Curs 3 / Sunete artificiale
3.1 Sintetizatorul
Un sintetizator este un echipament electroacustic care poate genera un semnal audio. Spre deosebire de instrumentele muzicale care pot produce doar sunete caracteristice instrumentului respectiv, un sintetizator poate genera orice tip de sunete. Sintetizatorul permite atât interpretarea unei partituri muzicale, memorarea sau redarea unor secvenţe muzicale dar şi prelucrarea unor sunete naturale pentru obtinerea unor efecte speciale. În plus procesul de editare a sunetului permite modificarea unor parametri de corecţie, intercalarea unor secvenţe muzicale înregistrate în memoria sintetizatorului, stabilirea unor efecte etc.
Un sintetizator are două componente distincte:
- tastatura MIDI;
- generator de sunete (sequenter)
Când executăm o melodie la tastatura, sintetizatorul comunică prin mesaje MIDI pentru transmiterea sunetelor către generatorul de sunete (sequenter) şi dependenţa de timp a evenimentelor muzicale.
Un sequenter MIDI poate fi folosit ca un echipament de introducere date, sau numai de generare sunete muzicale în momentul apăsării unei taste de pe tastatura MIDI (keyboard controller). Keyboard controller poate exista independent dacă sunt echipate cu un număr de taste de pian, poate fi simulat în cadrul unui program pe calculator, sau poate fi adăugat ulterior sub forma unor module independente (sound modules MIDI).
Un sintetizator poate genera semnale periodice (sunete muzicale), semnale aleatoare (zgomote), dar şi sunete fără armonice (de tip sinus). Obţinerea unui anumit timbru se face prin filtrarea semnalelor generate de circuitul electronic şi modularea semnalelor în amplitudine şi frecvenţă. Un sintetizator poate emite orice tip de sunet în banda audibilă, faţă de cazul instrumentelor muzicale a căror plajă de sunete cuprinde numai 109. Sintetizatorul permite mixarea semnalelor muzicale emise de instrumente muzicale cu elemente din vocea umană creând astfel efecte speciale. Un sintetizator poate folosi zgomotul ca mijloc de expresie artistică precum şi selectarea unor armonice care adaugă un grad de acurateţe sau strălucire semnalului muzical.
Programele software folosesc proceduri de editare, copiere, decupare a unor secvenţe muzicale deja existente pentru crearea unor noi compoziţii muzicale. Se poate schimba velocitatea unei note individuale, tempo-ul sau aranjamentul unei întregi compoziţii, sau numai a unei părţi din ea. Modelele mai noi permit crearea unor secvenţe muzicale sau fraze prin selectarea unui mod muzical sau al unui stil muzical.
Existenţa unui program software performant (cum este Steinberg Cubase), care poate înregistra simultan peste 128 track-uri pe 32 biti stereo, într-un studiou de înregistrare, completat cu module de echo sau reverb, solicită şi existenţa unor calculatoare performante şi cu viteză mare de procesare.
O parte importantă din cadrul pelucrării unui semnal muzical, constă în amplificarea semnalului, introducerea de efecte speciale, corecţia parametrilor etc., operaţie care se numeşte mixarea semnalului.
3.2 Generatorul de semnal
Generatorul de semnal conţine circuite electronice care transformă energia de alimentare furnizată de sursa de curent continu în energie de curent alternativ furnizată la iesirea aparatului. La aceste echipamente accentul se pune pe forma de undă a curentului la ieşirea din sistem şi stabilitatea formei oscilaţiei în condiţiile existenţei unor perturbaţii care modifică valoare tensiunii de intrare. În funcţie de forma de undă a semnalului de ieşire exista:
- generatoare armonice, când forma semnalului este sinusoidală;
- generatoare de semnal dreptunghiular;
- generatoare de semnal triunghiular;
Pentru un generator de semnal sunt importante următoarele caracteristici:
- forma de undă generată;
- amplitudinea semnalului generat;
- stabilitatea oscilaţiei;
- posibilitatea modificării frecvenţei de oscilaţie sau a formei de undă;
- exploatarea stabilă în condiţiile existenţei unor perturbaţii externe.
