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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

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ThereminTheremin, 1917, 1917

VálvulaOscilador

Lev Theremin(1917)2 osciladoresControladospor antenas

Lee De Forest

2

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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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78

How many notes are there ?

12 36∞

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Why are some notes whiteand others black ?

Discrimination???

3

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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

4

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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

5

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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

6

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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

8

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MechanicsElectronics

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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

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• 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)

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

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• Arturia Minimoog

Virtual Virtual SynthsSynths

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MMúsicos Automáticosúsicos Automáticos

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Novas InterfacesNovas InterfacesParaDJs

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Interfaces p/ produInterfaces p/ produçãoçãoSuperfícies de controle

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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

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Reactable (www.reactable.com)

Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 60

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

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Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 61

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

Computação e Música - Marcelo Johann - UNISC - Santa Cruz May/2012 : Slide 65

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

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

• For “the master”!!!

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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)

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

– Nice!

Example of entry level interface

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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!!!

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• 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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• 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

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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

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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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