Desarrollo de un sintetizador y su implementación en producción musical
Pontificia Universidad Javeriana Facultad de Artes
Carrera de Estudios Musicales Énfasis en Ingeniería de sonido
SYNTHOPHONICS
Presentado por:
Luisa Fernanda Pinzón Rivero Ana María Reyes Archila
Asesores:
Juan Daniel Hernández
Juan José Salazar
SYNTHOPHONICS
LUISA FERNANDA PINZON RIVERO ANA MARIA REYES ARCHILA
INFORME DE PRODUCTO ARTISTICO COMO PROYECTO DE GRADO PARA OPTAR POR EL TITULO DE MAESTRO EN MUSICA CON ENFASIS EN INGENIERIA DE SONIDO
ASESORES
JUAN DANIEL HERNANDES VEGA JUAN JOSE SALAZAR
PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE ARTES
DEPARTAMENTO DE MUSICA SECCION DE AUDIO Y TECNOLOGIA
BOGOTA, COLOMBIA 2016
Tabla de contenidos
1. Abstract ... 3
2. Introducción ... 4
3. Marco Conceptual ... 5
Síntesis de sonido ... 5
Envolvente ... 5
Attack (ataque) ... 6
Decay (decaimiento) ... 6
Sustain (sostenimiento) ... 6
Release (relajación) ... 6
Síntesis Aditiva ... 6
Síntesis FM ... 7
Música electrónica ... 8
4. Procedimiento y resultados ... 9
Software ... 9
Módulo de Síntesis Aditiva – YeagerA1 ... 10
Módulo de Síntesis FM YeagerF1 ... 12
Módulo de ritmo ... 13
Módulo de secuencias ... 14
Hardware ... 15
Conexiones análogas ... 16
Conexiones digitales ... 16
Diseño ... 17
Costos ... 17
Producción musical ... 18
Programación y grabación ... 19
Mezcla y finalización ... 21
Descripción de piezas musicales ... 21
5. Conclusiones ... 23
6. Referencias Bibliográficas ... 25
ANEXO 1 ... 26
ANEXO 2 ... 28
1. Abstract
This dissertation was formulated under the premise of exploring new timbre by developing a synthesizer, which offers making the sound-creating experience a new artistic design path.
Since the invention of the synthesizer, it has been implemented in various musical genres, sound design for audiovisual projects and, in general, in any project that requires the generation of electronic sounds. The rise of the digital world in the music industry has increased the achievable sound possibilities, especially under diverse methods. That is why the supply of an electronic musical instrument that can be used in both, software and hardware, for sound experimentation purposes is a versatile proposal.
In this project we develop the considerations and actions taken for the creation of SynthoPhonics: A new digital musical synthesizer proposal, with different modules for the experimentation and creation of sounds. The project consists of a review of important concepts of sound synthesis, a brief log on the development of software and hardware modules, and finally, its implementation in music production. It includes designs of the first prototype, as well as production costs and other considerations to be used in the future.
Keywords: SynthoPhonics, digital synthesizer and sound design.
El proyecto de grado nace bajo la premisa de la exploración de nuevos timbres mediante el desarrollo de un sintetizador. Este ofrece hacer de la experiencia de diseño sonoro un nuevo camino de creación artística.
Desde el invento del sintetizador, este ha sido implementado en la música de varios géneros musicales, el diseño sonoro para proyectos audiovisuales y en general en cualquier proyecto que requiera la generación de un sonido de manera electrónica. El auge de lo digital en la industria musical ha hecho que las posibilidades sonoras alcanzables sean mayores, sobre todo bajo la diversidad de métodos. Es por esto que la oferta de un instrumento musical electrónico que se pueda adquirir tanto en software como en hardware para la experimentación sonora es una propuesta versátil.
En este documento se desarrollan las consideraciones y acciones tomadas para la creación del SynthoPhonics; una nueva propuesta de un sintetizador musical digital con distintos módulos para la experimentación y creación de sonoridades. El proyecto consta del repaso de conceptos importantes en la síntesis de sonido, una breve bitácora sobre la creación del software y el hardware, y por último, su implementación en la producción musical. Se incluyen diseños del primer prototipo, así como costos de la producción y demás consideraciones para poder ser usado y comercializado en un futuro.
Palabras clave: SynthoPhonics, sintetizador digital y creación sonora.
2. Introducción
Durante el estudio de la carrera de Estudios musicales con énfasis en ingeniería de sonido se desarrollan habilidades en varios campos aplicados a la industria musical y cinematográfica. Se tiene conocimiento tanto teórico como práctico de campos de la industria que necesitan de herramientas sonoras innovadoras. Por esta razón se quiso crear un sintetizador que ayude al músico / ingeniero / productor a plasmar sus ideas.
