ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΚΑΙ ΜΟΥΣΙΚΗ ΩΣ ΟΙ ΠΑΛΑΙΟΙ ΕΔΙΔΑΣΚΟΝ (V)


(ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΑΠΟ 16/09/14)

Β΄.3 Μουσική Σύνθεση
Μια μουσική σύνθεση είναι μια περίπλοκη ηχητική διαδικασία που αποτελείται από  μικρά παρόμοια συμβάντα, που συνήθως αποκαλούμε νότες, η οποία υπακούει σε  ορισμένους βασικούς αισθητικούς και ακουστικούς κανόνες. Πιο συγκεκριμένα, μια
μουσική σύνθεση είναι απλά μια σειρά από καλώς συμμετρικά συμβάντα αναμεμειγμένα κατάλληλα με μη συμμετρικά συμβάντα κατά έναν τέτοιον τρόπο ώστε  οι προσδοκίες του ακροατή να εκπληρώνονται απόλυτα. Στα μουσικά στοιχεία
περιλαμβάνονται ο χρόνος, ο ρυθμός, η μελωδία, η αρμονία, η αντίστιξη, η  ενορχήστρωση, και όλα είναι ανεξάρτητα το ένα από το άλλο, και η μουσική σύνθεση  είναι αυτή που εκφράζει τις ακριβείς κινήσεις αυτών των βασικών μουσικών στοιχείων
στη μονάδα του χρόνου [18].

Β΄.3.1 Αλγοριθμική Σύνθεση Μουσικής
Αλγοριθμική σύνθεση μουσικής ονομάζεται η τεχνική της χρήσης αλγορίθμων για την  σύνθεση μουσικής. Οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές είναι σε θέση να συνθέσουν μουσική,εφ’ όσον προγραμματιστούν κατάλληλα. Κατά κανόνα όμως, μουσική παράγεται μέσω  υπολογιστών όταν οι αλγόριθμοι έχουν την ικανότητα να παίρνουν πρωτοβουλίες κατά  την διαδικασία της σύνθεσης. Σημαντικό ρόλο παίζει και ο τρόπος και ο βαθμός  συμμετοχής ενός αλγορίθμου στη σύνθεση, χωρίζοντάς τη σε μουσική σύνθεση μέσω  υπολογιστή και σε μουσική σύνθεση με τη βοήθεια υπολογιστή. Υπάρχουν αλγόριθμοι  που παρέχουν σημειογραφική πληροφορία για μουσικά όργανα, ενώ άλλοι παρέχουν  έναν ανεξάρτητο τρόπο σύνθεσης. Υπάρχουν και άλλοι που κάνουν και τα δυο  Γενικά, δεν υπάρχει μέθοδος για να κατηγοριοποιηθούν αυτοί οι αλγόριθμοι σε  κατηγορίες, παρ’ όλα αυτά όμως, υπάρχει διάκριση ανάμεσα στα συστήματα που  παράγουν μουσική χρησιμοποιώντας πιθανοκρατικές διαδικασίες και σε αυτά που  χρησιμοποιούν έτοιμες ρουτίνες και παράγουν ντετερμινιστικά αποτελέσματα,
δίνοντας συγκεκριμένη είσοδο στον αλγόριθμο.[19]
Η εξέλιξη τεχνητής νοημοσύνης βοήθησε σημαντικά στην υλοποίηση μηχανών που  μπορούν να συνθέσουν μουσική απίστευτα καλής ποιότητας. Η επιτυχία ή αποτυχία  της σύνθεσης εξαρτάται κατά κύριο λόγο στο πώς θα αναπαρασταθούν τα μουσικά
δεδομένα, δηλαδή στον τύπο και τον αριθμό των παραμέτρων που θα χρησιμοποιηθούν  ως ορίσματα. Αυτά τα συστήματα μπορούν να μιμηθούν διάφορα μουσικά στυλ, όμως  προγραμματίζονται για να συνθέτουν μόνο ένα είδος μουσικής, ή  μαθαίνουν να  μιμούνται κάποιο είδος με μάθηση μέσω παραδειγμάτων. Είναι εύκολο για αυτά τα  συστήματα να μιμηθούν χαρακτηριστικά στυλ, όπως μπαρόκ ή τζαζ [41]. Παρ’ όλα  αυτά είναι ακόμα πολύ δύσκολο για τους υπολογιστές να συνθέσουν νέα είδη  μουσικής, γιατί είναι έτσι φτιαγμένοι ώστε ή να ενσωματώνουν έτοιμα πρότυπα, ή να  μαθαίνουν από παραδείγματα. Επίσης, είναι δύσκολο να εκτιμήσουμε τα αποτελέσματα  σε τέτοιες περιπτώσεις, επειδή ακούγονται παράξενα στο ανθρώπινο αυτί. Τα μουσικά  κομμάτια που έχουν δημιουργηθεί με αυτόν τον τρόπο από υπολογιστές, τείνουν να  υστερούν στις πολιτισμικές αναφορές από τις οποίες πιανόμαστε όταν εκτιμούμε την  μουσική [3].
Μια εύλογη προσέγγιση σε αυτά τα προβλήματα είναι να προγραμματιστούν με  αφηρημένα μοντέλα που ενισχύουν την κατανόησή μας για τη δυναμική της  συνθετικής διαδικασίας. Μετά την επινόηση του υπολογιστή, πολλοί συνθέτες
δοκίμασαν να συνθέσουν χρησιμοποιώντας μαθηματικά μοντέλα, όπως συνδυαστικά  συστήματα, στοχαστικά μοντέλα και fractals [10, 66, 67]. Μερικά από αυτά τα  πειράματα απέδωσαν ενδιαφέρουσα μουσική και συνέβαλλαν στην έρευνα για την
εφαρμογή μαθηματικών τύπων και υπολογιστικών μοντέλων στην σύνθεση μουσικής.
Επίσης, το ενδεχόμενο της μοντελοποίησης της Τεχνητής Ζωής αποτελεί μια φυσική  εξέλιξη της έρευνας για τη σύνθεση μουσικής μέσω υπολογιστών.