În funcţie de intervalul de frecvenţă pe care îl are semnalul emis, generatorul de semnal armonic (numit şi oscilator) se poate clasifica în:
- generator de frecvenţă joasă (0.1Hz – 1Mhz)
- generator de audiofrecvenţă (10Hz – 100kHz)
- generator de videofrecvenţă (10Hz – 10MHz)
- generator de radiofrecvenţă (10Khz – 100MHz)
Un generator sinusoidal de semnal este caracterizat prin :
- domeniul de frecvenţă , numită şi bandă de frecvenţă (gamă de frecvenţă) în care frecvenţa poate varia;
- stabilitatea de frecvenţă, care este raportul dintre variaţia de frecvenţă produsă prin modificările unor parametri şi frecvenţa de oscilaţie pentru care a fost reglat generatorul de semnal;
- tensiunea maximă în amplitudine a semnalului produs la bornele oscilatorului;
- coeficient de distorsiuni neliniare, care măsoară valorile tensiunilor sinusoidale de frecvenţă rezultate prin descompunerea în serie Fourier a tensiunii semnalului de ieşire;
- caracteristica de frecvenţă, raportul dintre variaţia tensiunii la ieşirea din oscilator şi tensiunea frecvenţei de referinţă;
- parametri de modulaţie reziduale (brum), datorat reţelei de alimentare sau circuitelor, care pot duce la variaţii în amplitudine sau frecvenţă a semnalului de ieşire;
- parametri de modulaţie, a tensiunii semnalului de ieşire în amplitudine şi frecvenţă.
3.3 Crearea sunetelor artificiale.
Tehnicile cele mai utilizate pentru generarea sunetelor sunt:
- sinteza sunetelor prin modulaţie în frecvenţă (FM);
- siteza sunetelor prin eşantioane digitale (wavetable)
Sunetele generate prin modulaţie în frecvenţă FM (Frecvency Modulation) a unui semnal de formă sinusoidală se bazează pe modificarea frecvenţei (înălţimii sunetului) şi a amplitudinii sunetului (volumului). Sunetul generat corespunde unui sunet pur şi nu este foarte apropiat de sunetul unui instrument real, care este un sunet complex. Un sunet real emis de un instrument are o frecvenţă fundamentală şi un număr de armonici care însoţesc frecvenţa fundamentală. Este necesar deci ca sunetul real să corespundă unui set de semnale sinusoidale generate artificial care să reprezinte prin sumare sunetul instrumentului muzical. Însumarea unui număr de sinusoide poate crea o familie de sunete, generând forme complexe de sunete .
Primul lucru de care avem nevoie pentru a crea un sunet artificial este un oscilator. Sintetizatoarele moderne folosesc un oscilator digital DCO (Digitally Controlled Oscillators).
Un oscilator poate crea câteva forme ale sunetului, unele sunt complet artificiale, dar există o serie de sunete care există în natură şi care pot fi generate folosind aceaste sunete artificiale.
Plăcile de sunet Sound Blaster, care folosesc circuite de tip YM3812 YMF262 (Yamaha) au două funcţii generator şi pot genera simultan între 11 – 15 sunete şi efecte sonore.
Sunetele generate prin modulaţie de frecvenţă (FM) nu produc o muzică sintetizată de calitate satisfăcătoare pentru armonicele sunerioare care nu pot fi reproduse cu acurateţe.
Sunetele de bază care se pot obţine de la un oscilator digital sunt:
- sunet de formă triunghiulară (Triangle Wave), corespunzător armonicelor impare, 3,5..
- sunet de forma dinţilor de fierăstrău (Sawtooth Wave), care pot emite sunete apropiate de sunetele oboiului şi al trompetei;
Forma analitica a sunetului:
f(t) = (A/T)* t , unde t apartine intervalului(-T/2 , T/2)
- sunet de formă pătrată (Square Wave), cu un bogat colorit timbral;
Forma analitica a sunetului:
f(t) = A pentru t din (0,T/2)
sau
f(t) = -A pentru t din (-T/2,T)
- sunet sinus, fără armonice cu frecvenţe peste 40Hz, folosit pentru schimbarea coloritului timbral;
- zgomot (sunet alb), sunet de formă neregulată, pentru care nu se poate determina sunetul fundamental
Circuitele FM conţin generatoare de semnal numie funcţii operator şi pot crea simultan 11 sunete(pentru instrumente sau alte efecte sonore).
Tehnica wavetable foloseşte eşantioane digitale depozitate într-o memorie ROM, care pot fi redate de un procesor de semnal. Sitetizatoarele care folosesc această tehnică pot interpreta simultan mai multe instrumente. Plăcile de sunet Gravis UltraSound utilizează 32 de oscilatoare digitale pentru generarea, alegerea şi modularea eşantioanelor, cu posibilitatea programării lor. În plus ocilatoarele digitale pot genera efecte speciale vibrato (modularea în joasă frecvenţă a înălţimii unei note) şi tremolo (modularea amplitudinii sunetului). Această sinteză a sunetelor folosind tabele cu forme de undă pot fi simulate direct prin programe software. Totuşi eşantioanele memorate nu ţin cont de totalitatea factorilor care determină emiterea unui sunet de un instrument. Asemenea caracteristici cum sunt tensiunea aplicată arcuşului, viteza de deplasare a arcuşului, poziţia arcuşului etc., care determină caractersticile notelor emise de instrument nu pot fi reproduse de oscilatoarele digitale.