Este proyecto de grado tiene como objetivo principal desarrollar en una plataforma digital, un instrumento que ofrezca gran versatilidad sonora, así como la implementación del mismo en la producción de distintos géneros musicales usando los conocimientos adquiridos en la carrera. Con este argumento se quiso llegar a una propuesta en software y en hardware como superficie de control, la cual incluye a su vez la implementación y ampliación de los conocimientos en electrónica y diseño.
La idea es de crear una nueva marca de sintetizador llamada SynthoPhonics la cual va a tener un primer lanzamiento de varios módulos que proporcionan distintas posibilidades tímbricas por medio de la síntesis de sonido. La programación del sintetizador se hizo implementando el software Pure Data (estudiado durante la carrera), el cual está especializado en la creación y procesamiento de sonido. Al terminar esta programación, se pasó al diseño físico de los módulos, estudiando primero las posibilidades electrónicas funcionales para el sintetizador para posteriormente hacer el diseño visual del mismo.
Paralelamente al trabajo en el hardware, se decidió realizar la producción musical de temas de distintos géneros que demuestren su funcionalidad en la actualidad. Para esto, el sintetizador se usó en todos de los temas, creando la mayoría de los timbres dispuestos. Finalmente, se pasó a mezclar los temas en el DAW ProTools. De esta forma se pudo incluir competencias desarrolladas durante la carrera como la grabación y mezcla.
3. Marco Conceptual
Síntesis de sonido
Según la Real Academia Española la síntesis es la “composición de un todo por la reunión de sus partes” (RAE, 2016), y esa es precisamente la base de la síntesis de sonido. Esta consiste en la creación de nuevas sonoridades a partir de medios no acústicos, que pueden ser analógicos o digitales.
Un sintetizador de sonido es un instrumento musical que permite generar señales sonoras particulares, por medio de la síntesis de sonido. Este instrumento no modifica un sonido existente sino que lo crea a partir de elementos simples generados en el hardware o software en el cual se esté programando; Pure Data, Max/MSP entre otros.
Con la síntesis de sonido se pueden generar dos tipos de sonidos: unos nuevos con propiedades tímbricas, de altura, duración e intensidad particulares, y otros que imitan sonidos ya existentes por medio del control del espectro de frecuencias y su envolvente.
Como se mencionó anteriormente el procesamiento de la señal se puede hacer a partir de medios digitales, pero las fuentes sonoras que generan estos nuevos timbres pueden ser tanto acústicas como digitales.
Hoy en día se tienen las facilidades tecnológicas para poder realizar síntesis de sonido tanto en hardware como en software. Si se hace por medio de un hardware, los sintetizadores tienen un ordenador con su propio sistema operativo, memoria y sus propios chips con controles físicos como lo son los botones, y por lo general, un teclado musical. Por otro lado los sintetizadores en software están programados para aprovechar el procesador del computador. Pueden usar distintos tipos de algoritmos y combinación de métodos de síntesis muy difíciles de lograr en un hardware. El lenguaje de programación enfocado en la creación de la síntesis no tiene límites.
Envolvente
Al crear sonidos por medio de síntesis es importante tener una herramienta que ayude a que estos sean dinámicos y expresivos. En cualquier emisión de un sonido, hay una relación directa entre la amplitud de la señal y su comportamiento en el tiempo. La envolvente, que se muestra en la figura Nº 1, es la encargada de describir y modificar cuatro estados básicos de la amplitud en el tiempo.
Figura Nº 1, Envolvente de amplitud
Attack (ataque)
Desde la amplitud cero, hay un tiempo en el cual el sonido se tarda en crecer hasta la amplitud máxima llamado attack.
Decay (decaimiento)
Al llegar a la amplitud máxima, es el tiempo que se demora la señal en caer al nivel de sustain.
Sustain (sostenimiento)
Es el tiempo en el cual el nivel de amplitud de la señal se estabiliza.
Release (relajación)
El tiempo que se demora la señal en pasar del nivel de amplitud de sustain a cero.
Dependiendo del tipo de instrumento musical, la envolvente mantiene estos cuatro momentos, pero se notan diferencias auditivas. Esta no solo depende de la fabricación del instrumento en sí, sino también de la técnica usada para interpretar cada nota/golpe.
Síntesis Aditiva
El timbre es una de las cualidades que permite diferenciar un sonido de otro. Este se puede identificar dependiendo de la cantidad y el tipo de armónicos que genera un sonido, dado que la mayoría de sonidos existentes son complejos. Estos sonidos complejos se forman principalmente a partir de un movimiento vibratorio fundamental y una serie de movimientos vibratorios secundarios que se diferencian en intensidad y frecuencia.
La síntesis aditiva toma el principio de las series de Fourier como base para su construcción. A partir de la sumatoria de distintas formas de onda periódicas simples con frecuencias distintas, se puede llegar a crear un sonido complejo para diseñar uno nuevo o imitar alguno existente.
