LA MÚSICA POR COMPUTADORA - Facultad de Ciencias Exactas ...

SUBSECRETARIA DE CULTURA DE LA PROVINCIA DE SANTA FE

LA M?SICA POR COMPUTADORA

Federico Miyara

1. INTRODUCCI?N

La creaci?n y ejecuci?n autom?tica de m?sica ha sido un anhelo del hombre desde tiempos muy antiguos. El medio "natural" para crear y controlar sonidos disponible al ser humano es, desde luego, la propia voz, pero ya desde los albores de la m?sica conocida se construyeron y utilizaron instrumentos musicales tales como las liras, aulos, arpas, trompetas, etc. ([1], p. 867), que ofrec?an nuevas posibilidades: variedad de timbres, una mayor facilidad de producci?n de sonidos, mayor agilidad de ejecuci?n y mayor extensi?n, ampliando as? los recursos sonoros disponibles. M?s adelante, la introducci?n de los instrumentos de teclado cerca del siglo XIII ([1], p. 1230) permiti? un avance notable en cuanto a la homogeneidad en el control del sonido, y a la extensi?n o tesitura de los instrumentos. Por otra parte, ya en el siglo X ([1], p. 958) exist?an ?rganos en los cuales cada nota se obten?a por superposici?n de varios arm?nicos, permitiendo una aut?ntica s?ntesis aditiva de sonidos, lo cual hac?a posible la obtenci?n de una gran variedad de timbres en un solo instrumento.

Con respecto a la ejecuci?n autom?tica, las primeras experiencias conocidas datan del siglo XIV, en el cual se aplicaron mecanismos de relojer?a para ta?er mec?nicamente las campanas que marcaban la hora ([1], p. 1101). Tambi?n se describe un virginal mec?nico en Inglaterra del siglo XVI, y a fines del mismo siglo, ya se constru?an ?rganos mec?nicos basados en cilindros con p?as, el mismo principio de las cajitas de m?sica, que datan del final del siglo XVIII. Compositores como Handel, Haydn, Mozart y Beethoven, entre otros, se interesaron en diversas ?pocas por este tipo de instrumentos, escribiendo o adaptando obras para ser ejecutadas por los mismos. A partir del siglo XIX se describen mecanismos cada vez m?s complejos, capaces de ejecutar flautas, clarinetes, violines, y hasta orquestas sinf?nicas completas. La pianola de rollo de papel perforado es uno de estos instrumentos que ha tenido gran difusi?n en este siglo.

La composici?n mec?nica tambi?n data de varios siglos atr?s ([1], p. 318). En 1650 se describe una m?quina para componer que a?n se conserva en el Museo Pepys, del Magdalene College de Cambridge. En 1824 el holand?s Winkel present? en Par?s una m?quina que a partir de un tema variado era capaz de ejecutar por artificios combinatorios una cantidad muy elevada de variaciones. Mozart, Karl Philip Emmanuel Bach, Haydn, y Clementi, propusieron m?todos para componer m?sica danzable utilizando dados, en general basados en combinaciones aleatorias de fragmentos preconcebidos. Sin embargo, ninguno de todos estos m?todos y mecanismos permit?a producir m?sica de verdadero valor art?stico.

Ya en este siglo, dos grandes avances t?cnicos permitieron dar un vuelco definitivo a la automatizaci?n de la generaci?n de sonidos, de su organizaci?n (composici?n) y de su ejecuci?n: los sintetizadores electr?nicos y las computadoras digitales. Los primeros sintetizadores datan de las primeras d?cadas del siglo XX, y las primeras computadoras de mediados de siglo. As?, en 1955 la computadora ILLIAC, adecuadamente programada, compuso una pieza a dos voces seg?n las reglas del

contrapunto modal de Palestrina. Hacia los a?os 70, comenzaron a hacerse m?s frecuentes los sintetizadores digitales, verdaderas computadoras dedicadas a la producci?n de sonido, y a principios de la d?cada del 80 se hizo evidente la necesidad de una norma que permitiera la comunicaci?n aut?noma de los instrumentos musicales entre s? y con una computadora. Esta necesidad condujo finalmente a la creaci?n de la norma MIDI (Musical Instrument Digital Interface, o Interfaz Digital para Instrumentos Musicales), hoy universalmente adoptada [2].

