Síntese de Áudio. CIC Prof. Márcio Brandão

Transcrição

1 Síntese de Áudio CIC Prof. Márcio Brandão

2 Sistemas de áudio digital n Análise

3 Sistemas de áudio digital n Síntese

4 Sistemas de áudio digital n Processamento

5 Histórico Linguagens de Síntese de Sons

6 Processo de geração de som

7 Music V

8 Music V

9 Music V

10 Music V

11 Sistema Auditivo

12 O Ouvido Médio

13 Proteção Acústica

14 Adaptação de Impedância

15 O Labirinto Ósseo

16 O Labirinto Membranoso

17 A Cóclea

18 A Membrana Basilar

19 Órgão de Corti

20 Mecanismo do Ouvido Interno

21 Frequencias na Membrana Basilar

22 Máxima Ressonância

23 Onda Propagante na Membrana Basilar

24 Envoltórias da Onda Propagante

25 Envoltórias da Onda Propagante

26 Síntese Aditiva n Órgãos de tubo Órgão da igreja de Saint-German l Auxerrois, Paris.

27 Síntese Aditiva n Órgãos de tubo n Telharmonium (1897) Rotor dos geradores eletromagnéticos capazes de gerar 7 tons harmônicos

28 Síntese Aditiva n Órgãos de tubo n Telharmonium (1897) Sala dos geradores

29 Síntese Aditiva n Órgãos de tubo n Telharmonium (1897) Console

30 Síntese Aditiva n Órgãos de tubo n Telharmonium (1897) Fiação

31 Síntese Aditiva n Órgãos de tubo n Telharmonium (1897) n Órgão Hammond

32 Síntese Aditiva n Princípio: Fourier q Toda e qualquer forma de onda periódica é constituída por uma soma de ondas senoidais cujas freqüências são múltiplos inteiros da fundamental f ( t) = a [ a cos( nw t) + b sen( nw t ] 0 + n 0 n 0 ) n= 1 onde T = 2π w 0

33 Síntese Aditiva n Exemplo: Additivesynthesis.maxpat

34 Síntese Subtrativa n Fonte de sinal com espectro amplo q Fornece material bruto a ser trabalhado n Filtro q Remove partes do espectro da fonte

35 Síntese Subtrativa n Síntese analógica n Popularizada através dos sintetizadores monofônicos comercializados a partir do final da década de 70 q Mini-moog q Oberheim

36 Síntese Subtrativa n n n n n VCO: Voltage Controlled Oscillator LFO: Low Frequency Oscillator VCF: Voltage Controlled Filter VCA: Voltage Controlled Amplifier Env: Envelope Generator

37 Síntese Subtrativa n Exemplo: ctl6.pd

38 Síntese por Modulação em Frequência

39 Síntese por Modulação em Frequência n Frequency Modulation (FM) n A teoria da FM para frequências na faixa dos MHz foi estabelecida e aplicada em transmissões de rádio desde o início do século XX n Na técnica de modulação em frequência a onda portadora (carrier) é modulada em frequência pela onda modulante

40 Síntese por Modulação em Frequência n John Chowning, da Universidade de Stanford, foi o primeiro a explorar sistematicamente o potencial musical da síntese digital por FM, com ambas as frequências portadora e modulante na faixa de frequências de áudio. n Chowning, John M. (1973), The Synthesis of Complex Audio Spectra by Means of Frequency Modulation, Journal of the Audio Engineering Society, Vol 21 No. 7, pp

41 Modulação em Frequência (FM)

42 Modulação em Frequência (FM) FM = Asen( 2π f t + d sen(2πf t)) c m

43 Modulação em Frequência (FM) FM = Asen( 2π f t + d sen(2πf t)) c m f c = frequência da portadora (carrier) f m = frequência da modulante (modullating) d = valor de pico do desvio

44 FM - Espectro

45 FM - Espectro

46 FM - Espectro FM = Asen( 2π f t + d sen(2πf t)) c m n Índice I de modulação: I = d f m n Frequências presentes no espectro: f ± k. f c m