Β΄.3.2 Μέθοδοι ηχητικής σύνθεσης
Υπάρχουν τέσσερις γενικές κατηγορίες στις οποίες χωρίζονται οι μέθοδοι σύνθεσης  ήχου. Περιλαμβάνουν τεχνικές που επιτυγχάνουν την σύνθεση ηχητικού σήματος.
Επίσης, σε αυτή την ενότητα αναφέρεται και η τεχνική σύνθεσης ηχητικού πεδίου (Wave field Synthesis – W.F.S.), η οποία επιτυγχάνει την ακριβή τοποθέτηση του  ηχητικού σήματος στον τρισδιάστατο χώρο.

Β΄.3.2.1 Τεχνικές ανάγνωσης δεδομένων από μνήμη
Η πρώτη είναι η σύνθεση βασισμένη σε πίνακα (Table look-up Synthesis), η οποία  περιλαμβάνει τεχνικές ανάγνωσης δεδομένων από κάποια μνήμη. Στην ουσία, η  αναπαραγωγή του ήχου γίνεται με τη χρήση δειγμάτων φυσικών ήχων. Τα δεδομένα  προς ανάγνωση είναι συνήθως οι τιμές της συνάρτησης πίεσης (pressure function) του  επιθυμητού ήχου, και συγκεντρώνονται στον πίνακα κυματομορφής (wave table). O ήχος παράγεται συνδυάζοντας τα δεδομένα του πίνακα με τον κατάλληλο τρόπο.
Η πιο απλή εφαρμογή αυτού του τρόπου σύνθεσης είναι η δειγματοληψία (sampling)  και μία πιο γενική μορφή της είναι η σύνθεση πίνακα κυματομορφής (wave table  synthesis) [20,21].