Con estos adelantos tecnol?gicos y con el abaratamiento sistem?tico y paulatino de los productos electr?nicos de todas clases, se hizo cada vez m?s accesible a cualquier m?sico la posibilidad de producir y ejecutar su propia m?sica con mayor o menor grado de automatizaci?n. As?, con programas denominados secuenciadores es posible comandar desde una computadora los sonidos generados por un sintetizador, agregando si se desea diversos matices de expresi?n, de modo de lograr una interpretaci?n con caracter?sticas "humanas". Tambi?n existen programas que permiten realizar armonizaciones y arreglos instrumentales completos sobre la base de una melod?a dada, y que, por consiguiente, en cierta medida, automatizan algunos de los procesos vinculados con la composici?n.

Si bien gran parte de la m?sica denominada popular se realiza hoy en d?a de esta manera, creemos que las posibilidades de la interacci?n entre seres humanos, instrumentos musicales y computadoras no se limitan a esto, a pesar de lo cual son generalmente desaprovechadas (con la posible excepci?n de algunos grupos acad?micos muy minoritarios). En lo que sigue nos proponemos exponer algunas de las posibilidades actuales y futuras de la m?sica por computadora.

2. SINTETIZADORES

El sintetizador de sonidos se puede definir como un dispositivo capaz de generar sint?ticamente sonidos de diversos tipos, tanto sonidos que evocan sonidos naturales (o de instrumentos musicales ac?sticos) como sonidos totalmente novedosos.1 Hay dos t?cnicas para la s?ntesis electr?nica de sonidos: la anal?gica y la digital. En la s?ntesis anal?gica, se genera una se?al el?ctrica cuya evoluci?n en el tiempo es esencialmente la misma que la de la se?al ac?stica deseada, requiri?ndose s?lo un altavoz (parlante) como traductor. En la s?ntesis digital (de d?gito, es decir, n?mero), en cambio, se generan n?meros que representan dicha evoluci?n en el tiempo, y hace falta intercalar un conversar digital-anal?gico para transformar dichos n?meros en una se?al anal?gica a enviar al altavoz.

Hoy en d?a los sintetizadores anal?gicos han sido casi totalmente desplazados por los digitales, cuya tecnolog?a es m?s compleja pero tambi?n m?s potente.

Existen b?sicamente dos enfoques para generar formas de onda digitalmente. En el primero se genera una sucesi?n de n?meros por medio de alg?n algoritmo matem?tico.2 Estos n?meros corresponden a los sucesivos valores instant?neos de la se?al el?ctrica que luego ir? a un altavoz para transformarse en sonido. El algoritmo puede ser una f?rmula matem?tica abstracta, o tambi?n puede ser el modelo fisicomatem?tico de un instrumento a simular (existente o totalmente nuevo).

1 Si bien existen en el mercado multitud de instrumentos electr?nicos, en general se reserva el nombre de "sintetizador" para aquellos que permiten una modificaci?n sustancial del timbre generado, de modo de obtener sonidos nuevos. En este sentido, los llamados ?rganos electr?nicos, que poseen cierto n?mero de timbres predeterminados, no son propiamente sintetizadores.

2 Un algoritmo es una serie de instrucciones cuya aplicaci?n sistem?tica conduce a la soluci?n de un problema. En este caso el problema es la s?ntesis de ondas sonoras.

En el segundo enfoque, los n?meros se leen de una tabla previamente almacenada en una memoria, Esta t?cnica se conoce como "wave table" (tabla de onda). La tabla utilizada pudo haberse generado a su vez con un algoritmo, o con un proceso llamado "muestreo" (sampling) aplicado a alguna se?al anal?gica como podr?a ser un sonido real tomado por un micr?fono. El proceso de muestreo consiste sencillamente en tomar muestras a intervalos de tiempo regulares del valor instant?neo de la se?al, y transformar cada muestra en un n?mero mediante un conversor anal?gico/digital.

El primer enfoque permite obtener sonidos totalmente sint?ticos (aunque luego muchas veces se busque simular instrumentos ac?sticos reales). Es el caso de la s?ntesis por frecuencia modulada (FM) y de la s?ntesis aditiva, Los mayores inconvenientes de este enfoque son la gran capacidad de c?lculo requerida, especialmente en lo que se refiere a velocidad y precisi?n, y la dificultad para lograr buenas imitaciones de instrumentos reales.

El segundo enfoque permite la utilizaci?n de sonidos reales como "materia prima" sonora (que luego podr?n eventualmente modificarse o editarse), pero requiere una gran cantidad de memoria. La mayor?a de los sintetizadores del mercado actual se basan en este enfoque, ya que sin dejar de lado poderosas opciones de edici?n del sonido (modificaci?n de sus diversas caracter?sticas) permite simular con realismo asombroso los instrumentos ac?sticos tradicionales, precisamente porque es posible almacenar sus sonidos en forma directa, como si se tratara de una grabaci?n en disco compacto. El requisito de memoria va siendo superado con el avance de la tecnolog?a, a medida que crece la densidad de integraci?n de los chips.

