).
Osciladores: Una oscilación de la variación periódica en el tiempo de alguna medida en torno a un valor central o de equilibrio o entre dos o más estados. Ejemplos de oscilaciones en el mundo físico son un péndulo o un resorte. En un computador, un oscilador puede implementarse en forma algorítmica, el requisito indispensable es que la señal se repita después de un cierto tiempo.
Tabla de ondas: Un oscilador por lo general lee los datos necesarios desde una tabla de ondas. Una tabla de ondas (wavetable en inglés) consiste básicamente en un pedazo de memoria donde se puede almacenar una señal de audio. La tabla puede contener audio generado en forma sintética o una señal proveniente del mundo real muestreada. Es común almacenar en una tabla de onda un ciclo de una onda de sonido cualquiera.
Muestreo: Este proceso consiste en tomar muestras de la señal continua cada cierto tiempo a intervalos constantes. La frecuencia a la cual se toman dichas muestra se conoce como tasa de muestreo.
Forma de onda: El patrón de variaciones de presión producido por una fuente de acuerdo al tiempo se conoce como la forma de onda. La forma de onda determina en gran medida la cualidad del sonido. Un factor importante de considerar en un sonido es su periodicidad.
Altura (pitch): Tal como sucede con la intensidad perceptual, en el idioma inglés existe un término especial para referirse a la percepción de la periodicidad de un sonido, llamado pitch.
17 http://es.wikipedia.org/wiki/Tiempo_real 18 http://www.pacop.net/transformada-‐de-‐fourier-‐fft/la-‐transformada-‐de-‐fourier.html
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Hanning: Una envolente ASR con ataque y release relativamente suaves, que permite ser multiplicada a un sonido de corta duración con el fin de que este no sea percibido como un cambio brusco o un clip.
Bang: Objeto de Puredata que funciona como un activador de mensajes u ordenes de programación.
Samplehold: Acción de un bloque organizador de muestras de sonido que se desplazan rápidamente en la memoria.
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ANEXOS
MANUAL RÁPIDO DEL USUARIO. En primera instancia usted debe saber que puede grabar o reproducir una muestra ya grabada en el sintetizador.
1. Para el caso de grabación de muestra:
En la sección loop recorder usted encontrará un botón llamado Rec y en seguida End_rec, para grabar su muestra ud debe oprimir y soltar el botón Rec, una vez halla determinado la duración de su muestra oprima el botón End_rec y terminará de grabar de inmediato, posteriormente se cargará su muestra en el arreglo siguiente.
2. Para el caso de reproducción de la muestra:
En la sección Looper usted encontrará un botón llamado Load que al oprimirlo le permite buscar el archivo de su muestra y cargarlo posteriormente.
NOTA: para empezar a reproducir ya sea la muestra grabada o la cargada usted debe oprimir el botón INIT que se encuentra en la sección Looper posteriormente solo de clic obre cada control de ganancia de cada módulo para inicializar el sistema.
3. Para la selección de grupos de granos sonoros de la muestra:
Debajo del arreglo descrito a lo largo del proyecto Ud. encontrará 21 botones, siendo el No. 21 de color verde; estos, le permiten seleccionar la posición en la que desee re-sintetizar la muestra, están ubicados respecto a la reproducción de la señal.
4. posicionadores Izquierdo y Derecho:
ubicados debajo de los 21 botones de ubicación de posición, estos son dos Slider ubicados correspondientemente para hacer una selección mas precisa del grupo de granos sonoros.
Recomendación: nunca ubique el posicionador L delante del posicionador derecho, dado que de esta manera no habrá reproducción.
5. Ring Modulation:
Para inicializar este parámetro usted debe oprimir el botón Init que se encuentra en esta sección, posteriormente escoger la frecuencia dentro de la cual quiere modular que va de 500Hz hasta 16khz; el slider metro le permite escoger la velocidad de modulación de la misma. Para activar el tremolo debe oprimir el botón none y posteriormente escoger la frecuencia.
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6. Granular Pitch:
Para arrancar esta sección primero debe ubicar el slider que tiene una ventana de 100 a 30k en muestras en un valor de cero, posteriormente mover el slider de -36-36 a su antojo permitiéndole variar la altura tonal de su muestra, también puede deslizar el parámetro inicial para escoger el número de muestras que desea afectar. El botón pánico le permite resetear la sección.
7. LFO:
Usted puede escoger entre dos tipos de entrada de señal adc y osc, es recomendable usar adc para modular las muestras, posteriormente Ud. debe oprimir el botón actívate, para dar valores iniciales al parámetro oprima los botones Init ubicados a los lados de los controles Knobs de frecuencia y modulación.
8. para spectre delay y spectre filter:
simplemente de valores de ganancia y module con el cursor lo largo del arreglo como desee.para reiniciar los valores oprima el botón reset.
9. color filter:
Este paramentó le permite dar un color en frecuencias a la señal, simplemente oprima el botón Init y este automáticamente generará un color random a la señal, usted puede escoger las frecuencias mas específicamente en los controles Fq. Para dar ganancia diríjase a color Gain.
10. Graph análisis:
Para observar la manera en la que se está modulando la señal de clic en el botón verde de este parámetro, si desea hacer un análisis mas minucioso aumente el parámetro metro para ver detenidamente la modulación.
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VISTA DEL SINTETIZADOR:
DIAGRAMA DE FLUJO:
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