Altă soluţie propusă este crearea un model matematic pentru fiecare instrument muzical (numit instrument virtual) printr-un număr de ecuaţii matematice. Emiterea unui sunet înseamnă furnizarea unor variabile necesare modelului matematic creat. Plăcile de sunet din familia AWE64 ale firmei Creative Labs, dispun de un sintetizator bazat pe modelarea matematică, care poate reda simultan 64 de voci.
Combinarea tehnicii wavetable şi a modelării matematice duce la o reproducere a sunetelor muzicale caracterizată prin acurateţe şi expresivitate.
Proiectat iniţial penru interconectarea sintetizatoarelor, interfaţa MIDI a putut fi utilizată şi pentru generarea sunetelor în aplicaţii multimedia. Avantajele folosirii lui sunte legate în primul rând de economia de spaţiu. Dacă fişierele wave au dimensiuni mari, în cazul pieselor muzicale, cu rate de eşantionare mari, un fişier MIDI are dimensiuni de circa 10 ori mai mici. În plus sunetele generate pot fi editate şi pelucrare prin parametri controlaţi de programe software.
3.4 Filtre
Un sintetizator are funcţia de a crea o anvelopă asupra întregii tastaturi şi crează frecvenţe de sunete care se schimbă de la o tastă la alta. Cum frecvenţa sunetului este identică cu înălţimea sunetului, putem folosi tastatura ca să cântăm ca la un instrument muzical.
Nu numai puterea unui sunet se schimbă în timp, dar de asemenea timbrul şi înălţimea se pot schimba în timp, între perioada de pornire a unei chei şi perioada de stingere. Pentru a stimula diferite anvelope într-un sintetizator va trebui să putem controla oscilatorul, filtrul şi amplificatorul. Acest lucru se realizează printr-un circuit specializat, care controlează înălţimea şi schimbările volumului pe durata. Filtru are propriul să generator de anvelope care controlează strălucirea sunetului.
Pentru a crea sunetele naturale de bază, un sintetizator foloseşte filtre. Un filtru este un circuit electronic care netezeşte forma originală a sunetului. Dacă ascultăm o formă de sunet de formă de dinte de fierăstrău, o vom auzi destul de dură pentru că forma sunetului are margini ascuţite numite armonice (overtones).
Dacă aplicăm filtre, unele armonice vor fi eliminate şi forma sunetului va fi mai rotunjită. Cu cât eliminăm mai multe armonice, cu atât forma sunetului va deveni mai rotunjită, mai domoală. Filtru mai controlează şi strălucirea sunetului. Punctul din care filtrul va porni pentru eliminarea armonicelor se numeşte decuparea frecvenţei (cutoff frecvency).
Cele mai multe filtre nu numai că elimină armonice, dar pot crea unele noi, prin distorsiunea formei origiale a sunetului aproape de frecvenţa de decupare, metodă care se numeşte rezonanţă.
Dacă sunt emise două sunete cu aceeaşi frecvenţă, semnalul de ieşire este o sumă a frecvenţelor sunetelor de intrare, cu o importanţă puternică asupra coloritului timbral.
Controlul volumului unui sunetului în sintetizator se realizează cu un circuit care se numeşte amplificator. Circuitele de amplificator afectează numai forma sunetului şi nu sunetul care iese din portul de ieşire a instrumentului. Dacă dorim să conectăm nişte boxe la sintetizator, trebuie să folosim un amplificator mai puternic. Un semnal aplicat la intrarea în amplificator trebuie să furnizeze un semnal mai puternic la ieşirea din amplificator, cu păstrarea formei semnalului de intrare, fenomen care se numeşte fidelitatea amplificatorului.
Valoara puterii de ieşire a unui semnal dintr-un amplificator, pentru o cameră obşnuită este cuprins între 50 şi 100W. Valoarea puterii oferite de un amplificator depinde de tipul muzicii şi este determinată de amplitudinea tensiunii aplicate la intrarea semnalului. Valoare tensiunii de intrare necesare pentru obţinerea unei valori a puterii de ieşire dn amplificator se numeşte sensibilitatea amplificatorului.
O schimbare periodică a înălţimii unui sunet se numeşte vibrato. Dacă schimbările periodice afectează claritatea sunetului în loc de înălţime fenomenul se numeşte tremolo. Vibrato şi tremolo sunt importante pentru sunetele intrumentelor acustice. De exemplu susţinerea unui sunet de vioară fără vibrato va suna ca un sunet aspru, neprelucrat. Tremolo şi vibrato aplicate unei note au ca efect creşterea în putere a notei. De exemplu sunetul emis de un flaut care are un efect de tremolo, duce la o creştere gradată a nivelului notei, care se menţine la un nivel maxim până când sunetul se stinge.