Β΄.3.2.2 Τεχνικές μοντελοποίησης φάσματος
Η επόμενη κατηγορία βασίζεται σε τεχνικές μοντελοποίησης φάσματος (spectral modeling). Σύμφωνα με αυτή τη μέθοδο, η σύνθεση του ήχου σχεδιάζεται έτσι ώστε να  ταιριάζει με το φάσμα του αναφερόμενου σήματος σε κάθε χρονική στιγμή. Κάθε σήμα  μπορεί να αναλυθεί σε ντετερμινιστικά και στοχαστικά στοιχεία, τα οποία αντιστοιχούν  σε κοιλότητες (sinusoids) και θόρυβο αντίστοιχα [30,31]. Είναι επίσης δυνατόν να  κατασκευαστεί ένα μοντέλο σύνθεσης όπου το σήμα θα αναπαρίσταται από μια  περιοδική κυματομορφή ενισχυμένη με θόρυβο. Δύο τεχνικές που ανήκουν σε αυτή την  κατηγορία είναι η προσθετική και η μικροδομική σύνθεση

Προσθετική Σύνθεση (additive synthesis)
Η προσθετική σύνθεση (additive synthesis) είναι μια τεχνική σύνθεσης ήχου με την  οποία παράγουμε σύνθετες κυματομορφές βασιζόμενοι σε απλούστερες και βασικές  κυματομορφές. Για να αναπαραστήσουμε έναν ήχο με τη προσθετική σύνθεση (π.χ. ένα  ήχο κιθάρας) πρέπει πρώτα να αναλύσουμε τον ήχο αυτό ως προς το περιεχόμενο των  αρμονικών που περιέχει. Οι αρμονικές ενός μουσικού οργάνου παράγονται σε  ποσότητες που μεταβάλλονται με την πάροδο του χρόνου, και καθορίζουν τη χροιά  του. Ο όρος «χροιά» αναφέρεται στα υποκειμενικά χαρακτηριστικά του ήχου που  κάνουν δυνατό το διαχωρισμό δύο τόνων της ίδιας έντασης και θεμελιώδους  συχνότητας [37]. Επομένως, η χροιά είναι αυτή που χαρακτηρίζει μοναδικά τα μουσικά  όργανα, αλλά και την ανθρώπινη ομιλία. Η προσθετική σύνθεση μιμείται την χροιά των  μουσικών οργάνων συνδυάζοντας πολλά ακουστικά κύματα που ρίχνονται στις  διαφορετικές αρμονικές, με μία διαφορετική περιβάλλουσα για κάθε ένα.
Μια βασική μέθοδος που χρησιμοποιείται για να εξετάσουμε σύνθετες κυματομορφές  είναι η ανάλυση Fourier όπου αναλύει το περιεχόμενο συχνοτήτων μιας περιοδικής  κυματομορφής, συγκεκριμένα, τις συχνότητες των αρμονικών που περιέχει.
Η προσθετική σύνθεση μπορεί επίσης να δημιουργήσει μη αρμονικούς ήχους (δηλαδή,ήχους που προκύπτουν από μη ακέραια πολλαπλάσια της θεμελιώδους συχνότητας).
Αυτό μπορεί να γίνει όταν μεμονωμένες επί μέρους συχνότητες δεν είναι όλες ακέραια  πολλαπλάσια της θεμελιώδους συχνότητας [22,23].

Μικροδομική Σύνθεση (granular synthesis)
H σύνθεση που βασίζεται σε μονάδες ή αλλιώς μικροδομική σύνθεση αποτελεί μια  επέκταση της προσθετικής μεθόδου και αναλύεται εκτενέστερα στην ενότητα 2. 3. 3.
Τέλος, σε αυτή την κατηγορία ανήκει η σύνθεση φίλτρου-πηγής (source-filter  synthesis), σύμφωνα με την οποία το ντετερμινιστικό στοιχείο αναπαρίσταται από μια  κυματική μορφή ενός φίλτρου (single-filtered).

Β΄.3.2.3 Τεχνικές διαμόρφωσης του σήματος
Η τρίτη κατηγορία βασίζεται σε τεχνικές διαμόρφωσης του σήματος. Με τον όρο  ‘διαμόρφωση’ (modulation) εννοούμε τον επηρεασμό ενός ηχητικού σήματος από άλλο  σήμα. Ο επηρεασμός αυτός μπορεί να αφορά τη συχνότητα, το πλάτος, ή τη φάση του  ηχητικού σήματος. Το αρχικό σήμα ονομάζεται φέρον σήμα (carrier) ενώ το σήμα που  θα το επηρεάσει ονομάζεται σήμα διαμόρφωσης (modulator). Ο επιθυμητός ήχος  παράγεται από τον μετασχηματισμό του αρχικού σήματος από το σήμα διαμόρφωσης.
Ο μετασχηματισμός αυτός μπορεί γενικά να είναι αυθαίρετος, αλλά υπάρχουν μερικές  ειδικές περιπτώσεις που χρησιμοποιούνται ευρέως [24].

