MAC 337/5900 - Computação Musical

Aula 16 - 4/10/7

Capítulo 3 (continuação)

Operações em Fluxos de Controle

• Vimos na aula passada como converter fluxos de áudio em fluxos de controle (p.ex., snapshot) e vice-versa (p.ex., sig~).
• Mas há quatro tipos de operações que podem ser aplicadas em fluxos de controle que não possuem paralelo em fluxos de áudio:
1. atraso (delay)
• Fig. 3.10: atraso simples (sem buffer) ou composto (com buffer)
2. combinação (merging)
• Fig. 3.11b: note que dois eventos podem ocorrer no mesmo instante: são seriados
3. poda (pruning)
• remover seletivamente alguns elementos, filtrar
• Fig. 3.11c: só deixa passar os eventos com número associado positivo
4. ressincronização (resynchronizing)
• os valores de um fluxo de entrada são joagados para a saída em instantes determinados por um segundo fluxo de entrada
• Fig. 3.11d
• A Fig. 3.12 mostra exemplos destes 4 tipos de controle no Pd.
• Objetos del ou delay  permitem a definição de um atraso em milissegundos no argumento de criação ou na entrada direita.
• O atraso é simples, ou seja, se um novo evento entra no objeto enquanto um atraso está sendo processado, o evento antigo é descartado e apenas o novo é processado. 
• Estes objetos jogam apenas bangs para a saída.
• O objeto pipe implementa um atraso composto, ou seja, novos eventos não descartam os antigos, como num pipe UNIX.
• Além disso, eles também permitem jogar mensagens para a saída e não apenas bangs.
• Filtragem é realizada com vários objetos como, por exemplo,
• moses recebe valores na entrada esquerda;  joga para a saída esquerda os valores menores do que o determinado na entrada  direita e joga para a saída direita os demais.
• select ou sel jogam para saída um bang apenas se o valor selecionado é enviado em sua entrada.
• ver exemplos na Ajuda do Pd.
• Ressincronia é feito por quase todos objetos Pd que possuem várias entradas.
• A Fig. 3.12d mostra um exemplo disso usando o objeto float que armazena um número em ponto flutuante.

• Usando tudo isso, podemos agora construir um bom sintetizador MIDI monofônico:

• C10.monophonic.synth.pd, também mostrado na Fig. 3.16 é um sintetizador MIDI monofônico que usa os seguintes objetos:
• notein que recebe uma nota MIDI do hardware correspondente e joga para saída seus valores
• stripnote que filtra as mensagens de noteoff deixando passar apenas as demais
• trigger que copia uma mensagem, distribuindo-a para suas várias saídas
• sel para descobrir se é note on ou note off
• select para verificar se o pitch do note off é o mesmo que acabou de chegar do notein

Capítulo 4 - Automação e gerenciamento de vozes

• Até agora, sempre tratamos cada evento isoladamente.
• Mas, muitas vezes, queremos trabalhar com agregados de eventos e não eventos isolados.
• Por exemplo, podemos querer ter várias notas num acorde, ou um timbre composto por vários formantes.
• Este capítulo estuda duas formas de automatizar o tratamento de agregados: geradores de envoltórias que tratam agregados ao longo do tempo e bancos de vozes que lidam com os elementos do agregado simulataneamente.

Geradores de Envoltórias

• Às vezes são também chamados de geradores de transientes, transições.
• O mais famoso deles é o ADSR para controlar a amplitude de uma nota ao longo do tempo. 
• A Fig. 4.2 mostra várias possibilidades que surgem quando usamos geradores de envoltória ADSR associados a apertar (on) ou soltar (off) a nota de um teclado musical, por exemplo.
• Além de controlar a amplitude, é comum usar envoltórias para controlar a variação do timbre ao longo da duração de cada nota.

Variação linear vs. logarítmica vs. de 4a ordem

• Ao implementar a conversão do gráfico ADSR para a amplitude do som em si é preciso notar uma coisa:
• a nossa percepção do som não é linear com a amplitude.
• Portanto, se fizermos um mapeamento linear nossa percepção não será linear, o som demorará mais a subir.
• f₁(x) = x (linear, ruim)
• f₂(x) = 10^2(x-1) (linear em dB, melhor)
• f₃(x) = x⁴ (melhor de todos segundo Puckette) 
• ver diferenças na Fig. 4.3
• A Fig. 4.4 introduz o diagrama para denotar uma função de transferência, ela pode ser implementada através de um cálculo aritmético ou através de uma consulta a uma tabela.

Mudanças de controle Contínuas vs. Descontínuas

• Em alguns momentos, é interessante que as mudanças de controle sejam contínuas (por exemplo, variações na amplitude, caso contrário teremos cliques).
• Em outros momentos, é mais interessante termos mudanças abruptas (p.ex., a freqüência das notas em uma melodia).
• Em alguns casos, não é nem possível fazer uma mudança contínua de um valor para outro (p.ex. ao trocar o a tabela de forma de onda de um oscilador baseado em tabela).
• Quando ocorrem mudanças repentinas, muitas vezes é necessário mascará-las. 
• Há duas técnicas usadas nestes casos muting e switch-and-ramp.
• Uma técnica comumente usada para isso é introduzir uma curva de silenciamento (muting) no ponto da mudança descontínua como mostrado na Fig. 4.5.
• Nesta técnica, normalmente uma curva de silenciamento de cerca de 5ms funciona bem.
• Já a técnica de "troque-e-rampeie" (switch-and-ramp) consiste em tentar sintetizar uma descontinuidade oposta àquela que está ocorrendo.
• A Fig. 4.6 mostra um exemplo desta técnica aplicada a um som percussivo que começa no meio de outro.
• A Fig. 4.7 mostra como a técnica pode ser implementada. 
• na figura, "..." é um algoritmo de síntese qualquer que desejamos interromper repentinamente e fazer recomeçar do zero. Usamos o ADSR da direita para cancelar a descontinuidade e a inicializamos com -x onde x é o último valor da saída.