Dacă un sintetizator poate cânta mai mult de o singură notă în acelaşi timp, sintetizatorul se numeşte polifonic. Sintetizatorarele moderne sunt echipate cu 32, 64 sau 128 de voci. O melodie ar putea fi interpretată simultan la mai multe instrumente (pian, chitară, cor) în acelaşi timp. Sintetizatoarele care pot interpreta de exemplu, un sunet de pian, un sunet de chitară şi un sunet acustic de bază în acelaşi timp se numesc sintetizatoare multi-timbrale. Există şi programe software pe calculator care simulează funcţiile unui sintetizator multi-timbral care pot emula un sunet complext. Un sinetizator conţine o bază de sunete, internă sau externă. Tehnica presupune analiza unui sunet extern, depozitarea lui ca un model sampler în memoria calculatorului şi asignarea modelului la o tastă funcţională de pe tastatura sintetizatorului (keyboard muzical). Un astfel de program software pentru simularea unui sintetizator, care foloseşte sunete pentru instrumentele folosite în mod curent se numeşte GigaSampler.
În forma lor naturală, sunetele sunt semnale analogice cu variaţie continuă. Pentru ca aceste semnale să poată fi prelucrate cu ajutorul calculatorului, ele trebuie transformate în semnale digitale cu variaţie discretă. Sunetele digitizate se numesc sunete eşantionate.
Frecvenţa de eşantionare este dată de un semnal de ceas, numit tact, care permite preluarea unui eşantion din sunetul analogic corepunzător. Cu cât rata de eşantionare este mai ridicată, cu atât cantitatea de informaţie este mai mare, dar şi calitatea semnalului digitizat este mai completă. Frecvenţa de eşantionare folosită pentru înregistrarea unui CD este de 44.1kHz. Pentru calculatoare modulul de extragere, analiză, digitizare a semnalului muzical este preluat de placa de sunet care conţine două circuite specializate:
- Convertor analog / numeric ADC – pentru recepţionarea şi digitizarea semnalului muzical
- Convertor numeric / analogic DAC – pentru recrearea şi reproducerea sunetului pe baza eşantioanelor din memorie
Fig.1 Eşantionarea unui sunet muzical
Sunetul eşantionat este o reprezentare simplistă a sunetului original. Eşantioanele vor fi auzite ca sunete care nu se găsesc în sunetul original, fenomen care se numeşte aliasing. Dacă se măreşte frecvenţa de eşantionare, eşantioanele vor deveni mai dese, mai mici ca durată, dar semnalele se vor apropia mai mult se sunetul original, ceea ce însemnă că rata de eşantionare are o mare importanţă, pentru obţinerea unui sunet de calitate. Rezoluţia unui sampler se măsoară în bits. Se folosesc rezoluţii de 16 sau 32 biti pentru obţinerea unui sunet de înaltă calitate.
Sunetele sampler pot fi editate, modelate, modifiate pentru obţinerea unor efecte noi. Prin programe software, pentru unele sunete pot fi ataşate funcţii de buclare, ceea ce va permite menţinerea unui sunet până la apăsarea unei taste pe tastatura muzicală.
3.5 Distorsiuni, zgomot
Una din funcţiile sintetizatorului este de a crea sunete artificiale. Indiferent de comlexitatea lor, sintetizatoarele trebuie să conţină un număr de blocuri specializate, care să asigure, generarea sunetului, prelucrarea sunetului şi amplificarea sunetului. În mod ideal unui sunet care intră într-un amplificator trebuie să i se furnizeze o putere mai mare la ieşire (să fie amplificat) păstrând identică forma semnalului de intrare (condiţie care se numeşte fidelitate). Deformările semnalului la ieşirea dintr-un amplificator se numesc distorsiuni şi se împart în două categorii:
- distorsiuni neliniare (distorsiuni armonice) datorate diferenţelor dintre tensiunea semnalului de intrare faţă de tensiunea semnalului de ieşire;
- distorsiuni liniare, datorate modificării formei semnalului de ieşire funcţie de frecvenţa semnalului de instrare.
În mod normal tensiunea curentului de la ieşirea dintr-un amplificator trebuie să varieze direct proporţional cu tensiunea de la intrarea în amplificator. Un amplificator trebuie să amplifice tensiunea semnalului, indiferent de valoarea frecvenţei semnalului de intrare.
Distorsiunile liniare reprezintă modificarea raportului dintre amplitudinile tensiunilor de frecvenţe diferite la ieşirea din amplificator. Acest lucru se datoreşte faptului că valoarea tensiunii sinusoidale a semnalului de ieşire este rezultatul unei sume de tensiuni sinusoidale de frecvenţe diferite produse la intrarea în amplificator a sunetului natural.
