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Geber Ramalho & Osman Gioia - UFPE1

Síntese: outros métodos

Subtrativa

FM

Amostragem Digital (Sampling)

Modelagem físico-acústica


Modularidade Conceito fundamental na síntese digital

Módulos de processamento de sinal• Geradores

– Osciladores• Modificadores

– Filtros– Amplificadores– Geradores de Envoltória

Podem ser conectados para a criação de instrumentos (patches)


Patch

Um instrumento é produzido através da conexão de MÓDULOS em um Patch


Síntese Subtrativa Idéia

• Formas de onda complexas moldadas por filtros variantes no tempo

Módulo Principais• Osciladores• Filtros• Amplificadores • Geradores de Envoltória


Função• Gerar de sinais de áudio

Formas de onda padrão utilizadas originalmente• Triangular• Dente de serra• Quadrada• Senoidal

Controles• Frequência (freq)• Intensidade (amp)• Sinal de controle (gate)

osc

Gate

Freq

AmpSaída

Oscilador

Tabela de Forma de onda


Função• Filtrar forma de onda gerada pelo oscilador de modo a

modelar o espectro desejado

Tipos• Passa baixas/altas• Passa faixa• Rejeita faixa

Controles• Gate• Envoltória (env)• Frequência de Corte (fc)• Amplitude (amp)

Filtroin out

gate env

amp fc

Filtro


Amplificador Função

• Amplificar a forma de onda proveniente do Filtro

Controle• ganho

Ampin out

ganho


LFO

Gate

Waveform

Freq

DelayAmp

Sinc

out

Módulos Adicionais

Oscilador de Baixas Freqüências (LFO)• Utilizado para modular:

– Oscilador = Vibrato (freqüência)– Amplificador = Tremolo (amplitude)– Filtro = Uaua

Controles• Gate• Forma de onda• Frequência• Retardo• Intensidade• Sincronismo


Noiseosc Out

Amp

Módulos Adicionais Gerador de Ruído

• Fornece sinal composto por todas as frequências audíveis

• Tipos:– Branco: Igual intensidade em todas as frequências– Rosa: Corte gradual nas altas frequências

Controles– Intensidade


Síntese Subtrativa:Sintetizador Tradicional Analógico

LFO - Low Frequence OscilatorVCO - Voltage-Controlled OscilatorEnv - Envelop GeneratorVCF - Voltage-Controlled FilterVCA - Voltage-Controlled Amplifier


Síntese por Modulação em Freqüência


Síntese FM

Modulação Sinal Portador (carrier) varia sua freqüência de acordo com Sinal Modulador (modulator)

Patente de John Chowning• Universidade de Stanford no início dos anos 70• “Descobri que com somente duas ondas senoidais

posso gerar uma enorme gama de sons complexos os quais, por outros meios exigiriam ferramentas muito mais poderosas”

Yamaha adquiriu a licença em 75 e lançou o DX7 em 83

• http://www.youtube.com/watch?v=nmp9yqhsjqg• http://www.youtube.com/watch?v=0pLQxvTrRdg

http://www.youtube.com/watch?v=nmp9yqhsjqg

http://www.youtube.com/watch?v=0pLQxvTrRdg


Equação Fundamental


Razão Carrier: Modulator

•C:M = Inteiro Bandas harmônicas•C:M Inteiro Bandas inarmônicas


Largura de Banda = Índice de Modulação


Operador A Yamaha chama o oscilador de operador


Algoritmos Yamaha DX-7 possui 6 operadores em 32 diferentes

configurações

Dx7

http://www.youtube.com/watch?v=0pLQxvTrRdg


Amostragem Digital e Síntese por Leitura de Tabela


Síntese por Amostragem Digital Amostragem (sampling) corriqueiramente...

• Digitalização de fragmentos sonoros

Síntese por Amostragem Digital• Idéia da wavetable lookup com sons mais longos e não

senoidais (amostra dos verdadeiros instrumentos)• Logo, sons mais complexos e ricos (envoltória)

Primeiras Manifestações• Música Concreta• Analógico mais famoso: Mellotron (tape-loop)• Primeiro Sampler Digital: Fairlight

– 8 bits e preço acima de $25.000,00

http://www.youtube.com/watch?v=yrXtmKGkSa4&mode=related&search=Mellotron


Síntese por Amostragem Digital Problema 1

• Se o tamanho é fixo e não se trata de uma senóide, como realmente tocar as notas?

Solução: execução em Laço • estende a duração• a partir da especificação, manual ou automática, de

pontos (início e término) do laço• Modos: frente, reverso e bidirecional


Transposição (pitch-shift) Problema 2

• O timbre muda ao longo da tessitura e não dá para gravar uma amostra para cada nota => transposição

Solução: Conversão da freqüência de amostragem (resampling)

• Modifica a afinação das amostras com 2 técnicas: Decimação e Interpolação (como no oscilador por tabela)

• Além disso, obtém uma amostra para cada intervalo de terça menor (4/oitava)


Decimação e Interpolação


Síntese por Leitura de Múltiplas Tabelas

Principal técnica utilizada nos atuais sintetizadores


Modelagem Físico-Acústica


Modelagem Físico-Acústica Definição

• Modelo matemático descritor das propriedades físico-acústicas do modo de produção do som a partir de uma fonte sonora

• Equações diferenciais descrevem a mecânica e a acústica de um instrumento sendo executado

Princípio Fundamental• Excitação: causa vibração (arco, dedilhado, bocal,...)• Ressonância: resposta do corpo do instrumento à

vibração• Relação excitação-ressonância

– Acoplada (Realimentados). Ex. Saxofone– Desacoplados (Não realimentados). Ex. síntese subtrativa


Modelagem Físico-Acústica Em detalhe...

• As equações dos instrumentos são submetidas ao estado inicial e à excitação e resolvidas por um procedimento iterativo de aproximação sucessiva que procura os valores simultâneos de diversas variáveis interdependentes

Dificuldades• Ainda custa caro• Não é simples modelar

• Exemplo trompete– http://www.youtube.com/watch?v=5tMt7e25rGY


Modelagem da Voz Humana


Modelagem Físico-Acústica Objetivos Científico:

• Levantar a capacidade de equações matemáticas e algoritmos simularem os mecanismos produtores de som dos instrumentos existentes

Objetivo Artístico:• Simular instrumentos reais ou virtuais, através da

distorção de parâmetros ou combinação não trivial de módulos

• Captar não só as a relação nota/timbre como também as técnicas de execução


FIM

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