2 .1. CONTROL DEL SINTETIZADOR

Para fines musicales, es necesario poder controlar el momento en que comienza el sonido a sintetizar, el momento en que termina y algunas otras caracter?sticas del sonido, como su intensidad. Hay varias formas de ejercer este control, que caen en dos grandes categor?as: el control manual, y el autom?tico. El control manual se lleva a cabo en la generalidad de los casos a trav?s de un teclado, y menos frecuentemente por medio de otros dispositivos que semejan instrumentos ac?sticos, como guitarras, o instrumentos de viento. Estos controladores, cada vez que son accionados por un ejecutante humano env?an en realidad datos sobre la frecuencia, amplitud, etc. del sonido al sintetizador, Los datos est?n codificados de acuerdo a la norma de comunicaciones MIDI, cuyas posibilidades se ver?n m?s adelante.

El control autom?tico se realiza por medio de dispositivos denominados secuenciadores (sequencers), que se encargan de enviar al sintetizador datos almacenados previamente en la memoria (tambi?n con el formato MIDI). Hay dos tipos de secuenciadores: equipos de aplicaci?n espec?fica, es decir, con hardware y software3 especialmente concebidos para este fin, y computadoras de uso general dotadas de una interfaz MIDI y un programa adecuado, tambi?n denominado secuenciador.

Muchos sintetizadores vienen equipados con sus propios secuenciadores que permiten, por ejemplo, almacenar en una memoria los datos correspondientes a una ejecuci?n, que luego pueden ser utilizados para reproducir dicha ejecuci?n autom?ticamente. Sin embargo, en general la capacidad de memoria de que disponen es relativamente peque?a, a diferencia de lo que sucede con las computadoras personales de uso general (PCs), que poseen memoria en abundancia.

3 En la terminolog?a de computadoras "hardware" se refiere a los dispositivos f?sicos, y "software" a los programas que permiten controlar dichos dispositivos.

2 .2. POSIBILIDADES DE LOS SINTETIZADORES

La primera caracter?stica importante de los sintetizadores actuales es la de tener bancos de sonidos predefinidos que pueden contener varios cientos de sonidos listos para usar. La norma General MIDI, un est?ndar vinculado con MIDI al cual se adhieren numerosos fabricantes, reconoce 128 timbres b?sicos que corresponden a diversos instrumentos de uso com?n, entre los que se encuentran todos los instrumentos de la orquesta sinf?nica y otras formaciones instrumentales, as? como instrumentos de diversos or?genes ?tnicos. Los instrumentos de precio mediano a alto permiten, adem?s, incorporar una variedad ilimitada de sonidos muestreados y almacenados en diskettes o cartuchos de memoria intercambiables, lo cual brinda la posibilidad de disponer de sonidos de gran calidad y diversidad. Es posible, por ejemplo, disponer de sonidos correspondientes a pianos o violines de distintas marcas, y con la calidad sonora de diversos artistas de renombre.

La segunda caracter?stica distintiva de los sintetizadores es la posibilidad de editar el sonido, es decir, modificar una o m?s de sus cualidades. Si bien una descripci?n exhaustiva de los recursos de edici?n escapa al prop?sito de este trabajo, es interesante mencionar y comentar algunos de ellas.

?Qu? es lo que diferencia los distintos sonidos entre s?? Hay tres cualidades b?sicas: la altura, la intensidad y el timbre. La altura es lo que permite distinguir los diversos sonidos de un mismo instrumento y clasificarlos en graves y agudos. F?sicamente est? relacionada con la frecuencia del sonido, es decir, la cantidad de vibraciones por segundo. La intensidad se refiere a la potencia, fuerza o volumen del sonido, es decir, la cualidad por la cual se distinguen los sonidos suaves de los fuertes. Finalmente, el timbre es el conjunto de caracter?sticas que permiten discriminar entre los diversos instrumentos. Es la cualidad m?s compleja del sonido, ya que involucra diversas propiedades f?sicas.

A lo anterior se agrega la ambientaci?n del sonido. Dos sonidos originados de la misma manera por dos fuentes id?nticas, pueden sonar diferentes seg?n la ambientaci?n que se les d?. As?, no es lo mismo el sonido en una peque?a sala hogare?a que en un teatro. Tambi?n ser? distinto si el sonido procede de una ubicaci?n o de otra, si se desplaza o si experimenta un eco.

