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INSTITUTO MEXICANO DE ACÚSTICA
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA
COLEGIO DE INGENIEROS EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA
19º CONGRESO INTERNATIONAL MEXICANO DE ACÚSTICA
(19TH MEXICAN INTERNATIONAL CONGRESS ON ACOUSTICS)
CIUDAD DE MÉXICO, MÉXICO
5 - 7 DICIEMBRE, 2012
M 4 APLICACIÓN DEL CHIP SAM2195 COMO UN INSTRUMENTO MUSICAL
PARA SIMULAR UNA ORQUESTA DE JAZZ
Maximino Peña Guerrero
J.J. Negrete Redondo
Academia de Acústica, Escuela Superior Mecánica y Eléctrica, Instituto Politécnico Nacional, Av. Instituto
Politécnico Nacional S/N, Zacatenco D. F., México. Tel: 5 729 6000 - 54652 y 54616. mail: [email protected]
19º Congreso Internacional Mexicano de Acústica
México, D.F. 5 – 7 Diciembre, 2012
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M 4 APLICACIÓN DEL CHIP SAM2195 COMO UN INSTRUMENTO MUSICAL
PARA SIMULAR UNA ORQUESTA DE JAZZ
Maximino Peña Guerrero
J.J. Negrete Redondo
Academia de Acústica, Escuela Superior Mecánica y Eléctrica, Instituto Politécnico Nacional, Av. Instituto
Politécnico Nacional S/N, Zacatenco D. F., México. Tel: 5 729 6000 - 54652 y 54616. mail: [email protected]
RESUMEN
Uno de los problemas que tiene un compositor consiste en reunir a los músicos de carne y hueso con el fin de
comprobar el resultado de una composición. Si la música generada no satisface los requerimientos, entonces
es necesario intarpretarla muchas veces. Pensamos que una orquesta electrónica puede resolver dicho
problema. En este trabajo se presenta la implementación de un instrumento musical utilizando el circuito
integrado de propósito específico SAM2195 montado sobre un pequeño circuito impreso de evaluación 2195EK. Con 20 circuitos individuales implementamos una orquesta virtual de Jazz de 20 músicos totalmente
independientes.
Palabras clave: MIDI, orquesta virtual, SAM2195, 2195-EK.
ABSTRACT
One of the problems that a composer is to bring together musicians of flesh and blood in order to check the
result of a composition. If music does not meet the requirements generated, then it is necessary play often. We
think that an electronic orchestra can solve this problem. This paper presents the implementation of a musical
instrument using the special-purpose integrated circuit SAM2195 mounted on a small circuit board 2195-EK
evaluation. With 20 individual circuits we have implemented a virtual orchestra of 20 musicians Jazz
completely independent.
Keywords: MIDI, virtual orchestra, SAM2195, 2195-EK.
Introducción
Hoy en día un compositor moderno recibe ayuda de sistemas computacionales para escribir una
composición musical, con lo cual se ahorra mucho tiempo dinero y esfuerzo. Normalmente un compositor
clásico necesita contar con la presencia de músicos de carne y hueso para comprobar los resultados de
su nueva creación musical. Si la música que escucha en vivo no satisface las estructuras musicales,
entonces es necesario que esta sea intarpretada muchas veces. Sin embargo, tener una infraestructura
con dichos recursos humanos y de instalaciones físicas es caro, ademas este proceso consume mucho
tiempo, dinero y esfuerzo. Pensamos que un sistema de composición asistida por computadora
utilizando componentes simples puede resolver en mucho este problema. Cuando aparecieron los primeros sistemas comutacionales digitales, estos no se pensaron para
resolver problemas de animación de imágenes y sonido, sino para el cálculo de trayectorias balísticas.
Por su naturaleza, las aplicaciones digitales de video y sonido consumen muchos ciclos de máquina de
alta velocidad, los cuales son requeridos para el procesamiento digital de las señales multimedia. Sin
embargo, hubo algunas raras investigaciones al respecto controlando el haz de un tubo de rayos
catódicos y triodos para generar sonido musicales.
No fue sino hasta principios de los años ochenta, después de que aparecieron las primeras
computadoras personales, cuando se diseñaron las primeras tarjetas de sonido, video y música. Para
generar sonidos musicales estas placas de circuito impreso normalmente tenían uno de los primeros
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circuitos integrados de alta escala de intagración de propósito específico orientado a la síntesis de
sonidos: el chip sintetizador YM3812 que después sería sustituido por otros de la familia OPL. Además,
los fabricantes de instrumentos musicales electrónicos acordaron implementar un protocolo estándar de
comunicaciones hardware y software, MIDI (Musical Instrument Digital Interface), como parte integral de
los primeros sintetizadores de música.