Polifonia e Bancos de Vozes

• Em música, polifonia significa várias vozes soando simultaneamente, normalmente em alturas diferentes, às vezes com timbres diferentes.
• Na música eletrônica, muitas vezes polifonia significa manter várias cópias de um mesmo processo de síntese funcionando em paralelo. Chamamos estas cópias de vozes.
• Usando esta linguagem, o piano é um instrumento polifônico com 88 vozes.
• No piano, cada voz é capaz de tocar apenas uma nota e cada nota é tocada por apenas uma voz.
• Já em instrumentos eletrônica, há mais flexibilidade, a mesma voz pode tocar notas diferentes.
• E surge uma complicação extra pois uma mesma nota pode ser tocada por mais de uma voz, é necessário decidir, às vezes dinamicamente, qual será a voz a tocar cada nota.
• Programas que fazem processamento em lote como CSound, em geral alocam 1 voz para cada nota da peça.
• Em sistemas de tempo real, como MAX e Pd, normalmente se pré-aloca um Banco de vozes.
• O sistema então aloca dinamicamente para as vozes do banco a geração de cada uma das notas da peça.
• Este processo é ilustrado na Fig. 4.8

• Precisamos então de um Algoritmo de alocação e vozes como ilustrado em 4.9.
• Aparecem problemas quando o número de notas que o "controle" pede para tocar é maior do que o número de vozes.
• Neste caso o algoritmo precisa tomar uma decisão (chamada de "roubo de voz").
• Na Fig. 4.10, a decisão é interromper a nota mais antiga ainda ativa.

Rótulos nas Vozes

• Vimos que as tarefas de síntese de som são distribuídas para as vozes por um algoritmo de alocação (escalonamento).
• Mas e se precisamos cancelar uma tarefa ou alterá-la de alguma forma, como descobrir qual voz está processando-a.
• Isso é resolvido adicionando rótulos às tarefas (notas tocadas pelas vozes).
• Exemplos:
• Uma representação que não usa rótulos:
• start-time end-time pitch ...
  1          3        60 ...
  2          8        62
  4          6        64
  5          8        65
• Uma representação que usa rótulos:
• time tag action parameters
  1    a   start  60 ...
  2    b   start  62 ...
  3    a   end
  4    c   start  64 ...
  5    d   start  65 ...
  6    c   end
  8    b   end
  8    d   end

Encapsulamento (aninhamento) em Pd

• Os exemplos deste capítulo usam bastante o mecanismo de aninhamento de Pd que permite a criação de subpatches.
• O mecanismo permite não só lidar melhor com a complexidade, organizando melhor o código mas também a reutilização de um mesmo subpatch várias vezes no mesmo patch, como se fossem várias instâncias da mesma classe.
• Subpatches podem ser de 2 tipos
•  one-off que são usados apenas naquele patch e são armazenados no mesmo arquivo.
• são criados digitando-se "pd nome-do-subpatch" dentro de uma caixa de objeto.
• abstractions que são gravadas em outro arquivo .pd no mesmo diretório.
• Chamamos de pai (parent) o patch no qual um subpatch está inserido.
• Eles podem ter 
• entradas definidas com as caixas inlet e inlet~ e
• saídas, definidas com as caixas outlet e outlet~
• argumentos de criação que podem ser referenciados como $1, $2, $3, etc.
• note que os argumentos são processados apenas quando a caixa é criada.
  
• Isso tudo é mostrado no exemplo da Fig. 4.11
• Em um dado subpatch, pode-se definir a propriedade "graph on parent" que faz com que as suas caixas de controle sejam mostradas no pai também.

Exemplos

• D02.adsr.pd é um exemplo de envoltória ADSR usando um subpatch do tipo abstração.
• D03.envelope.dB.pd é a mesma coisa mas usando envoltória mapeado com logarítmico, o que dá melhor resultado.
• D04.envelope.quartic.pd compara envelopes lineares e de 4a ordem em termos de amplitude e freqüência.
• D05.pitch.envelope.pd mostra como o objeto adsr pode ser usado com alturas também. Neste caso pode-se pular abruptamente para o início da envoltória jogando um valor negativo na entrada do objeto.
• D06.envelope.portamento.pd mostra como implementar portamento, ou seja, cada nota é ligada na seguinte através de um glissando. É assim que vários instrumentos acústicos e a voz humana funcionam.
• D07.additive.pd usa síntese aditiva para simular o som de um sino usando a técnica de Jean-Claude Risset (pesquisador do IRCAM).
• D08.table.spectrum.pd usa um banco de 30 osciladores para gerar um som com um espectro que pode ser desenhado.

Referência

• Miller S. Puckette. The Theory and Technique of Electronic Music. Capítulo 3 e 4. 30/12/2006.