Διαμόρφωση πλάτους (amplitude modulation)
Μια από αυτές τις περιπτώσεις είναι η διαμόρφωση πλάτους (amplitude modulation),
κατά την οποία, το πλάτος του αρχικού σήματος επηρεάζεται από το πλάτος του  σήματος διαμόρφωσης. Το πλάτος κάθε δείγματος του αρχικού σήματος  πολλαπλασιάζεται με το πλάτος κάθε δείγματος του σήματος διαμόρφωσης, το οποίο
και καθορίζει την αλλαγή που θα υποστεί το πλάτος του τελικού σήματος. Κατά τον  ίδιο τρόπο, η συχνότητα του σήματος διαμόρφωσης καθορίζει τη συχνότητα της  μεταβολής της διαμόρφωσης του πλάτους στο τελικό ηχητικό σήμα. Αξίζει να  σημειωθεί ότι οι νέες συχνότητες στο τελικό ηχητικό σήμα γίνονται αντιληπτές, μόνο  όταν η συχνότητα του σήματος διαμόρφωσης ξεπερνά τα 20 Hz [25].

Διαμόρφωση συχνότητας (frequency modulation)
Μια άλλη ειδική περίπτωση είναι η διαμόρφωση συχνότητας (frequency modulation) κατά την οποία διαφοροποιείται η συχνότητα του φέροντος σήματος, ενώ το πλάτος  παραμένει σταθερό.
Το πλεονέκτημα της διαμόρφωσης συχνότητας είναι η πολύ μικρότερη ευαισθησία της  σε εξωτερικό θόρυβο, δηλαδή σε ανεπιθύμητα σήματα παρεμβολής. Αυτό συμβαίνει  γιατί ο θόρυβος επηρεάζει το μέγεθος της κυματομορφής μιας εκπομπής, όχι όμως και  τις αυξομειώσεις συχνότητας που μεταφέρουν τις πληροφορίες του σήματος [26].

Σύνθεση μετασχηματισμού κυματομορφής (wave shaping synthesis)
Υπάρχει και μία τεχνική σύνθεσης γενικής διαμόρφωσης που ονομάζεται σύνθεση  μετασχηματισμού κυματομορφής, κατά την οποία το σήμα διαμορφώνεται με την  βοήθεια μιας μη γραμμικής συνάρτησης μετασχηματισμού (shaping function).
Γενικά, στηρίζεται σε έναν πίνακα κυματομορφών, όπως αυτός που αναφέρθηκε στην παράγραφο «Τεχνικές ανάγνωσης δεδομένων από μνήμη». Κάθε δείγμα του αρχικού  σήματος τοποθετείται στον πίνακα κυματομορφών, με σειρά που καθορίζεται από τη  συνάρτηση μετασχηματισμού. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι αλλάζοντας το  πλάτος του αρχικού σήματος, αλλάζει και το ποσοστό των δειγμάτων του πίνακα που  χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση. Με αυτόν τον τρόπο γίνεται εύκολο να ελεγχθεί το  φάσμα του ήχου με το πέρασμα του χρόνου. Για παράδειγμα, όταν το εύρος του  αρχικού σήματος είναι από -1 έως 1 , τότε χρησιμοποιείται ολόκληρος ο πίνακας. Αν  το εύρος κυμαίνεται από – 0, 33 έως 0, 33 τότε χρησιμοποιείται μόνο το ένα τρίτο του  πίνακα. Ο γενικός κανόνας που ισχύει είναι ότι όσο αυξάνεται το πλάτος του
εισερχόμενου σήματος, τόσο πιο «φωτεινή χροιά» έχει το εξερχόμενο σήμα, δηλαδή   έχει περισσότερες υψηλές συχνότητες. Επίσης, θα πρέπει να αναφερθεί ότι το πλάτος  του εισερχόμενου σήματος δεν έχει άμεση επιρροή στο πλάτος του εξερχόμενου
σήματος, το οποίο κυρίως εξαρτάται από τις τιμές που δεικτοδοτούνται στον πίνακα.
Με τις εναλλαγές του πλάτους , είναι δυνατόν να αλλάζει και το φάσμα του ήχου, κάτι  που παρατηρείται και στα ακουστικά μουσικά όργανα. Για το λόγο αυτό ο  μετασχηματισμός κυματομορφής χρησιμοποιείται επιτυχώς για την σύνθεση
παραδοσιακών μουσικών οργάνων [27, 29].