La técnica base de la síntesis aditiva se ha usado por muchos años, incluso antes de la creación de un sintetizador. El órgano de tubos utilizado desde la edad media, es un ejemplo del uso que se le daba a la combinación de distintos sonidos para crear uno más complejo por medio de la combinación del sonido de tubos.
El Telharmonium, mostrado en la figura Nº 2, patentado en el año 1897 por Thaddeus Cahill, es el primer instrumento musical electrónico. Este instrumento usaba ruedas tonales electromagnéticas, cada una de las cuales generaba un parcial que al ser sumados creaban sonidos complejos. Sin embargo, la red eléctrica necesaria para hacer funcionar los motores de las ruedas tonales era muy compleja y esto hizo que se volviera un instrumento difícil de mantener. Años mas tarde, Laurens Hammond desarrolló el órgano Hammond, el cual también usa los principios del electromagnetismo usando altavoces individuales. Este contiene dos teclados de cinco octavas junto con barras deslizables que añaden armónicos a la fuente por medio de ruedas tónicas. Este fue uno de los primeros órganos electromagnéticos en comercializarse masivamente.
Figura Nº 2, Telharmonium
Síntesis FM
La síntesis FM fue inventada por el Dr. John Chowning y se basa en el uso de una onda moduladora de frecuencia dentro del espectro audible para modular las características de otra onda llamada portadora o carrier.
En la síntesis FM se deben tener en cuenta varios parámetros que definen el sonido resultante:
• Frecuencia de la onda portadora
• Forma de onda de la onda portadora: debe ser periódica
• Envolvente de la onda portadora
• Amplitud de la onda portadora
• Frecuencia de la onda moduladora
• Forma de onda de la onda moduladora: puede o no ser periódica
• Envolvente de la onda moduladora
• Amplitud de la onda moduladora
• Índice de modulación: Según el documento FM Theory & Applications escrito por el Dr. John Chowning, el índice de modulación indica la tasa de cambio dada entre la frecuencia moduladora y la desviación de la frecuencia.
El primer sintetizador FM fue el Yamaha DX7, mostrado en la figura Nº 3, el cual fue lanzado al mercado en el año 1983. Fue innovador al ser digital, polifónico y usar MIDI.
Tiene una estructura física y sonora novedosa por lo cual ha sido usado por muchos artistas desde su lanzamiento. Este usa 6 osciladores distintos que se pueden combinar entre sí dependiendo de 32 algoritmos disponibles para estas combinaciones.
Figura Nº 3, Yamaha DX7
Música electrónica
Los instrumentos base de la música electrónica son aquellos que usan tecnología musical electrónica para la producción de la pieza musical. Los instrumentos explicados anteriormente como el Telharmonium y el órgano Hammond no son instrumentos puramente electrónicos. El Yamaha DX7 siendo un sintetizador digital si es un ejemplo de un instrumento electrónico.
La música electrónica se empezó a emplear en el círculo de Darmstadt a mediados del siglo XX con compositores como Karlheinz Stockhausen y Henry Pousseur a partir de la experimentación con nuevos elementos tecnológicos disponibles.
4. Procedimiento y resultados
Software
La descripción detallada de cada uno de los elementos que se encuentran en el sintetizador se pueden encontrar en el ANEXO 2, que contiene el manual de usuario.
Este proyecto comenzó con el objetivo de explorar nuevas sonoridades. En principio, el sintetizador debía contener una sección de síntesis aditiva y otra de síntesis FM, pues son elementos que han cambiado el rumbo de la experimentación sonora a lo largo de la historia. A continuación se dará una breve explicación del proceso de creación y programación del sintetizador, y de los resultados sonoros que surgieron a lo largo del proyecto.
Primero, es importante volver a mencionar que el sintetizador fue creado en un software open source especializado en programación: Pure Data. Si bien este software tiene algunas limitaciones, tales como el impedimento de exportar los archivos en VST, parte del objetivo era demostrar que es perfectamente posible realizar un trabajo profesional utilizando esta herramienta que, no solo es gratuita, sino que es parte del proceso de formación de los estudiantes de la carrera de Estudios Musicales (con énfasis en Ingeniería de sonido y composición erudita). Aunque el tipo de programación normalmente está basado en código, Pure Data está basado en objetos visuales que se interconectan por medio de líneas que simulan cables de conexión como se muestra en la figura Nº 4, lo cual significa una mayor facilidad de manejo para personas que no están familiarizadas con el proceso de programación con código. Adicionalmente, esta plataforma permite hacer cambios en tiempo real, lo cual es ideal para un Live performance.
Figura Nº 4, PATCH
A pesar de que en un principio el proyecto fue planteado para explorar la síntesis aditiva y FM en un mismo sintetizador, durante el proceso se fueron realizando cambios y añadiendo elementos que permitían un mayor desarrollo musical. Fue así como se abrió la posibilidad de obtener también sonidos rítmicos a partir de síntesis de sonido, lo cual enriqueció la creación artística. De esta manera, el sintetizador fue dividido en 3 módulos, a los cuales se les dio el nombre de referencia Yeager (inspirado en Chuck Yeager, el primer ser humano en romper la barrera del sonido en una aeronave).
