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Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Síntese de Sons: introdução e síntese aditiva Computação Musical.

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1 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Síntese de Sons: introdução e síntese aditiva Computação Musical

2 Histórico Telharmonium Martenot ThereminGravador RCA Mark IISíntese Direta Sintetizador Moog Trautonium John Cage Schaeffer Varese Stockhausen 50 Max Mathews Musique Concrète Música Eletrônica

3 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Síntese nProcesso de compor ou combinar diversas partes ou elementos em um todo maior nSíntese de sons Controle da afinação, intensidade e espectro de um som Criação de um espectro sônico nMétodos Síntese Aditiva Síntese Subtrativa Síntese FM Amostragem digital (mais utilizado hoje) Modelagem física

4 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Síntese Aditiva

5 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Síntese Aditiva nPrimeiras Manifestações Órgãos de Tubo Primeiro instrumento elétrico –Telharmonium Mais famoso –Hammond nPrincípio (Fourrier) Toda e qualquer forma de onda periódica é constituída por uma soma de ondas senoidais cujas frequências são múltiplos inteiros da fundamental

6 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Síntese Aditiva com Formas de Onda Fixas nFundamental + Parciais múltiplo da freqüência fundamental amplitude fase inicial (importante) 1° + 3° harmônico 1° harmônico 3° harmônico 1° + 3° + 5° + 7° °

7 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Síntese Aditiva nIdéia: mistura de ondas senoidais com envoltória

8 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Síntese Aditiva com Formas de Onda Fixas nCrítica Não reproduz a envoltória (ataque, etc.), só sustentação, logo, não pode simular perfeitamente um som acústico nSolução Utilizar o gerador de envoltórias para cada parcial nCrítica?

9 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Complexidade da Síntese Aditiva nCrítica A solução anterior aumenta mais ainda a complexidade nAlta Demanda do Sistema Ex: 20 parciais * 20 eventos (notas) = 400 osciladores * 44 Khz = amostras por segundo * 750 operações por amostra = de operações por segundo nAlta Demanda de Parametrização Ex: 20 parciais * eventos = envoltórias, fases iniciais, freqüências, etc.

10 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Alta Demanda do Sistema Oscilador por Leitura de Tabela Hardware x Software

11 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Síntese por Tabela de Formas de Onda (Wavetable lookup) nProblema É caro calcular individualmente as diversas senóides que compõe um determinado espectro f(t) = a k + a 0 sen(f 0 t +  0 ) a n sen (f n t +  n ) nSolução: Wavetable-lookup synthesis Armazenar valores pré-calculados do ciclo de onda senoidal em uma lista denominada Wavetable Para gerar o sinal, lê-se continuamente as amostras da lista Técnica importante pois é usada atualmente em outro contexto (síntese por amostragem)

12 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Oscilador por Leitura de Tabela

13 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Oscilador Digital (Lookup Table) nAlgoritmo (laço principal) 1. phase_index = modL (fase_anterior + inc) // apontador da tabela de tamanho L 2. Saída = amplitude * wavetable [phase_index] nFreqüência Como tamanho da tabela (L) e a Fa são fixos, a freqüência do sinal (Freq) dependerá do incremento (inc) Freq = Inc * Fa / L  Inc = L * Freq / Fa –ex. se L = 1000, Fa = 40000, para Freq = 2000, inc = 50 nFase inicial Phase-index > 0

14 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Oscilador Digital (Lookup Table) nCalculando a saída Como fazer quando o valor do incremento não “bate” com a posição das amostras? Aumentar a quantidade de amostras da tabela custa caro nTruncagem e Arredondamento Causam imprecisões geradoras de pequenas distorções denominadas “Ruído da Tabela de Amostras”

15 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE 2728 (27.5) Index Amp.75(.5).25 Método corretivo nMelhor método: interpolação Valor que existiria caso fosse possível referenciá-lo na fase exata especificada pelo incremento possibilita sinais boa qualidade com tabelas menores Ex: Tabela[1024] no pior caso –Com interpolação linear = 104 dB SNR –Sem Interpolação = 48 dB SNR

16 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Geradores de Envoltórias nAgora é preciso controlar os parâmetros variantes no tempo nOsciladores de Envoltória Possibilitam a geração de funções temporais dentre as quais a ADSR (Attack, Decay, Sustain, Release) Valores de f 1 = [0,1] Só passa uma vez pela tabela f 1 Incremento: depende da duração do evento Nota = 2s => f =0,5 Hz –O que é uma limitação pois em notas longas o ataque fica comprometido

17 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Software x Hardware

18 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Implementando a Síntese n2 maneiras de implementar: Hardware e Software nSíntese direta por software Gera amostras e vai armazenando-as em um arquivo (ex. wav) para posterior execução Método original de síntese digital Exemplos: Music V (Max. Mathews 1957), Csound e SOM-A Demanda linguagens de síntese e, eventualmente, editores gráficos de instrumentos nPrós e contras + Total controle dos componentes do som (síntese e especificação) e polifonia ilimitada - Não é tempo real e processamento aumenta com a complexidade das partituras

