unisc - santa cruz do sul, 2012 - instituto de informáticajohann/johannsantacruz2012opt.pdf · 1...

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IntroduIntrodução ação aComputaComputação e Música eção e Música eProjetos de Pesquisa em ÁudioProjetos de Pesquisa em Áudio

ProfProf. . DrDr..Marcelo Marcelo JohannJohann

UNISC - Santa Cruz do Sul, 2012 UNISC - Santa Cruz do Sul, 2012Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 2

ConteConteúdoúdoParte 1 - 30 min• Histórico, Física, Notas e Escalas

Parte 2 - 30 min• Espectro, Síntese Aditiva, Subtrativa, FM, …

Parte 3 - 30 min• MIDI, Áudio Digital e Software• Pesquisa, Novos dispositivos e Interfaces

Parte 4 - 30 min• Qualidade de Áudio: Motivação, Sfoggia• DAC, ADA8000, Projetos Atuais

Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 3

HistoryNotes and Scales

HistoryPart 1


tecnologias

1900 30 40 60 70

Telharmonium Martenot

Theremin

Gravador

RCA Mark IISíntese Direta

TrautoniumJohn Cage Schaeffer

VareseStockhausen

Walter Carlos50

Max Mathews

Hammond

Lejaren Hiller

80

HistHistóricoórico


• Thaddeus Cahill (dinamofone)• 60 ft, 200 ton e ~ U$ 200,000

– Geralmente tocado a 4 mãos (Bach,Chopin, Rossini..)

TelharmoniumTelharmonium, 1896, 1896


ThereminTheremin, 1917, 1917

VálvulaOscilador

Lev Theremin(1917)2 osciladoresControladospor antenas

Lee De Forest

2


• Laurens Hammond– Motor Síncrono– Clock Company– Transmissão automática– cinema 3D (estéreo)

• Órgão Hammond– eletromecânico– 91 tonewheels– Sucesso imediato– 1 milhão de unidades

Órgãos Órgãos HammondHammond, 1932, 1932


• Mark II RCA Music Synthesizer (1950)– Herbert Belar e Harry Olsen– Principal compositor:– Milton Babbit (serialista)

• Compositions for Synthesizer(1961)

• Esembles for Synthesizer(1964) para tape-music.

Mark Mark II RCA II RCA Music SynthesizerMusic Synthesizer

• Music I (1957)– Max Mathews “pai da CM”– Base para o cSound

Primeiro softwarePrimeiro software


• Robert Moog (1934 2005)

Sintetizadores ModularesSintetizadores Modulares

Moog, ARP, EMU, Oberheim, Roland, Polyfusion …


• Walter Carlos (1939)• Switched on Bach (1968)

CompositoresCompositores

•• Wendy Wendy Carlos (1972)Carlos (1972)•• www.www.wendywendycarloscarlos.com.com


78

How many notes are there ?

12 36∞


Why are some notes whiteand others black ?

Discrimination???

3


Is F sharp different fromG flat ??? ???

Fá SolSustenido BemolSustenido Bemol


What is a well tempered clavier?

Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 15May/2012 : Slide

???Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 16

Trying to determine notes


ConsonConsonânciaância

2 / 12 / 1Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 18

ConsonConsonânciaância

3 / 23 / 2

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Important fractions• M, m, s generate simple relations from 1 to 2• This arrangement maximizes consonances


Consonanses


Names

SensívelSante IohannesSiBseventh7

Sôbre-dominanteLabii reatumLáAsixth6

DominanteSolve pollutiSolGfifth5

Sub-dominanteFamuli tuorumFáFfourth4

MedianteMira gestorumMiEthird3

Sobre-tônicaResonare fibrisRéDsecond2

tônicaUt queant laxisDóCfundamental1


Modes


The problem• How to put extra notes diving M and m intervals?• It is not possible to insert just 5 additional notes such

that they sound well, forming simple fractions withrespect to the first seven notes, or among them.

• This was an impossible problem to solve… until…


Equal Temperament

5


This is an over-simplification!!!