Distorsiunile neliniare depind de tipul semnalelor sonore de intrare: voce, muzică vocală, muzică intrumentală şi sunt datorate apariţiei unor tensiuni sinusoidale care însoţesc tensiunea semnalului analogic de intrare. La ieşirea din amplificator tensiunea nu mai este sinusoidală, dar poate fi reprezentată printr-o sumă de termeni ai unei serii Fourier. Distorsiunile neliniare duc la apariţiea unor tensiuni intexistente la intrarea semnalului în amplificator, care reduc inteligibilitatea semnalului şi falsifică soloritul acustic.
Se numeşte factor de distorsiune armonică (k), raportul dintre valoarea frecvenţei armonicii fundamentale şi suma tuturor armonicelor, exprimat în procente.
În afara distorsiunilor într-un amplificator apar şi alte tensiuni perturbatoare datorate creşterii agitaţiei termice a electronilor din circuitele amplificatorului, tensiune care se numeşte zgomot. O anumită cantitate de zgomot favorizează calitatea sunetelor care au mai puţine armonice, zgomotul furnizând sunetului o anumită expresivitate. De exemplu la instrumente cu coarde, cu cât atacul este mai brusc, cu atât zgomotul produs este mai puternic.
Orice sunet muzical este însoţit de două zgomote care depind de sursa generatoare. Un zgomot apare în faza de atac a sunetului, celălalt în perioada de susţinere a sunetului emis. De exemplu zgomotul care însoţeşte lansarea unui sunet la clarinet, durează circa 40ms. La pian modul în care este atacat sunetul, influenţează timbrul sunetului. Pianistul poate apăsa o clapă mai tare sau mai încet, dar efectul este obţinut în momentul în care degetul părăseşte clapa şi sunetul se stinge. Sunetele de frecvenţă joasă măresc valoarea artistică. În unele cazuri atacurile întârziate sau anticipate ale notelor izolate precum şi procedeele de subliniere a unor note prin sforzando, portando, rubato, permit obţinerea de efecte dorite şi dau o anumită personalizarea pariturii şi a intepretului.
Raportul dintre intensitatea maximă sonoră şi cea minimă, exprimată în decibeli (dB) a unui semnal sonor se numeşte gamă dinamică.
Gama dinamică a unei discuţii obişnuite este de 15 dB, al unei orchestre este de 60db etc. Într-o încăpere de locuit nivelul zgomotului este de 40dB iar intensitatea sonoră maximă tolerabilă este de 85dB.
Gama dinamică a urechii umane este de circa 90 dB , sunetele prea slabe fiind mascate de zgomotul de fond. Prin urmare pentru preluarea fără distorsiuni a semnalului este necesar ca gama dinamică a echipamentelor de înregistrare şi redare să fie apropiate de valoarea de 90dB.
3.6 Sistemul MIDI
Sistemul MIDI a fost conceput pentru conectarea sintetizatoarelor şi specificaţiile privind realizarea unui astfel de sistem au fost publicate de International MIDI Association. Fişierele utilizate pentru memorarea fişierelor wave, au dimensiuni mari şi conţin date audio eşantionate. Fişierele MIDI nu conţin date eşantionate ci doar instrucţiuni pentru gerenarea sunetelor de către sun sintetizator. Dimensiunea redusă a fişierelor MIDI are avantajul unei rate mici de transfer a datelor către placa de sunet, dar şi al posibilităţii de a modifica independent viteza de redare şi înălţimea sunetelor.
Sistemul MIDI cuprinde următoarele componente:
- dispozitiv MIDI – echipament pentru preluarea semnalului musical;
- interfaţa MIDI – protocol de comunicare pentru transmiterea / recepţionarea / interpretarea semnalului sonor;
- mesaje MIDI – grupe de semnale pentru controlul comunicării şi interpretarea semnalului;
- canal MIDI – linie de înregistrare a semnalului muzical generat
Un instrument emite un sunet în momentul când interpretul apasă o clapă a pianului sau arcuşul unei coarde. Sunetul ţine atâta timp cât clapa pianului sau coarda este apăsată. Dacă un compozitor doreşte să poată combina anumite pasaje interpretate de instrumente diferite atunci va trebui să achiziţioneze un dispozitiv MIDI.
Dispozitivele MIDI cele mai cunoscute sunt:
- calculatorul – sistem folosit pentru preluarea, memorarea şi prelucrarea sunetelor muzicale;
- sintetizatorul – sistem dotat cu un generator de sunete, procesor de semnal pentru identificarea notei, tastatura MIDI pentru preluare note, dispozitiv de control pentru stabilirea parametrilor notei (intensitate, durată etc.)