47 FM - Espectro n Banda lateral de mais alta ordem k = I + 1 n Largura de Banda BW 2( d + m)

48 FM Espectro com I variando n I=0

49 FM Espectro com I variando n I=1

50 FM Espectro com I variando n I=2

51 FM Espectro com I variando n I=3

52 FM Espectro com I variando n I=4

53 FM Espectro com I variando n Espectro para I=4 incluindo diferenças de fase

54 FM Amplitude dos Parciais FM = A { J ( I ) sen(2π ) f t 0 c ( I )[ sen(2π ( f + f ) t) sen(2 ( f f ) )] + J π 1 c m c m t ( I )[ sen(2π ( f + 2 f ) t) + sen(2 ( f 2 f ) )] + J π 2 c m c m t ( I )[ sen(2π ( f + 3 f ) t) sen(2 ( f 3 f ) )] + J π c m c m t } n onde J n (I) é a função de Bessel do primeiro tipo de ordem n

55 FM Amplitude dos Parciais J i = Função de Bessel de ordem i J k ( I) = J ( I) k, quando k é ímpar

56 FM Exemplo 1

57 FM exemplo 2:

58 FM - Obtendo espectros dinâmicos f f c m = 1 1

59 FM - Obtendo espectros dinâmicos Envoltória do índice de modulação Envoltória de amplitude

60 FM - Obtendo espectros dinâmicos

61 Sintese Karplus- Strong n Em 1978, Kevin Karplus e Alex Strong eram alunos em Stanford e descobriram acidentalmente o algoritmo ao testar algoritmos de síntese em um computador de 8- bits. n K. Karplus and A. Strong, Digital synthesis of plucked- string and drum 7mbres, Computer Music Journal, vol. 7, no. 2, pp , hip://

62 Sintese Karplus- Strong n Wavetable Synthesis q Produz sinais periódicos usando uma tabela contendo um ciclo de um sinal periódico y( n) = y( n N) N = Número da amostras da tabela f = fs N

63 Síntese Karplus- Strong n Baseada na Wavetable Synthesis q Técnica simples, porém limitada musicalmente, pois ela produz somente sinais periódicos n Modificações q Alterar na tabela a amostra atual sendo lida q A tabela pode ser então encarada como sendo uma linha de retardo de comprimento N

64 Síntese Karplus- Strong Idéia central: Modificar amostras da Tabela n Modificador sugerido por Alex Strong em 1978:

65 Síntese Karplus- Strong: Algoritmo Básico 1 y( n) = N 2 [ y( n N) + y( n 1) ] f = N f s + 1 2

66 Síntese Karplus- Strong: Condição inicial n Tabela deve ser preenchida com valores aleatórios a cada nova nota

67 Síntese Karplus- Strong: Frequências Produzidas f = N f s f s = 44100Hz

68 Síntese Karplus- Strong: Frequências Produzidas f = N f s f s = 50000Hz

69 Síntese Karplus- Strong: Algoritmo Básico Filtro passa- baixa 2 1) ( ) ( ) ( + = n x n x n y z z z z X z Y z H ) ( ) ( ) ( 1 + = + = = y(n) x(n)

70 Síntese Karplus- Strong: Filtro Passa- baixa H ( z) = z + 1 2z H( z) = πf cos f s

71 Síntese Karplus- Strong: Filtro Passa- baixa H ( z) = z + 1 2z

72 Síntese Karplus- Strong: Evolução dos Componentes Espectrais n Primeiros 16 períodos:

73 Síntese Karplus- Strong: Formas de Onda n Corda sendo tangida: Ataque Sustentação Decaimento n Karplus- Strong: Ataque Sustentação Decaimento

74 Síntese Karplus- Strong: n Exemplo 1

75 Síntese Karplus- Strong: Retardo introduzido pelo filtro all-pass n Valores de C igualmente espaçados entre C 0.999

76 Síntese Karplus- Strong: Ajuste Fino de frequência f = N + fs Δ N = Δ = f f s + f s f 1 2 N 1 Δ C 1 + Δ

77 Síntese Karplus- Strong: n Exemplo 2

78 Síntese Granular n Dennis Gabor propôs uma representação granular de sons que, segundo ele, poderia descrever qualquer som: q Gabor, Dennis (1946), Theory of Communication, Journal of the IEEE Part III, 93: q Gabor, Dennis (1947), Acoustical Quanta and the Theory of Hearing, Nature 159 (1044):

79 Síntese Granular n Gabor construiu um granulador de sons adaptado em um sistema de gravação ótica de um projetor de filmes para experimentos com sons: q Compressão/expansão da duração sem alterar o pitch q Pitch shifting sem alterar a duração

80 Síntese Granular: Leitura em tabela n Velocidade normal

81 Síntese Granular: Leitura em tabela n Velocidade acelerada

82 Síntese Granular: Leitura em tabela n Velocidade acelerada mantendo a duração

83 Síntese Granular n Exemplo