• We chose just two points in history

• Ference approach: consonances and scales– No questions about the merits of 3/2, 4/3– But how to sort, choose notes is another problem

Ptolemy EqualPythagoras Well temperament

Plato


Software para AfinaSoftware para Afinaçãoção


ScalaScala: : free free + database+ database


SpectrumSynthesisSpectrum

Part 2


Timbre e DomTimbre e Domínio Fínio F

Spectrogramade umaFlauta

FÁ SOL LÁ


HarmHarmônicasônicas

6


• Órgão Hammond (1932)– 91 tonewheels– 9 harmônicas por tecla– 9 barramentos– drawbars = vol. parciais

• 1500 contatos• 8.5 milhas de fios

Síntese AditivaSíntese Aditiva


SSíntese Subtrativaíntese SubtrativaVCOOndas complexas

Filtros (Low-pass, high-pass, res)Envelope, modulações


SSíntese FMíntese FM

Basic synthesis:output = sin(frequency * time);

FM synthesis (phase modulation):modulation = sin(frequency2 * time) * hardness;output = sin(frequency1 * time + modulation);

Algoritmos:

John Chowning, StanfordYamaha DX7


Síntese por Formantes• Modelo do trato vocal humano• Uma fonte passa por uma série de filtros

ressonantes• Diferentes frequências de centro e

intensidades produzem sons de diferentesvogais


Síntese Granular• Um grão é definido como um trecho de áudio

de cerca de 1 a 50ms• A repetição e sobreposição de grãos em

escala de microsegundos gera espectros deáudio distintos.


Síntese com diversos modelos teóricos• Autômatos• Cadeias de Markov• Teoria do Caos• …• Qualquer coisa que oscile ou tenha espectro

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Modelagem FModelagem FísicaísicaDigital Waveguide (patentes Stanford, Yamaha)

Ex: Yamaha VL-1


MIDI, DAWsComputer Music

MIDI, DAWsPart 3


• Musical Instrument Digital Interface (1983)– Comunicação entre instrumentos musicais digitais– Usado por qualquer instrumento (qualquer fabricante)

• Interface serial assíncrona, 31Kbps• Informa ocorrência de Eventos com mensagens

MIDIMIDI


Samplers e ROMplers• História:• http://en.wikipedia.org/wiki/Sampler_%28musi

cal_instrument%29• Loop point• Multi-sample• Com ou sem filtros, LFOs, etc…• Sempre foram máquinas complicadas!• Hoje em SW• Método mais eficiente para “imitação”.


DIGITAL AUDIO• Taxa (Hz)• Resolução (bits)• Compressão• Synch• Clock (jitter)• Latência


Mechanics

SOUND

8


MechanicsElectronics


0,4,5,4,3,4,6,7,5,3,3,4…

0,4,5,4,3,4,6,7,5,3,3,4…


Computing

0,4,5,4,3,4, 0,4,5,4,3,4,


0,4,5,4,3,4,6,7,5,3,3,4…

0,4,5,4,3,4,6,7,5,3,3,4…


Computing

O(n1)

O(n2)

O(n3) Computing

0,4,5,4,3,4, 0,4,5,4,3,4,

TrasmissionStorage

Processing


0,4,5,4,3,4,6,7,5,3,3,4…

0,4,5,4,3,4,6,7,5,3,3,4…


Computing

0,4,5,4,3,4, 0,4,5,4,3,4,

TrasmissionStorage

Processing

Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 47May/2012 : Slide May/2012 : Slide

0,4,5,4,3,4,6,7,5,3,3,4…

0,4,5,4,3,4,6,7,5,3,3,4…

ADC


Computing

TrasmissionStorage

Processing

Johann - UNISC - Santa Cruz

ADCADCADCADC0,4,5,4,3,4,6,7,5,3,3,4…

ADC6,7,5,3,3,46,7,5,3,3,4

ADC6,7,5,3,3,46,7,5,3,3,4

0,4,5,4,3,4,6,7,5,3,3,46,7,5,3,3,4…

DAC


• Steinberg Cubase

Software: DAWSoftware: DAW

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Principais DAWs• Cubase (Steinberg)• Nuendo (Steinberg)• SONAR (Cakewalk)• Logic (Apple)• Digital Performer (MOTU)• ProTools (Digidesign)• Power Tracks (PG Music)• Samplitude (Magix)• Reaper (Cockos)


Plug-ins VST• Padrão free do Steinberg CUBASE• Outros, ex: Apple’s Logic Audio Units• I/O MIDI• I/O Audio• Exemplo• Aceitos por outras ferramentas• Comércio de “processos”, imitando

equipamentos ou instrumentos externos.