Dispozitivul MIDI utilizează conectorul IN pentru recepţionarea mesajelor MODI , interpretează mesajele şi transmite date MIDI către conectorul OUT sau către alte dispozitive MIDI prin conectorul THRU.
În general un dispozitiv MIDI are un număr de 16 canale logice (canale MIDI) iar instrumentul muzical poate transmite date pe oricare din aceste canale.
Aşa cum două calculatoare comunică între ele prin modem, două sisteme audio comunică printr-o interfaţă asincronă, numită interfaţa MIDI.
Interfaţa MIDI ( Musical Instruments Digital Interface) este un limbaj digital de descriere a scriiturii muzicale în formă digitală. Protocolul MIDI permite transmisia informaţiei către placa de sunet, prin mesaje MIDI în mod unidirecţional, cu o rată de transfer de 31.25 kbps. De exemplu pentru a a suzi sunetul unei note este nevoie să trimiţi un mesaj cu tipul notei, alt mesaj cu valoarea vitezei de apăsare a notei care va determita cât timp este cântată nota în comparaţie cu alte note etc. De asemenea poţi ajusta sonoritatea tuturor notelor cu un mesaj de volum. Alte mesaje MIDI includ selectarea instrumentului pentru fiecare sunet folosit: stereo, etc.
Interfaţa MIDI are două componente de bază:
- componenta hardware – care permite realizarea legăturii fizice dintre calculator şi instrumentele muzicale, prin precizarea parametrilor porturilor de comunicaţie dintre instrument şi sistemul de calcul;
- componenta software – care permite definirea formatului de date şi conversia informaţiei analogice obţinută de la instrumentul muzical pentru a fi recunoscută de echipamentul de calcul.
Interfaţa MIDI a codificat familiile de instrumente şi tipurile de sunete generate folosind un sistem numit General MIDI. Sistemul defineşte un set de cerinţe generale pentru instrumente, şi caracteristici de performanţă care pot fi generate corect de orice sintetizator. De exemplu numerele de program 0-8 sunt folosite pentru grupa de pian (pian acustic pentru concert, pian acustic, pian electric, clavecin etc.), numerele de program 9 – 16 sunt folosite pentru instrumente cromatice de percuţie (celestă, glocknspiel, vibrafon, balafon, xilofon, ţambal etc.), numerel 17-24 orgă (orgă cu tijă, orgă cu percuţie, orgă de biserică etc.).
Nr.program Tip sunet
1 –8 Pian
9-16 Instrumente de percuţie
17-23 Orgă
24-39 Chitară
40-47 Instrumente cu coardă
48-55 Instrumente de percuţie
72-79 Nai
80-95 Neutilizat
96-103 Efecte
104-111 Sunete naturale
112-119 Neutilizat
121-128 Efecte speciale
General MIDI
Interfaţa MIDI comunică sistetizatorului prin mesaje MIDI, când începe şi când se opreşte o secvenţă muzicală, ce note sunt interpretate, modulaţia notelor etc. Interfaţa poate comunica unui sintetizator informaţii pentru schimbarea sunetului, a volumului, canalele de recepţie a semnalului muzical, punctul de pornire sau terminare a unei secvenţe muzicale sau poziţia metrică în cadrul unei secvenţe muzicale.
Mesajele MIDI pot fi clasificate în două categorii:
- mesaje de canal;
- mesaje de sistem
Mesajele de canal se referă la un canal anumit al cărui număr este trimis în octet. Mesajele de canal permit transmiterea informaţiilor legate de interpretarea muzicii. Comunicaţia se realizează la nivel de octet (8 biţi), un octet de stare şi unul – doi octeţi de date.
Primul bit din octetul de stare are rolul de a comunica sistemului MIDI care funcţie va fi executată. Sistemul MIDI funcţionează pe o bandă de 16 canale numerotate de la 0 la 15. Unităţile MIDI vor accepta sau ignora un bitul de stare funcţie de canalul pe care sistemul MIDI este programat să-l folosească. Numai bitul de stare are numărul canalului MIDI încorporat.
Toţi ceilalţi biti sunt depozitaţi în canalul identificat, până ce alt bit de stare este trimis. Cei mai importanti biţi sunt: Note on, Note off, Polyphonic Key Pressure, System exclusive (SysEx), Patch Change , Control Change, etc.
Comanda Note on, comuncă sistemului MIDI că începe o notă, urmează încă doi octeti de date: Pitch byte care spune ce notă cântă, ce viteză are nota, cât de lungă este nota. Chiar dacă nu toate mecanismele MIDI recunosc viteza notei este nevoie de completarea notei transmise prin comanda Note on. În sistemul MIDI apăsarea unei clape şi eliberarea ei sunt considerate două evenimente distincte.
