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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
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HistoryNotes and Scales
HistoryPart 1
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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
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• Thaddeus Cahill (dinamofone)• 60 ft, 200 ton e ~ U$ 200,000
– Geralmente tocado a 4 mãos (Bach,Chopin, Rossini..)
TelharmoniumTelharmonium, 1896, 1896
Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 6
ThereminTheremin, 1917, 1917
VálvulaOscilador
Lev Theremin(1917)2 osciladoresControladospor antenas
Lee De Forest
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• 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
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• 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
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• Robert Moog (1934 2005)
Sintetizadores ModularesSintetizadores Modulares
Moog, ARP, EMU, Oberheim, Roland, Polyfusion …
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• Walter Carlos (1939)• Switched on Bach (1968)
CompositoresCompositores
•• Wendy Wendy Carlos (1972)Carlos (1972)•• www.www.wendywendycarloscarlos.com.com
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How many notes are there ?
12 36∞
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Why are some notes whiteand others black ?
Discrimination???
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Is F sharp different fromG flat ??? ???
Fá SolSustenido BemolSustenido Bemol
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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
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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
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Consonanses
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Names
SensívelSante IohannesSiBseventh7
Sôbre-dominanteLabii reatumLáAsixth6
DominanteSolve pollutiSolGfifth5
Sub-dominanteFamuli tuorumFáFfourth4
MedianteMira gestorumMiEthird3
Sobre-tônicaResonare fibrisRéDsecond2
tônicaUt queant laxisDóCfundamental1
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Modes
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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…
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Equal Temperament
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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
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Software para AfinaSoftware para Afinaçãoção
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ScalaScala: : free free + database+ database
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SpectrumSynthesisSpectrum
Part 2
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Timbre e DomTimbre e Domínio Fínio F
Spectrogramade umaFlauta
FÁ SOL LÁ
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HarmHarmônicasônicas
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• Órgão Hammond (1932)– 91 tonewheels– 9 harmônicas por tecla– 9 barramentos– drawbars = vol. parciais
• 1500 contatos• 8.5 milhas de fios
Síntese AditivaSíntese Aditiva
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SSíntese Subtrativaíntese SubtrativaVCOOndas complexas
Filtros (Low-pass, high-pass, res)Envelope, modulações
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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
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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
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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.
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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
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MIDI, DAWsComputer Music
MIDI, DAWsPart 3
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• 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
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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”.
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DIGITAL AUDIO• Taxa (Hz)• Resolução (bits)• Compressão• Synch• Clock (jitter)• Latência
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Mechanics
SOUND
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MechanicsElectronics
Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 44
0,4,5,4,3,4,6,7,5,3,3,4…
0,4,5,4,3,4,6,7,5,3,3,4…
MechanicsElectronics
Computing
0,4,5,4,3,4, 0,4,5,4,3,4,
Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 45
0,4,5,4,3,4,6,7,5,3,3,4…
0,4,5,4,3,4,6,7,5,3,3,4…
MechanicsElectronics
Computing
O(n1)
O(n2)
O(n3) 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 46
0,4,5,4,3,4,6,7,5,3,3,4…
0,4,5,4,3,4,6,7,5,3,3,4…
MechanicsElectronics
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
MechanicsElectronics
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
Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 48
• Steinberg Cubase
Software: DAWSoftware: DAW
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Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 49
Principais DAWs• Cubase (Steinberg)• Nuendo (Steinberg)• SONAR (Cakewalk)• Logic (Apple)• Digital Performer (MOTU)• ProTools (Digidesign)• Power Tracks (PG Music)• Samplitude (Magix)• Reaper (Cockos)
Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 50
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.
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• Plug-ins VSTGuitar Rig
Virtual Virtual StudioStudio
Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 52
• Arturia Minimoog
Virtual Virtual SynthsSynths
Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 53
MMúsicos Automáticosúsicos Automáticos
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Novas InterfacesNovas InterfacesParaDJs
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Interfaces p/ produInterfaces p/ produçãoçãoSuperfícies de controle
Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 56
Interfaces e mais Interfaces
Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 57
Interfaces e mais Interfaces
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Interfaces e mais Interfaces
Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 59
Reactable (www.reactable.com)
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PPágina da Disciplinaágina da Disciplinawww.inf.ufrgs.br/lcm:: Courses
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Audio QualityCurrent Projects
Audio QualityPart 4
Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 62
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
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Now back to Sfoggia’s problem……and also mine:
• How to find a good interface (AD/DA)?
• For “the master”!!!
Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 66
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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Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 67
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
Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 68
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)
Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 69
• PreSonus AudioBox-USB– $149 for 2ch– 24-bit 48KHz– Guess which Caps– Guess which Opamps– Good converter chips
– Nice!
Example of entry level interface
Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 70
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!!!
Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 71
• 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
Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 72
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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Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 73
• 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.
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Listening
Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 75
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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Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 79
The Institute Marcello Sfoggia• Proposed by Hique Gomez• Preserve principles, equipment, techniques,
recordings• Interviews,
learning fromhim
Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 80
LETS TALK!
Open for Discussion…
Marcelo Marcelo JohannJohannjohann@infjohann@inf..ufrgsufrgs..brbr
wwwwww..infinf..ufrgsufrgs..br/lcmbr/lcm
Thank You!Thank You!
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