Cada uno de los módulos cuenta con una sección de secuenciadores que permiten unificar el sintetizador en pro de la creación musical.
Módulo de Síntesis Aditiva – YeagerA1
Figura Nº 5, Módulo Aditiva Polifónico Figura Nº 6, Módulo Aditiva Monofónico
El primer módulo creado fue el de síntesis aditiva, en donde se buscaba una sonoridad que permitiera generar movimientos armónicos interesantes a la hora de componer una pieza sonora. Como mencionamos en el marco conceptual, la síntesis aditiva surge a partir de la suma de parciales o armónicos a una frecuencia fundamental. Para esto es necesario contar con osciladores, los cuales se encargan de producir determinado sonido utilizando algún tipo de forma de onda.
En primer lugar, es importante tener presente que un oscilador puede emitir una única frecuencia, por lo cual es necesario crear un oscilador diferente para cada una de las frecuencias que se quieran generar simultáneamente. Por consiguiente, se tomó la decisión de que el sintetizador contaría con cuatro parciales además de la fundamental, a los cuales se les asignaría una frecuencia que depende siempre de la frecuencia fundamental. Estos son controlados por perillas que multiplican la frecuencia fundamental por números reales en un rango de 0.125 a 5. Esto permite generar armónicos y parciales, lo que a su vez significa que es posible conseguir timbres consonantes y disonantes.
También se tomó la decisión de ofrecer tres tipos de forma de onda: seno, diente de sierra y una onda que se puede dibujar o importar por el usuario (la cual es controlada por un fader que permite el cambio lineal entre una onda y otra, para poder obtener mezclas entre ondas). Teniendo en cuenta lo anterior, se puede decir que cada uno de los sonidos cuenta con cinco osciladores a los cuales se les varía gradualmente la forma de onda
conforme el usuario lo desee. Los armónicos cuentan con un fader que controla el nivel de amplitud y permite realizar la mezcla deseada por el artista.
El primer problema en el desarrollo de este módulo fue hacer posible la polifonía en el instrumento pues, como fue mencionado anteriormente, es necesario tener un oscilador por cada frecuencia, lo cual requiere un gran procesamiento del computador (por ende, no se puede tener una cantidad infinita de posibilidades). Después de realizar varias pruebas, se llegó a la decisión de tener un máximo de 10 notas en la sección de síntesis polifónica y adicionalmente crear una sección de síntesis monofónica en caso de requerir parámetros diferentes simultáneamente.
Por otro lado, fue necesario añadir la envolvente de sonido ya que, tal como fue descrito anteriormente, es el elemento que controla la amplitud a través del tiempo. Para lograr esto hay que tener una envolvente por cada uno de los osciladores con el fin de que se controle su evolución dinámica; lo cual implica que se deben controlar hasta cincuenta envolventes diferentes en un mismo instante, algo que complicaría bastante la interpretación del instrumento por parte del usuario. Por ésta razón se tomó la decisión de tener un único control de envolvente a la vista del usuario, este controla automáticamente el resto de las envolventes de todos los osciladores. Sin embargo, debido al amplio interés por seguir ahondando en la exploración tímbrica, iniciamos una serie de experimentos que nos llevaron a descubrir lo interesante que resulta implementar la serie de Fibonacci en el control de la envolvente. La serie de Fibonacci fue implementada de la siguiente manera:
Figura Nº 7, PATCH
Cada uno de los parámetros de la envolvente es multiplicado por un número de la serie de Fibonacci y el resultante es introducido en la envolvente del siguiente armónico.
Finalmente fue creada la opción llamada “Free Mode”, que inhabilita la utilización del teclado musical y y permite el control de la frecuencia fundamental a través de una perilla.
Esta frecuencia puede estar en el rango de 0Hz a 16kHz, lo cual permite una mayor variedad de posibilidades sonoras y, funciona bastante bien para crear efectos.
Módulo de Síntesis FM YeagerF1
El segundo módulo que creamos fue el de síntesis FM. Al igual que el módulo de síntesis aditiva, este cuenta con sección polifónica y monofónica. La sección polifónica tiene también un máximo de 10 notas que pueden ser interpretadas simultáneamente. A continuación se muestra en las figuras Nº 8 y Nº 9 el resultado de ambas secciones.
Figura Nº 8, Módulo FM Polifónico Figura Nº 9, Módulo FM Monofónico
Como fue enunciado anteriormente, la síntesis FM hace uso de una frecuencia portadora y una moduladora. En el caso particular de este módulo, ambas frecuencias cuentan con cinco osciladores: seno, diente de sierra, onda cuadrada, ruido rosa y uno que puede ser importado o dibujado por el usuario. Vale aclarar que aunque el ruido rosa está incluido en la señal portadora, éste solo se encuentra allí para ser usado como señal de prueba del sistema, ya que la señal portadora debe ser periódica.