Β΄.3.2.4 Τεχνικές που προσπαθούν να μιμηθούν τον ήχο που παράγεται  από μουσικά όργανα
Στην τέταρτη κατηγορία ανήκουν οι τεχνικές που προσπαθούν να μιμηθούν τον ήχο  που παράγεται από τα μουσικά όργανα, για παράδειγμα την ταλάντευση των χορδών. Η  τεχνική αυτή ονομάζεται φυσική μοντελοποίηση (physical modeling) και βασίζεται  στην εφαρμογή αριθμητικών τύπων και διαφορικών εξισώσεων που περιγράφουν τον  φυσικό τρόπο με τον οποίο είναι κατασκευασμένα τα μουσικά όργανα, ή στην  σχεδίαση ενός μοντέλου που συμπεριφέρεται όπως ένα αληθινό μουσικό όργανο   [43,44,45] . Στην τροπική σύνθεση (modal synthesis), ο μηχανισμός παραγωγής ήχου  ενός οργάνου μοντελοποιείται με ένα μικρό αριθμό ηχείων (resonators) τα οποία  υποκινούνται από κάποιο σήμα για να παράγουν τον επιθυμητό ήχο. Η τεχνική digital  waveguide modeling είναι μια άλλη τεχνική που ανήκει σε αυτή την κατηγορία και  προσπαθεί να αντιγράψει την συμπεριφορά του οργάνου, υλοποιώντας ένα φυσικό  μοντέλο της παραγωγής ήχου.[46]

Β΄.3.2.5 Τεχνικές σύνθεσης τρισδιάστατου ήχου
Τρισδιάστατος ήχος ή όπως αλλιώς ονομάζεται χωρικός (spatial) είναι ο ήχος που  ακούμε στην πραγματική ζωή. Οι καθημερινοί ήχοι που φτάνουν στα αφτιά μας  προέρχονται από παντού και είναι αναγνωρίσιμοι από το ύψος, την χροιά, την ένταση,αλλά και από τη θέση τους στο χώρο. Οι ήχοι αυτοί μας δίνουν όλες τις απαραίτητες  πληροφορίες για το περιβάλλον μέσα στο οποίο βρισκόμαστε. Οι ανακλάσεις αυτών  μας δίνουν σημαντική πληροφορία για τη θέση, το μέγεθος και το υλικό των  αντικειμένων που υπάρχουν γύρω μας.
Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πρώτα το πώς ο άνθρωπος αντιλαμβάνεται τους  τρισδιάστατους ήχους στην πραγματική ζωή και το πώς αντιδρά σε αυτούς,προκειμένου να μπορέσουμε να συνθέσουμε σωστά τρισδιάστατο ήχο, κάτι που θα
ενισχύσει πολύ την δημιουργία ολοκληρωμένων τρισδιάστατων εικονικών χώρων. [32]
Η ακριβής τοποθέτηση του ήχου στον τρισδιάστατο χώρο γίνεται με προηγμένες  τεχνικές, όπως η σύνθεση ηχητικού τοπίου (Wave field Synthesis), με μόνη  προϋπόθεση την κατάλληλη κωδικοποίηση των ηχητικών δεδομένων, αλλά και την
χρήση συγκεκριμένου ηλεκτροακουστικού εξοπλισμού.

(ΣΥΝΕΧΙΖΕΤΑΙ)

About sooteris kyritsis

Job title: (f)PHELLOW OF SOPHIA Profession: RESEARCHER Company: ANTHROOPISMOS Favorite quote: "ITS TIME FOR KOSMOPOLITANS(=HELLINES) TO FLY IN SPACE." Interested in: Activity Partners, Friends Fashion: Classic Humor: Friendly Places lived: EN THE HIGHLANDS OF KOSMOS THROUGH THE DARKNESS OF AMENTHE
This entry was posted in Music and tagged , , , , . Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s