• Plug-ins VSTGuitar Rig

Virtual Virtual StudioStudio


• Arturia Minimoog

Virtual Virtual SynthsSynths


MMúsicos Automáticosúsicos Automáticos


Novas InterfacesNovas InterfacesParaDJs

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Interfaces p/ produInterfaces p/ produçãoçãoSuperfícies de controle


Interfaces e mais Interfaces






Reactable (www.reactable.com)


PPágina da Disciplinaágina da Disciplinawww.inf.ufrgs.br/lcm:: Courses

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Audio QualityCurrent Projects

Audio QualityPart 4


What happened in Porto Alegre?• A dentist followed Gilbert Briggs and other

masters, as well as his own experimentsMarcello Sfoggia

• Since he was young• Passion, dedication• Spent many decades

building circuits• Became a famous

recording expert

masters, as well as his own experiments

Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 63UFRGS Semac 2011 - Marcelo Johann - Outubro/2011 Audio Quality : Slide 63

Trying to build a top-quality studio

Hit the wall w/ US$2K ADC/DAC Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 64Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 64

Samsung DVD-HD870

Nashville Power 70 - cap

Jordan JX92S

Event 20/20 passive

Nashville Power 70 - cap

Jordan JX92S


Now back to Sfoggia’s problem……and also mine:

• How to find a good interface (AD/DA)?

• For “the master”!!!


What is there available• Audio Interfaces• AD/DA, 2ch, 8ch• Protocols

• M-Audio, MOTU, Echo, TCE, Focusrite, …Digidesign, Apogee, RME, Metric Halo, Lynx…

• And Behringer!

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What they have inside?• Caps, Res, opamps, converter, DSP, SW

C CRR

ADC DSPprocessAudio( float *out, float *in, int size) { int i=0; for (;i<size;){ *out++=*in++; ++i; }

Analog Digital

opamp


Quality and Price for components• Capacitors

• Resistors

• Opamps

• ADC chips

$1,216.90$59.83$0.65$0.015

$27.95$2.95$0.60$0.008

$42.95$6.50$2.79$0.19

???$16.45$3.00$1.67 AK4620BV(~4-8$ each)


• PreSonus AudioBox-USB– $149 for 2ch– 24-bit 48KHz– Guess which Caps– Guess which Opamps– Good converter chips

– Nice!

Example of entry level interface


Example of “pro” studio interface

• SSL Alpha Link AX– $2699.00 for 24ch– 24-bit 96KHz MADI– Guess which Caps– Guess which Opamps– Good converter chips

• newer• Better specs…• Not necessarily better sounding• Inside…

– Nice!!!


• What you find inside a $200 interface– Cheapest caps and res– “audio” opamps– Good converter chips

• What you find in a $2000 interface– Cheapest caps and res– Most the same “audio” opamps, long path?– New converter chips

• Is there a $20000 interface?– Only if you build one (DIY, mods, custom)– Remind: there are exceptions…

The industrial/commercial approach


Really?• Yes, and a computer guy like me can take a

$200 unit, change a few components, andmake it sound much better than a $2000 one!

• Let’s see it:www.inf.ufrgs.br/~johann/ada8000

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• Replacement of ceramic caps at the power supply for high isolation voltage ones;• installation of a fan on the top cover to cool down the regulators that run very hot;• bypass the input mic preamps, going directly to the main board with some resistors;• opamps replacement: I put LT1359 at the inputs and OPA4134 at the outputs;• uncrossing the outputs, because the positive passed through two opamps, and the negative,

only one.


Listening


Can I do the same with other gear?

YES!

Check: www.blacklionaudio.comComputação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 76

Our Current Activities in Audio• C&M courses• 4 courses: SBCM, UFPel, UFRGS (EE, Inf)• LAC - CNPq• 4 undergrads

– Audio and Computer Music• Making DC ins outs, Texas ADC• Ribbon Microphone• More on this talk:

http://www.inf.ufrgs.br/~johann/semac2011johannUFPel.pdf

Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 77ção e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 77

Lucas ZawackiMarcelo Johann

A Prospective Analysis ofAnalog Audio Recording withWeb Servers

The Third Workshop on Ubiquitous Music: Ubiquitous and Mobile Computing for Education and Creative Industries

Computação e Músicação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 78

Pat Metheny’s Orchestrion

http://www.patmetheny.com/orchestrioninfo/

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The Institute Marcello Sfoggia• Proposed by Hique Gomez• Preserve principles, equipment, techniques,

recordings• Interviews,

learning fromhim


LETS TALK!

Open for Discussion…

Marcelo Marcelo JohannJohannjohann@[email protected]

wwwwww..infinf..ufrgsufrgs..br/lcmbr/lcm

Thank You!Thank You!

IntroduIntrodução ação aComputaComputação e Música eção e Música eProjetos de Pesquisa em ÁudioProjetos de Pesquisa em Áudio

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