MAC 337/5900 - Computação Musical

Aula 7 - 28/8/7  -  Mais sobre o CSound

Estudo 2 de projeto de som: mais parâmetros

etude2.orc etude2.sco

• No estudo 2, os instrumentos ao invés de serem definidos com parâmetros fixos, agora usam variáveis nos parâmetros dos opcodes que eles chamam.
• Portanto, passam a ser configuráveis a partir da partitura .sco.
• O instr 107, por exemplo, possui argumentos para amplitude (p4), freqüência (p5) e tabela de forma de onda (p6).
•       instr      107      ; P-Field Oscil
  a1    oscil     p4, p5, p6
        out     a1
        endin      
• Portanto, passa a ser possível fazer um mesmo instrumento tocar uma seqüência de oitavas seguidas por um arpejo:
• ; P1      P2      P3      P4         P5     P6
  ; ins     start   dur     amp      freq     waveshape
   
  i 107     0       1       10000     440     1
  i 107     1.5     1       20000     220     2
  i 107     3       3       10000     110     2
  i 107     3.5     2.5     10000     138.6   2
  i 107     4       2       5000      329.6   2
  i 107     4.5     1.5     6000      440     2
• O instrumento 101 foi refatorado e gerou o instr 108 que permite uma grande variedade de coloridos utilizando síntese FM:
• ver e ouvir 108.*
• Portanto, o instr 108 passa a ser um instrumento que pode soar com timbres muito diferentes entre si, de acordo com os parâmetros que são passados.
• A mesma refatoração foi feita com todos os instrumentos do Etude 2.
• ver e ouvir etude2.*

Amplitudes e truncamento

• Internamente, para o CSound, estamos apenas manipulando tabelas de números. 
• Em particular, se tocamos duas notas simultaneamente, o software vai simplesmente somar os valores númericos e a soma pode estourar o valor máximo possível para a amplitude (tipicamente 2¹⁶=65536, no intervalo -32768 a +32767).
• Este truncamento muda a forma de onda, alterando a sua sonoridade, por exemplo, a soma de duas ondas triangulares de mesma fase pode ser truncada em seus topos).
• Pior ainda, 2 vezes a amplitude não é percebido por seres humanos como o dobro da intensidade pois nossa percepção é mais próxima de algo logarítmico.
• Não existe nenhum opcode pronto para resolver este problema, embora haja alguns que ajudam. Portanto, o escultor tem que ficar ouvindo o arquivo muitas vezes até se livrar de todos os truncamentos e seus efeitos indesejados.

Taxas de Dados e Computação

• Variáveis podem ser recalculadas em 3 taxas possíveis:
• i-rate: reavaliadas a cada nova nota
• k-rate: reavaliadas a cada novo período de controle, na taxa de controle (kr)
• a-rate: reavaliadas a cada amostra (sr)
• A primeira letra da variável (i, k ou a) indica o tipo da variável, como em:
• ;output  opcode    amp,      frq,      func  ; comment
   
  ksig     oscil     10000,    1000,     1     ; 1000 Hz Sine - f 1
  asig     oscil     10000,    1000,     1     ; 1000 Hz Sine - f 1
  
• No exemplo acima, ambos soariam bem semelhantes pois ambos possuiriam amostras suficientes para soar como uma senóide a 1000 Hz para o ouvido humano.
• No entanto, se usássemos uma onda dente de serra, o número de amostras não seria suficiente e teríamos aliasing:
• ; output      opcode      amp,      frq,      func      ; comment
   
  ksig     oscil     10000,     1000,     2     ; 1000 Hz Saw - f 2
  asig     oscil     10000,     1000,     2     ; 1000 Hz Saw - f 2
• Uma das vantagens em se usar uma taxa menor de avaliação é ser computacionalmente mais leve. Dependendo do contexto, isso pode ser mais ou menos relevante.
• Mas cuidado pois se você usar uma taxa mais baixa para gerar a onda sonora final, poderá ter problemas de aliasing: ver exemplo aliasing.orc.