Las diferentes formas de onda de la señal portadora y moduladora pueden ser cambiadas gradualmente, lo cual permite al usuario tener control sobre una gran variedad de sonidos.
Es bastante interesante encontrar que el funcionamiento de los módulos de síntesis FM y Aditiva son muy similares entre sí, por lo cual una vez el usuario se familiariza con el funcionamiento de alguno de los módulos es muy fácil aproximarse al otro.
Adicionalmente, ambos módulos cuentan con una sección de pitch, free mode, sends y pan1 que permiten aún más exploración sonora. En el ANEXO 2 se encuentra la explicación especifica de cada una de éstas funciones en el sintetizador.
Módulo de ritmo
El módulo rítmico consta de cinco secciones de sonidos: Bombo, redoblante, hi-hat, shaker y efectos. Cada una de estas secciones permite la construcción de 3 sonidos diferentes. Contrario a los módulos de síntesis FM y aditiva, en donde hay un único botón de Default que reinicia los parámetros a su estado original, en el YeagerR1 se tienen varios sonidos como preset o ajustes predeterminados para cada instrumento. Cada instrumento cuenta con un envío a la sección master de efectos (reverberación y delay), así como con un filtro para poder realizar síntesis sustractiva2 a cada uno de los sonidos resultantes.
Figura Nº 10, Módulo Rítmico
Las cinco secciones del módulo rítmico están diseñadas de forma parecida. Todas cuentan con una envolvente ADSR, ya que esta es fundamental para lograr instrumentos de percusión. Omitiendo la sección de FX (efectos), todos ofrecen la posibilidad de usar un sample del instrumento deseado. El pan, o panoramización, es en realidad un balance que está presente en todas las secciones, como fue mencionado anteriormente. El compresor que tienen el bombo, redoblante, Hi-hat y shaker funciona con parámetros
predeterminados por Pure Data. En él simplemente se controla el grado de compresión del instrumento.
Para la sección de efectos se utilizó el glitch como principal fuente de sonido. Los glitch son errores de procesamiento que generan sonidos bastante interesantes, los cuales surgen principalmente por la exageración de parámetros de la envolvente. En este caso hay dos faders (Lower range y Upper range) que controlan el porcentaje de sustain
Módulo de secuencias
El secuenciador3 es una propuesta que unifica todo el sintetizador en pro de la creación musical. Esta sección se encuentra en la parte inferior de cada módulo, sin embargo, debido a limitantes de procesamiento del computador, se hicieron dos versiones del sintetizador: una con secuenciador y otra sin secuenciador. De esta manera es posible mejorar la respuesta de procesamiento del computador en caso de que no se desee utilizar el secuenciador4.
Cada módulo cuenta con cuatro secuenciadores que a su vez tienen cinco secciones básicas en las cuales se pueden utilizar samples, ruido rosa, señal de micrófono entre otros. A continuación se dará una breve explicación de las diferentes funciones.
• Sección de configuraciones generales: Es la sección principal. Permite la asignación de múltiples parámetros disponibles en el secuenciador.
• Sección de secuenciador: Permite la asignación de una de las tres formas para recibir señal: por medio de un sample, de ruido rosa o de la entrada directa de micrófono.
• Sección de raw pitch: Es un frecuencímetro encargado de recibir la señal de entrada para modificar tanto la nota fundamental como sus armónicos.
• Sección de loop: Permite importar un archivo de audio que será detonado en el primer tiempo del compás.
• Sección de metro: Tiene un interruptor, una perilla de tempo, botones que muestran la subdivisión del mismo.
• Sección de pulsos: Está totalmente ligada con la de configuraciones generales. Es aquí en donde se determina la intensidad y duración de cada uno de los pulsos.
Figura Nº 11, Módulo de secuencias
Hardware
La versión física del sintetizador fue un reto debido a que el hardware debía tener todas las capacidades de ejecución que se tenían en Pure Data. Para trabajar la conexión se decidió usar la placa de circuito impreso Arduino Mega 2560, la cual tiene varias limitaciones para los requerimientos de funcionamiento que se necesitaban. Como se muestra en la figura Nº 12, esta placa cuenta con puertos análogos y digitales de entrada y salida. Además, es alimentada por un puerto de conexión USB, con el cual se puede establecer comunicación con el computador.
Figura Nº 12, Arduino Mega 2560
Tras varias pruebas del funcionamiento electrónico del sintetizador, y aceptando que como primer prototipo se usaría Arduino para la intercomunicación, se decidió construir varios módulos físicos (al igual que en la parte del software) y así poder tener control de cada uno. Los dos módulos son el de síntesis FM YeagerF1 y síntesis aditiva YeagerA1.