19 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Síntese por Hardware nCaracterísticas Utiliza circuitos dedicados Tempo real porém mais limitada (~246 osc) Disponível em sintetizadores comerciais e DSPs (Digital signal processors) nas placas de computadores MIDI => WAV => som

20 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Alta Demanda de Parametrização

21 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Especificação de Sons nPartitura Musical Orquestração (nome dos Instrumentos) Notas com respectivas durações, alturas e articulações Interpretação humana nPartitura algorítmica Objetos sonoros (Instrumentos) Manipulação dos mesmos (notas) Interpretação matemática

22 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Instrumento para Síntese Aditiva

23 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Especificação de Sons nMuitos parâmetros para cada voz (harmônico) Frequência Central de osc (Pico de Amplitude de osc = 1.0) Envoltória de Amplitude Início e Duração da Envoltória de Amplitude Envoltória de Frequência Início e Duração da Envoltória de Frequência Intensidade do desvio de freqüência

24 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Especificação de Sons nTécnicas Instrumentos (MIDI) de entrada Softwares de performance Editores gráficos especiais Linguagens de programação musical Programas de composição algorítmica Resíntese

25 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Resíntese

26 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Linguagem/Sistema SOM-A

27 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE SOM-A: Cartas Espectrais nSOM-A Software de síntese aditiva desenvolvido na UnB, baseado no Music V nCarta Espectral (.car) estrutura de dados composta de listas entre parênteses nInstruções de uma carta VAL - define os parâmetros iniciais de uma carta INS - define instrumentos EXE - bloco de execução de notas

28 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Conjunto de Instruções n(VAL T1 T2 Fa Ad Tp Nm Le ) T1: Lapso de tempo inicial em segundos T2: Lapso de tempo final em segundos Fa: Freqüência de amostragem em ciclos por segundo Ad: Andamento - multiplicador que aplicado aos tempos constantes da carta espectral transforma-os em segundos Tp: Transposição - multiplicador transpositor das freqüências de execução de cada nota Nm: Norma - multiplicador normalizador das amplitudes de execução de cada nota Le: Limite de Envoltória - número de segmentos máximo que a envoltória de amplitude pode possuir no eixo das abicissas

29 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Operador INS nInstrumento: (INS ) Vigência: Número de tempos nos quais o instrumento existirá Nome: nome do instrumento começando por um literal Lista-de-Componentes: Harmônicos com as suas respectivas ordens, fases, envoltórias de amplitude e posicionamento espacial denominados Unidades-H (unidades harmônicas) nComponentes: ((ordem n fase n (envoltória n ) orto n )...) Ordem n : Ordem da enésima componente (fator que multiplica a freqüência da nota). Fase n : Fase inicial da enésima componente. Envoltória n : Listas de pares da envoltória de amplitude. –Por default, x={1,...,512} e a ∑Y*a < ~32000, y= todos instrumentos simultâneos e a=amplitude das notas correspondentes Orto n : Índice de orto-estereofonia

30 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Envoltória de Amplitude AmplitudeAmplitude Tempo 0 0 lim-env Envoltória: ((ordenada 1, abcissa 1 ) (ordenada 2, abcissa 2 )... )

31 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Operador EXE e associados nExecução: (EXE Ta Tb) Ta: Tempo de início do bloco Tb: Tempo de término do bloco A partir do aparecimento do comando EXE e até que o interpretador encontre a instrução STP nNotas representadas por listas contendo as informações necessárias a sua execução nOperador STP Encerra a ação do operador EXE anterior nOperador FIM Encerra a interpretação da carta.

32 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Especificação das Notas n(Nome-do-Instrumento Ti Dur Freq Amp) Nome-do-instrumento: Rótulo definido pelo operador INS Ti: Tempo de início da nota Dur: Duração da nota Freq: Frequência em ciclos por segundo Amp: Intensidade relativa às amplitudes das envoltórias de cada componente do instrumento

33 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Exemplo Ver:

34 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Exercício nBrincar de sintetizar uma musica ~musica/aulas/som-a copia tudo para c:/soma aproveitar as notas de alguma carta espectral disponível (ex. marcha soldado) edita os instrumentos Na primeira vez que rodar... Definir os diretórios Select spectral chart Se quer uma coisa nova, renomear arquivo.car ou apagar o wav Para ouvir: play soundblaster

35 Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE Algumas referências nRoads, C., Computer Music Tutorial (livro texto), cap. 3 e 4 nhttp://www.harmony-central.com/Synth/ nhttp://fr.audiofanzine.com/apprendre/dossiers/inde x,idossier,12.html


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