Síntese de Áudio CIC 111513 Prof. Márcio Brandão (brandao@unb.br)
Sistemas de áudio digital n Análise
Sistemas de áudio digital n Síntese
Sistemas de áudio digital n Processamento
Histórico Linguagens de Síntese de Sons
Processo de geração de som
Music V
Music V
Music V
Music V
Sistema Auditivo
O Ouvido Médio
Proteção Acústica
Adaptação de Impedância
O Labirinto Ósseo
O Labirinto Membranoso
A Cóclea
A Membrana Basilar
Órgão de Corti
Mecanismo do Ouvido Interno
Frequencias na Membrana Basilar
Máxima Ressonância
Onda Propagante na Membrana Basilar
Envoltórias da Onda Propagante
Envoltórias da Onda Propagante
Síntese Aditiva n Órgãos de tubo Órgão da igreja de Saint-German l Auxerrois, Paris.
Síntese Aditiva n Órgãos de tubo n Telharmonium (1897) Rotor dos geradores eletromagnéticos capazes de gerar 7 tons harmônicos
Síntese Aditiva n Órgãos de tubo n Telharmonium (1897) Sala dos geradores
Síntese Aditiva n Órgãos de tubo n Telharmonium (1897) Console
Síntese Aditiva n Órgãos de tubo n Telharmonium (1897) Fiação
Síntese Aditiva n Órgãos de tubo n Telharmonium (1897) n Órgão Hammond
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
Síntese Aditiva n Exemplo: Additivesynthesis.maxpat
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
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
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
Síntese Subtrativa n Exemplo: ctl6.pd
Síntese por Modulação em Frequência
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
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. 526-534
Modulação em Frequência (FM)
Modulação em Frequência (FM) FM = Asen( 2π f t + d sen(2πf t)) c m
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
FM - Espectro
FM - Espectro
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
FM - Espectro n Banda lateral de mais alta ordem k = I + 1 n Largura de Banda BW 2( d + m)
FM Espectro com I variando n I=0
FM Espectro com I variando n I=1
FM Espectro com I variando n I=2
FM Espectro com I variando n I=3
FM Espectro com I variando n I=4
FM Espectro com I variando n Espectro para I=4 incluindo diferenças de fase
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 +... 3 c m c m t } n onde J n (I) é a função de Bessel do primeiro tipo de ordem n
FM Amplitude dos Parciais J i = Função de Bessel de ordem i J k ( I) = J ( I) k, quando k é ímpar
FM Exemplo 1
FM exemplo 2:
FM - Obtendo espectros dinâmicos f f c m = 1 1
FM - Obtendo espectros dinâmicos Envoltória do índice de modulação Envoltória de amplitude
FM - Obtendo espectros dinâmicos
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. 43-55, 1983. hip://www.cse.ucsc.edu/~karplus/
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
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
Síntese Karplus- Strong Idéia central: Modificar amostras da Tabela n Modificador sugerido por Alex Strong em 1978:
Síntese Karplus- Strong: Algoritmo Básico 1 y( n) = N 2 [ y( n N) + y( n 1) ] f = N f s + 1 2
Síntese Karplus- Strong: Condição inicial n Tabela deve ser preenchida com valores aleatórios a cada nova nota
Síntese Karplus- Strong: Frequências Produzidas f = N f s + 1 2 f s = 44100Hz
Síntese Karplus- Strong: Frequências Produzidas f = N f s + 1 2 f s = 50000Hz
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 2 1 2 1 ) ( ) ( ) ( 1 + = + = = y(n) x(n)
Síntese Karplus- Strong: Filtro Passa- baixa H ( z) = z + 1 2z H( z) = πf cos f s
Síntese Karplus- Strong: Filtro Passa- baixa H ( z) = z + 1 2z
Síntese Karplus- Strong: Evolução dos Componentes Espectrais n Primeiros 16 períodos:
Síntese Karplus- Strong: Formas de Onda n Corda sendo tangida: Ataque Sustentação Decaimento n Karplus- Strong: Ataque Sustentação Decaimento
Síntese Karplus- Strong: n Exemplo 1
Síntese Karplus- Strong: Retardo introduzido pelo filtro all-pass n Valores de C igualmente espaçados entre 0.999 C 0.999
Síntese Karplus- Strong: Ajuste Fino de frequência f = N + fs 1 2 + Δ N = Δ = f f s + f s f 1 2 N 1 Δ C 1 + Δ
Síntese Karplus- Strong: n Exemplo 2
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: 429-457 q Gabor, Dennis (1947), Acoustical Quanta and the Theory of Hearing, Nature 159 (1044): 591-594.
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
Síntese Granular: Leitura em tabela n Velocidade normal
Síntese Granular: Leitura em tabela n Velocidade acelerada
Síntese Granular: Leitura em tabela n Velocidade acelerada mantendo a duração
Síntese Granular n Exemplo