Comanda Note off permite oprirea notei şi necesită 2 biţi. Comanda Patch Change, pe 1 bit dă numărul programului din sintetizator care indică care instrument trebuie utilizat pe canalul specificat. Numărul informaţiei patch este diferit pentru fiecare sintetizator şi standardele au fost impus de Asociaţia Internaţională MIDI (IMA). Selecţia canalului este importantă când trimiţi Patch Change către un sintetizator. Producătorii de sintetizatoare au adoptat un standard numit general MIDI, pentru ca numărul instrumentului ataşat prin Patch Change să fie întotdeauna acelaşi pentru orice tip de sintetizator. Astfel totdeauna patch 0 va fi atribuit pentru Grand piano, patch 40 va fi stribuit pentru vioară etc.
Comanda Control Change permite controlul unor funcţii ale sintetizatorului.
Bitul de stare SysEx are nevoie de 3 biţi cu următoarea semnificaţie: primul este un număr de timp; al doilea are format tip data (bit funcţie), al treilea bit de terminare transmisie (eox).
Dacă sintetizatorul lucrează în mod Omni, atunci mesajele MIDI se adresează tuturor canalelor . Dacă sintetizatorul lucrează în mod Poly, atunci fiecărei note i se asociază câte o voce (în limita numărului de voci disponibile).
Interfaţa MIDI are o structură de port cu 3 conectori în spatele fiecărie unităţi MIDI etichetate IN, OUT, THRU. Aceste porţi controlează toate informaţiile din sistemul MIDI.
Poarta IN acceptă date MIDI care intră dintr-o sursă externă. Acesta controlează generarea sunetelor din placa de sunet a sintetizatorului.
Poarta OUT trimite date MIDI către ieşire. Datele care ieşire din sintetizator sunt : apasare cheie, patch change, viteza de apăsare notă, etc.
Poarta THRU trimite date în restul sisietmului MIDI. Informaţiile care pleacă de la poarta THRU sunt copii ale datelor primite de la poarta IN a sintetizatorului. Ele pot fi înlănţuite cu mai multe module MIDI către alte dispozitive conectate în lanţ (nu se efectuează nici o schimbare asupra informaţiei de la momentul sosirii în poarta IN până la plecare la poarta THRU).
Interfaţa MIDI dispune de 5 pini pentru conexiunea la sintetizator, dar foloseşte numai 3. Prin pinul 1 şi 3 primeşte informaţia, iar pinul 2 este conectat la bloc de date, pinul 4 şi 5 fiind nefolosiţi.
Sistemul standard MIDI stabileşte diferenta între un fişier WAVE şi un fişier MIDI.
Un fişier wave este un sistem de înregistrare digitală a sunetului produs de un instrument, incluzând vocea umană. Când un calculator execută un fisier wave, el converteşte secvenţa digitizată numeric într-un semnal audio pe care îl auzim în boxe. Un fisier MIDI conţine elementele pe care le-a executat intrepretul pe tastatura muzicală, nota apăsată, când a fost apăsată, cât timp a fost apăsată şi cu ce presiune a fost apăsată. Ca să asculţi un fisier MIDI este nevoie de un instrument care să genereze automat sunetele instrumentului muzical. Un fisier MIDI este foarte mic ca dimensiune şi poate fi creat inlusiv schimbând instrumentele care interpretează secvenţa muzicală. Totuşi un sunet care nu este în memoria bancii de date, nu va putea fi generat.
Calitatea sunetului depinde de calitatea sintetizatorului. Prin comparatie un fisier wave exemplifică sunetele cum sunt produse fără nici o modificare .
Sistemul MIDI recunoaşte un număr de 16 canale logice pentru asignarea instrumentelor muzicale în acelaşi timp. Teoretic poţi avea un număr de 16 instrumente care cântă în acelaşi timp. Aceste număr poate să varieze din cauză că sintetizatorul poate să producă numai un număr de maxim note în acelaşi timp. Claviatura unui instrument muzical poate fi setată pentru a transmite pe oricare din cele 16 canale MIDI.
Fiecare conexiune, numită port, poate să trimită sau să primeasă mesaje muzicale standard de tipul: note on, note off, pitch bend, control pentru volum, pedală, modulaţia semnalului, schimbare de program, canal pentru presiune, aftertouch, etc. Aceste semnale sunt trimis odată cu unul din cele 16 canale identificate. Aceste canale sunt folosite pentru a separa vocile umane de instrumente sau pentru separarea instrumentelor care interpretează melodia. Probabibilitatea de a multiplica cele 16 canale într-un singur fisier, este posibila prin controlarea mai multor instrumente în acelaşi timp, folosind o singură conexiune MIDI. Când un instrument MIDI este capabil de a produce mai multe suntete indepenedente simultan, canalele MIDI sunt folosite pentru a adresa diferite secţiuni în mod independent. Acest lucru nu ar trebui sa fie confundat cu polyphonic (abilitatea de cânta mai multe note simultan cu aceeasi voce).