Estudo 3: Envoltórias

• Até agora todos nossos instrumentos tocavam na amplitude máxima direto. Mas no mundo real, os instrumentos não são assim, sua amplitude varia ao longo do tempo.
• Variações possíveis:
• Timbrísitca: modelada através do famoso ADSR
• Ataque
• Decaimento
• Sustentação
• Liberação (Release)
• Trêmulo
• variação periódica, oscilatória na amplitude
• No instr 113, o operador linen é usado para controlar dinamicamente a amplitude do oscilador funcionando como um gerador de uma envoltória AR (attack-release):
•        instr      113           ; SIMPLE OSCIL WITH ENVELOPE
  k1     linen     p4, p7, p3, p8 ; p3=dur, p4=amp, p7=attack, p8=release
  a1     oscil     k1, p5, p6     ; p5=freq, p6=waveshape
         out     a1      
         endin      
• Com a seguinte partitura:
• ;ins    strt  dur   amp     frq     fn    atk   rel
  ;==================================================
  i113    0      2    10000    440     1    1      1
  i113    2.5    2    10000    220     2    .01    1.99
  i113    5      4    10000    110     2    3.9    .1
  i113    10    10    10000    138.6   2    9      1
  i113    10    10    10000    329.6   1    5      5
  i113    10    10    10000    440     1    1      9
• Ver a documentação do linen.
• A envoltória funciona como mostra esta figura do tutorial do CSound:

• Já o instr 117 usa vários tipos de envelopes para mudar os parâmetros da síntese granular.
• um aspecto interessante é que meu laptop não é capaz de gerar o som em tempo real, portanto é necessário gravar no disco e ouvir depois.
  

• Ouvir o estudo 3 inteiro que aplica envoltórias em diferentes parâmetros de diferentes sintetizadores.

Síntese FM

• Freqüência modulada, usada inicialmente para síntese de som por John Chowning.
• Documentação do opcode foscil no manual de referência.
• Vamos ver uma série de variações em cima do instr 108.
• Exemplos interessantes da documentação:
• Manual/html/examples/fmb3.csd  (som de órgão)
• Manual/html/examples/fmvoice.csd (órgão imitando o timbre da voz????)
• Manual/html/examples/fmbell.csd (sino)
• Manual/html/examples/fmpercfl.csd (som maluquinho)
• O instr 119 usa envoltórias para variar dinamicamente os parâmetros da síntese FM.
• vamos ouvir

Estudo 4 - Mixagem, Chorus, Trêmulo e Vibrato

• O instr 120 é uma mixagem de 3 sinais (amix    =        asig1+asig2+asig3)
• um precisamente na nota
• outro 1% desafinado para cima
• outro 1% desafinado para baixo
• Esta desafinação gera um efeito conhecido por chorus (derivado do batimento)
• Ele usa um envelope de envoltória dado por kenv
• ver e ouvir
• Note que ele usa o display para mostrar a envoltória kenv a cada nota tocada.

• Já o instrumento 122 usa Fusão Espectral
• Ele é um instrumento híbrido,  composto por um foscil (síntese FM) e um buzz (combinação de harmônicos de uma senóide fundamental). O som se transforma ("morfa") de um para outro durante cada nota com um ataque pluck (ataque de corda beliscada).
• De quebra, ele usa o dispfft para usar a FFT para calcular o espectro e mostrar a cada 250 ms.

• Ao invés de simplesmente mixar o som gerado por dois sintetizadores e oscilar de um para outro, pode-se modular um sintetizador com o sinal gerado por outro.
• No instr 124, a amplitude é modulada por um oscilador enquanto que a freqüência é modulada por outro.

• Já o instr 126 apresenta um vibrato (micro-variação periódica na altura), que é algo presente em muitos instrumentos reais, até na voz humana.
• Note que, neste instrumento, a freqüência é determinada em classes de alturas e convertida com cpspch

• Trêmulo é uma micro-variação periódica na amplitude do som e também pode ser gerada da mesma forma.

Referências

• The CSound Book. Capítulo 1. "Introduction to Sound Design in Csound" de Richard Boulanger.