Conexiones análogas
El Arduino Mega cuenta con 16 entradas análogas con las cuales se tuvo el mayor problema de distribución. Se había tomado como decisión inicial contar con 12 de ellas para un teclado de una octava hecho a base de sensores de fuerza y, con las 4 entradas restantes se utilizarían multiplexores que permitieran conectar 8 señales analógicas a una sola salida. De esta manera contaríamos con 32 entradas adicionales. Aun así, al realizar las pruebas correspondientes a la respuesta del multiplexor, la velocidad de conmutación del mismo era lenta por lo cual imposible de utilizar en un dispositivo que necesita inmediatez electrónica para los cambios sonoros. Además de esto, el rango de voltaje aceptado tras tener varias entradas en funcionamiento variaba considerablemente lo cual hizo imposible su uso.
Dadas las condiciones, se decidió usar botones para las teclas y así liberar 12 de las 16 entradas análogas y darle paso a 12 potenciómetros.
En la tabla Nº 1 a continuación, se describe la distribución de los puertos análogos en los distintos módulos físicos:
# In Síntesis aditiva Síntesis FM
0 - 7 8 potenciómetros rotatorios 8 potenciómetros deslizables 8 - 15 8 potenciómetros rotatorios 6 potenciómetros deslizables
Tabla Nº 1, Distribución puertos análogos
Conexiones digitales
En cuanto a las conexiones digitales, estas se distribuyeron en su mayoría en botones de uno, dos y tres estados. Además de esto se debía contar con algunas de estas entradas/salidas digitales para realizar la conexión de luces led para que trabajaran por medio del Arduino.
A continuación, en la tabla Nº 2 se describe la distribución de los puertos digitales en los distintos módulos físicos:
In/Out Digital
Síntesis aditiva Síntesis FM
0 - 1 Libres Libres
2 - 3 - 4 Luces Led Luces Led
22 - 34 Botones teclado Botones teclado
34 - 53 Botones de encendido y apagado de funciones
Botones de encendido y apagado de funciones
Tabla Nº 2, Distribución puertos digitales
Diseño
Debido a que ya contábamos con el diseño de la interfaz visual del sintetizador, se quiso dar una unidad con la parte física, respetando la esencia del diseño del software. Es por esto que la ubicación de varios componentes en la parte física están ligados con su ubicación en Pure Data.
Como bien se especificó en la sección del software, cada módulo está identificado por una gama de colores similar a la que se está usando en el hardware para unificarlos. El diseño de los módulos YeagerA1 y YeagerF1 se encuentran disponibles en el ANEXO 1.
Costos
Llevar a cabo los módulos físicos del sintetizador implicó una inversión monetaria para el diseño y todos sus componentes. Tanto el software como el hardware tienen como finalidad ser comercializados, es por esto que los costos de la primera producción del dispositivo son desglosados. Aun así, estos costos y materiales utilizados están sujetos a cambios en un futuro tras hacer un estudio de mercado.
En la tabla Nº 3 presentada a continuación se evidencian las inversiones monetarias realizadas para el proyecto dividida en dos partes; la primera explica la inversión realizada durante las pruebas de los componentes y la impresión del chasis en MDF y la segunda explica la inversión realizada para el primer prototipo físico.
INVERSIÓN PRUEBAS
Elemento Cantidad Precio
Cables jumper 60 27,500 COP
Multiplexores análogos 74HC4051 2 6,000 COP Encoders digitales 5 87,000 COP
Impresión MDF 10 min 14,000 COP INVERSIÓN FINAL
Elemento Cantidad Precio
Arduino Mega 2560 1 160,000 COP
Potenciómetros rotatorios 18 73,017 COP Potenciómetros deslizables 14 168,000 COP
Pulsador redondo IP68 7 34,000 COP
Switch balancín pequeño 26 34,035 COP
Pulsador cuadrado 13 11,207 COP
Resistencia 10K 50 1,250 COP
Switch balancín mediano 2 2,070 COP
Switch balancín mini 8 8,000 COP
Soldadura 1 rollo 12,931 COP
Cable duplex 44 mts. 48,400 COP
Circuito integrado L293 1 6,000 COP
Cinta LED 1 50,000 COP
TOTAL PARCIAL 608,910 COP
Tabla Nº 3, Cuadro de inversiones
En cuanto al Arduino, incluimos la compra de una sola placa, aunque es necesario tener en cuenta que cada módulo físico requiere su propio Arduino por la cantidad de entradas y salidas analógicas y digitales requeridas para cada uno. Aun así, para este primer prototipo es posible intercambiar el Arduino entre los módulos, a menos que se vaya a usar más de uno simultáneamente.