A continuaci?n expondremos algunas de las posibilidades de edici?n relativas a cada uno de estos aspectos del sonido.

2.2.1. ALTURA

Los sintetizadores permiten varios recursos en relaci?n can la altura. El primero de ellos es la posibilidad de afinaci?n con gran precisi?n, lo cual permite la utilizaci?n simult?nea de varios instrumentos, sean ?stos ac?sticos o electr?nicos, en una pieza de m?sica. El segundo recurso consiste en la posibilidad de seleccionar diversos tipos de escalas. La mayor parte de la m?sica occidental utiliza la escala temperada4 vigente desde el siglo XVIII. Sin embargo, la m?sica anterior a ese periodo, as? como mucha m?sica ?tnica, requiere otros tipos de escalas. Asimismo, en este siglo se han utilizado escalas microtonales, como las escalas por tercios y cuartos de tono, y otras en las que los sonidos de la escala deben distribuirse no uniformemente. En todos estos casos resulta ?til poder seleccionar distintas escalas.

4 En la escala temperada la octava se divide en 12 intervalos iguales, llamados semitonos.

2.2.2. INTENSIDAD

La intensidad de los sonidos se puede controlar de tres maneras en los sintetizadores. La primera es por medio de un control de volumen global que puede accionarse mediante un pedal, y tambi?n mediante un adecuado mensaje MIDI. La segunda manera es a trav?s de un par?metro llamado "velocidad" (en ingl?s, velocity) que acompa?a a cada orden de ejecutar una nota. En el caso de que la orden sea dada desde un teclado controlador dicho par?metro corresponde precisamente a la velocidad con que se baja la tecla respectiva, pero dicha orden puede ser enviada tambi?n .en forma de mensaje MIDI desde alg?n otro tipo de controlador, o desde una computadora. La tercera forma de control de la intensidad es a trav?s del denominado "seguimiento de altura" (keyboard tracking). Consiste en la posibilidad de regular la intensidad de cada nota en funci?n de su altura (o posici?n en el teclado). Esto permite emular caracter?sticas din?micas propias de cada instrumento. Por ejemplo, los sonidos graves de la flauta son d?biles, mientras que los del oboe son intensos.

2.2.3. TIMBRE

En el timbre de un sonido intervienen varios factores, entre los cuales pueden citarse el contenido arm?nico y las envolventes. El contenido arm?nico es la proporci?n relativa entre los diversos sonidos simples (o sinusoidales) que constituyen un sonido complejo5 (5). Las envolventes son la forma en que var?an distintas caracter?sticas f?sicas del sonido desde que el mismo empieza hasta que termina. Una de estas caracter?sticas es la intensidad. Por ejemplo, el sonido de un piano es muy intenso en el instante inicial (cuando el martillo golpea la cuerda) y luego se va apagando lentamente hasta que se suelta la tecla, instante en que el sonido se extingue. El sonido de una flauta, en cambio, tiene un crecimiento m?s gradual y luego se mantiene casi constante hasta que se deja de soplar. Se han realizado experimentos que muestran que si a un sonido se le modifica s?lo la envolvente (manteniendo constante el contenido arm?nico) el sonido se desvirt?a por completo, torn?ndose irreconocible.

2.2.4. AMBIENTACI?N Y EFECTOS

Muchos sintetizadores cuentan con los denominados "procesadores de efectos". Un efecto es cualquier modificaci?n del sonido que tienda a darle mayor realce o realismo. Algunos ejemplos son los generadores de reverberaci?n, que permiten simular diversos ambientes ac?sticos, el coro (chorus), que permite expandir el sonido como si fuera generado por varios instrumentos iguales (como las voces de un coro), y el retardo (delay), que posibilita simular ecos.

3. COMPUTADORAS

Las computadoras son dispositivos que constan de una parte f?sica, o hardware, constituida por un procesador central, memoria y perif?ricos6, y un conjunto de

5 La sinusoide es la forma m?s simple que puede adoptar una oscilaci?n o vibraci?n, y corresponde a la forma en que oscila un p?ndulo. Cualquier otra vibraci?n puede considerarse como formada por una cierta cantidad de sinusoides de diversas frecuencias.

6 El procesador, o unidad central de proceso, es la parte encargada de realizar las diversas operaciones. La memoria sirve para guardar los programas y los datos. Los perif?ricos son dispositivos que permiten o bien almacenar datos y programas en forma permanente, como las unidades de disco, o

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