Comanda note x poate să reprezinte orice notă de la cinci octave peste 8.175 Hz, notată MIDI note 0 până la cinci octave desupra lui 12.544Hz, notata MIDI note 127 cu o precizie de un semiton.
Comanda pitch bend permite trimiterea de mesaje ajustabile cu +/- 2 semitonuri (urechea umană nu poate deosebi tonuri pure cu o diferenţă mai mare de 1/20 semitonuri).
Comanda continuous controler este folosită pentru schimbare ton, timbrul sau volumul sunetului.
Comanda program change mesaje, trimite pe un canal informaţii despre un alt instrument. Protocolul MIDI foloseşte 7 biti pentru aceste mesaje şi peste 128 de programe de schimb de informaţii (program change mesaje).
Comanda aftertouch messaje trimite mesaj despre presiunea de apăsare a notei pe claviatura instrumentului.
Mesajele system contin informaţii despre alte mesaje MIDI, de exemplu semnal de ceas Alte instrumente vor putea trimite mesaje de tip active sens folosite pentru a menţine conexiunea dintre cel care trimite semnal şi cel care primeşte după ce toate comunicaţiile MIDI au fost închise.
3.7 Microfoane
Microfonul este un dispozitiv traductor care permite conversia energiei sonore a semnalului într-un semnal analogic, fără pierderea caracteristiclor semnalului iniţial.
Caracteristicile principale ale unui microfon sunt:
- sensibilitatea microfonului, definită ca raportul dintre tensiunea electrică dată de microfon şi presiunea sonoră exercitată asupra membranei microfonului;
- caracteristica de frecvenţă, care indică abaterile faţă de sensibilitatea la frevenţa de 1000 hz;
- raportul semnal / zgomot;
- caracteristica de directivitate.
Sensibilitatea unui microfon este raportul dintre valoarea tensiunii electrice şi presiunea sonoră exercitată în microfon.
Caracteristica de directivitate a unui microfon reprezintă variaţia distanţei faţă de microfon pe o direcţie, pentru ca tensiunea semnalului de intrare în microfon, să fie egală cu tensiunea semnalului de ieşire din microfon.
Asta înseamnă că un microfon poate fi realizat astfel ca undele sonore să acţioneze preferenţial pe o anumită direcţie. În funcţie de caracteristica de directivitate întâlnim următoarele tipuri de microfoane:
- microfoane omnidirecţionale, sensibile faţă de undele sonore care vin din toate direcţiile;
- microfoane bidirecţionale cu sensibilitate maximă pe o singură direcţie, în ambele sensuri;
- microfoane unidirecţionale cu sensibilitate maximă pe direcţie undelor sonore incidente
3.8 Mixere si efecte
Sintetizatorul nu are incorporat un specker pentru a auzi ce cânţi, vei fi obligat să foloseşti căşti . Majoritatea sintetizatoarelor au două porturi de ieşire Acestea pot fi conectate cu un amplificator.
Un mixer obişnuit are între 16 – 64 canale de ieşire
Un mixer are următoarele componente:
- fader (gain)
- panpot
- egalizator (equalizer )
- semnal de ieşire
Fader controleaza volumul sunetului pe fiecare canal
Există buton mut (opreşte sunet). Ieşirile de la mixer sunt controlate de master fader care controleaza volumul sunetului de pe toate canalele
Panpot – poziţionare sunet în câmpul stereo (dreapta/ stânga sau medie). Când accesezi mixerul folosesti 2 canale (stânga / dreapta ) pt. iesire. Daca vrei sa mentii campul stereo trebuie sa folosesti pan cala stinga, celelalt canal dreapta.
Egalizatorul controleaza stralucirea sunetului pe canal. Este similar cab basul dar mai precis. Standardul pt. un egalizator este: inalt, mijlociu, jos. Sau alte combinatii
Sunetul neprocesat este numit sunet uscat. El e trimis in mixer de unde se intoarce cu un efect, procedeu numit bucla.
Efecte:
Reverb – crează o ambianţă în jurul unui sunet (efect tridimensional)de la o încăpere mică până la o catedrală
Ecou - întârziere digitală,
Chorus – folosit ca să creeze o senzaţie de stereofonie (un sunet amplificat)
Flanger – crează senzaţie de sunet mişcător
Phaser –
Distorsion – crează un sunet nenatural, folosit la chitară electronică, sau la sunete vocale