Producción musical
Uno de los objetivos del proyecto, es demostrar la funcionalidad y versatilidad del SynthoPhonics. Es por esto que se le dio un espacio importante a la creación musical usando en su mayoría las sonoridades y herramientas dispuestas en los distintos módulos. El elemento unificador de las piezas musicales fue el sintetizador. Por esto mismo, se encuentran diferentes estilos musicales que demuestran la diversidad lograda
Programación y grabación
El proceso de creación sonora y musical fue experimental en todas las piezas. Al tener como primer objetivo demostrar la funcionalidad del sintetizador, se quiso buscar distintos tipos de sonoridades agradables y funcionales musicalmente para cada una de nuestras piezas. Es notable destacar que varias de las piezas musicales resultantes tienen el total de sus sonidos programados en el sintetizador. Aunque la programación del sintetizador era muy compleja, la producción musical nunca se dejó de lado, y siempre se tuvieron presentes varios de los estilos musicales actuales a los cuales se quería llegar, como lo es la música electrónica experimental, el minimalismo y el ambient.
Figura Nº 13, Seteo sonidos producción
Una vez se tomó la decisión del estilo de música y cómo se iba a llegar a ella, se debía crear un flujo de trabajo y de señal claro para poder plasmar las ideas musicales. Teniendo como premisa que se iba a trabajar en Mac OS se debía lograr comunicar Pure Data con el DAW Pro Tools 10, en el cual se realizó el proceso de creación de cada una de las piezas musicales. Por esta razón el primer trabajo consistió en enviar señal vía MIDI al sintetizador en Pure Data usando IAC Driver (Inter-application communication) el cual permite crear conexiones virtuales entre aplicaciones para poder compartir información MIDI y así poder controlar distintos parámetros dentro del sistema interno del computador.
Figura Nº 14, IAC Driver
En Pro Tools se crearon diferentes canales MIDI en donde se utilizó un controlador Korg Kross como interfaz para grabar la señal MIDI. Por medio del IAC Driver se envía señal MIDI al sintetizador en Pure Data utilizando los canales MIDI del 2 al 7. A continuación se enlista la asignación de canales:
• Canal 2 - Sintetizador FM Polifónico
• Canal 3 - Sintetizador FM Monofónico
• Canal 4 - Sintetizador Aditiva Polifónico
• Canal 5 - Sintetizador Aditiva Monofónico
• Canal 6 - Módulo de percusión
• Canal 7 - Secuenciador del bombo (Recibe notas MIDI para su afinación)
Figura Nº 15, Flujo de señal del IAC Driver en ProTools
El siguiente paso fue enviar la señal que sale del sintetizador en Pure Data a Pro Tools utilizando una aplicación llamada Soundflower. Esta es una aplicación open source con extensión kernel (KEXT) diseñada para crear un dispositivo de entradas y salidas vituales para Mac OS. De esta manera se logró enviar la señal desde Pure Data por dos canales virtuales para ser recibida en Pro Tools y posteriormente ser grabada.
El flujo de señal dentro del computador toma un tiempo para el procesamiento de la misma. Por esta razón al regresar la señal grabada a ProTools esta se encuentra un poco desfasada. Aun así este desfase de la señal es el mismo y las señales siempre se encontraban alineadas en el DAW. Sin embargo, es importante aclarar que al momento de finalizar la parte de grabación y proceder a la mezcla, se deben alinear todas las señales de tal manera que sea más fácil aplicar procesos de tiempo a la señal.
Figura Nº 16, Flujo de señal Soundflower
Mezcla y finalización
Una vez todos los sonidos se encontraban grabados en Pro Tools, se continuó con el proceso de mezcla pre mastering. Puesto que cada sonido fue elegido con mucha paciencia y rigurosidad no fue necesario realizar muchos procesos en el DAW, más allá de la utilización de algunos ecualizadores para mejorar el espectro en frecuencias que conforman cada uno de los temas musicales. Sin embargo, el manejo del rango dinámico por medio de compresores y nivelación de canales fue bastante importante, ya que esta mezcla juega un papel muy importante en el desarrollo de las piezas musicales. Por otra parte, se utilizaron varias reverberaciones que ayudaron a ubicar cada uno de los sonidos en el espacio.
Descripción de piezas musicales
La producción resultó en cuatro piezas musicales, en donde se busca llegar a cualquier tipo de publico que se interese en la música electrónica5. De esta manera la producción musical se encuentra dividas en dos secciones. Son tres piezas musicales enfocadas en un ambiente comercial y una pieza que explota la exploración de las sonoridades del Siglo XX, inspirada en los diversos aprendizajes que fueron adquiridos a lo largo de la carrera de Estudios Musicales sobre la música académica.
Las piezas Bell X1 y Glennie, fueron creadas únicamente con sonidos del sintetizador, no hay utilización de bancos de sonidos, ni ningún tipo de sampling. El proceso de creación fue puramente experimental buscando explotar por completo el sintetizador así que las piezas sonoras fueron creadas a partir de los sonidos encontrados. De este modo el proceso de creación fue un poco más experimental, pues no se esbozó una estructura de composición con anterioridad, sino que por el contrario, a medida que se iban encontrando sonoridades agradables se iban sumando elementos unos encima de otros.
Adicional a esto, el estudio, tomando su definición a partir del artículo de D. Bass, fue una herramienta adicional de composición, pues varios de los sonidos fueron procesados en tiempo real por ciertos elementos programados en el DAW.
Unos de los géneros en los cuales se inspiraron las piezas son Synth Pop, Deep, Ambiente House.
Además se encuentra la pieza Mach, que busca la inclusión de un instrumento, que jugara con las posibilidades que brinda el sintetizador. La fusión de ambos instrumentos articulan la pieza. Este está fundado en la música electrónica experimental y ambient industrial. La guitarra fue añadida una vez la pieza ya se encontraba finalizada en términos de síntesis.
Al igual que las sonoridades del sintetizador, la guitarra fue incorporada de manera experimental jugando con pedales y diferentes movimientos sobre las cuerdas.
Por último se encuentra Dos punto cuarenta y cuatro. Esta pieza sonora está basada en las técnicas de composición del serialismo integral inspirada en Pierre Boulez y György Ligeti, una obra que busca rigidez armónica y rítmica dejando vía libre a la exploración sonora y tímbrica que representa a cada nota/número. Dentro de los estándares de la academia del siglo XX, se busca innovar con el uso que se está dando al sintetizador, dejando de lado las notas como tal para buscar experimentar en la creación de nuevas sonoridades. Aun así estos sonidos sí están relacionados con las alturas propuestas como guía ya que las frecuencias están utilizadas en cada uno de estos.
A continuación se muestran las alturas dadas como serie guía, la matriz dodecafónica correspondiente y las equivalencias rítmicas escogidas para llevar a cabo esta pieza.
Figura Nº 17, Imagen de Alturas
Figura Nº 18, Imagen Ritmo
Figura Nº 19, Matriz dodecafónica
5. Conclusiones
La realización de este proyecto fue exitosa y satisfactoria. Uno de los grandes retos que se tenían era crear un producto que fuera profesional, desarrollando nuevas habilidades y conocimientos durante el año de trabajo. Al final de este proyecto se tienen tres productos: el sintetizador virtual SynthoPhonics con cuatro módulos (síntesis FM, síntesis aditiva, sección rítmica, secuenciador), dos controladores físicos para los módulos correspondientes a síntesis, y por último, un producto musical de cuatro temas.
En cuanto al software, el SynthoPhonics se exportó como una stand alone application con la opción que tiene Pure Data para compilar el proyecto. No es necesario la instalación de Pure Data para su uso aunque con este archivo .app no es posible realizar ReWire entre software, aunque como fue explicado anteriormente la comunicación con otros DAW se hizo por medio del IAC Driver y de SoundFlower6. Para un futuro se espera lograr exportar los distintos módulos del sintetizador como un bundle de plug-ins en formato VST para que no se dependa de interfaces virtuales para la comunicación entre software.
Aunque Pure Data es una gran herramienta para trabajar en programación, es importante buscar nuevas posibilidades como MAX/MSP, la cual puede ayudar a exportar el producto con mayor facilidad para la interacción del usuario. Aun así se encontró la forma de trabajar con el sintetizador de manera que se pudiera usar en otros DAW como ProTools o Logic. Para el software se tiene un manual del usuario para su instalación y manejo.
Tanto el software como el manual fueron probados por distintas personas que nos dieron una retroalimentación para mejoras, las cuales fueron tenidas en cuenta antes de la entrega.
En cuanto al segundo producto mencionado, el hardware requiere varias mejoras ya que es un primer prototipo al cual no se le ha hecho un adecuado estudio de mercado.
Además, para este primer diseño se está usando la placa Arduino con la cual solo se está intercomunicando la parte análoga con la digital de forma externa. Es por esto que para un futuro se debe trabajar con una placa que ofrezca mayor control en ella y no en el computador.
La producción musical fue un reto ya que se quiso desde el comienzo realizar la mayoría de la música solo con el sintetizador. De acuerdo a los géneros propuestos donde lo principal era el diseño de nuevos sonidos y el trabajo instrumental, el producto alcanzado fue exitoso. Para un futuro sería interesante probarlo como instrumento de varias agrupaciones musicales de distintos géneros, y así utilizarlo no solo como un instrumento independiente sino como parte de una propuesta musical.
Finalmente, nuestro objetivo principal de crear un instrumento electrónico versátil y funcional se cumplió exitosamente. Aunque el producto está sujeto a mejoras, es importante destacar las cualidades del primer prototipo del instrumento con sus distintos módulos.
6. Referencias Bibliográficas
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• Real Academia Española (2016). Diccionario de la lengua española. Consultado el 5 de noviembre de 2016 en http://dle.rae.es/?id=Xzp9ksD
• Wikimedia Commons (2015) Yamaha DX7, Consultado el 5 de noviembre de 2016 en https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=12379187