Actualmente existen en el mercado circuitos integrados de alta escala de integración capaces de
implementar dentro de un sólo chip un sintetizador MIDI totalmente independiente. Uno de estos
dispositivos de fabricación francesa es el SAM2195 el cual tiene una entrada MIDI y una salida de audio
analógico. En este documento se presenta la implementación de un instrumento musical independiente
utilizando el chip SAM2195 de la empresa DREAM S.A.S. FRANCE sobre un pequeño circuito impreso
de evaluación 2195-EK, el cual es controlado por nuestro software MIDI KL,. Utilizando 20 de estos
dispositivos conectados en red implementaremos en hardware y software una orquesta virtual de Jazz
compuesta de 20 músicos totalmente independientes.
Funcionamiento
De acuerdo con la Figura 1, básicamente nuestro sistema consiste en dos bloques: una fuente de
información, y un sintetizador de sonidos. Ambos son controlados mediante un software a la medida. El
primer bloque hace el papel de un director de orquesta, éste es un sistema computacional que genera las
secuencias MIDI mediante un software llamado KL. El segundo bloque, un instrumento musical
independiente consiste de una pequeña placa llamada 2195-EK y que contiene un circuito de alta escala
de integración denominado SAM2195. La salida de este circuito es una señal de audio la cual es
amplificada por un tercer bloque. Éste último se conecta a un altavoz cuyas dimensiones deben ser tales
que se correspondan al tamaño del unstrumento musical natural que se sintetiza. Por ejemplo si el sonido
es una trompeta el diámetro del altavoz podría ser de 4 pulgadas, el de un trombón de 8 pulgadas, y la de
un contrabajo podría ser de 15 pulgadas.
Figura 1: Flujo de datos
Para conformar una orquesta MIDI de Jazz con 20 músicos independiantes se requieren de 20
circuitos completamente independientes, tal como se muestra en la Figura 2. Para una simulación más
cercana a los sonidos reales, las cajas que simulan cada músico se deben colocar en un área de
aproximadamente 20 o 30 metros cuadrados. Debido a que estos dispositivos están separados de una
manera distribuida, es posible que el compositor escuche la estructura de acordes que en su conjunto
produce cada instrumento de una manera independiente. Esto le permite analizar en tiempo real si la
estructura pensada es la correcta o bién, no corresponde a las reglas de la armonía del estilo que se
desea. Interactuando con un sistema computacional gráfico el compositor puede editar y cambiar los
pentagramas en pantalla de acuerdo conlos gustos y los estilos musicales pensados para este
propósito
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Figura 2: Red de varias placas 2195-EK conformando una orquesta MIDI
Para generar las secuencias de sonido MIDI es posible utilizar uno de los sistemas de software
existentes en el mercado (Finale, Cakewalk, ProTools, etc) sin embargo, hemos desarrollado un software
específicamente para este propósito. Dicho software llamado KL contiene la mayoría de las funciones
requeridas para el procesamiento automático de la música, tales como entrada/salida MIDI, estructuras
gráficas de pentagrama. Es de nuestro interés encontrar y analizar algunas estructuras musicales que se
encuentran en la música de Jazz y principalmente las inherentes en la música afroantillana.
En la Figura 2 se muestra la vista anterior y posterior del circuito 2195-EK colocado sobre un pequeño
amplificador de audio. Por otra parte, en la Figura 4 se presenta este mismo circuito conectado al sistema
controlador y su propio amplificador. Cabe recordar que necesitamos tantas unidades de este tipo como
de instrumentos musicales que contiene una orquesta real.
Figura 3: Vista anterior y posterior de la placa 2195-EK sobre un pequeño amplificador.
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Figura 4: Un instrumento musical completo (izquierda), vista da la placa 2195-EK (derecha)
Resultados y conclusiones
En el laboratorio de acústica hemos estado experimentando desde hace algunos años con la
configuración de una orquesta electrónica que nos permita simular a una orquesta real. Primero
utilizamos varias computadoras personales conectadas en red, cada una simulando un músico en
particular. Poco despues utilizamos varias tarjetas de sonido tipo Sound Blaseter colocadas en un bus
común dentro de un sistema computacional. Posteriormente utilizamos varios circuitos integrados
YM3812 (OPL3) , los cuales son controlados mediante un microprocesador de propósito general (PIC).
Sin embargo, todavía se consideraban voluminosos para nuestro propósito. Ahora disponemos del
circuito SAM2195, el cual es mucho más pequeño, barato y requiere de pocas conexiones. Este úliimo
nos ha permitido implementar de una manera más real el sonido que produce una orquesta en vivo. Con
la evolución de nuestros software de música KL y con esta nueva tecnología de circuitos integrados, hoy
en día podemos crear y editar música con acordes y estructuras armónicas mucho más complejas.
Agradecimientos
Agradecemos el apoyo proporcionado por las autoridades del Instituto Politécnico Nacional, la Comisión
de Operación y Fomento de Actividades Académicas, la Sección de Estudios de Posgrado e
Investigación.
Referencias y bibliografía
[1] Messick Paul, Maximum MIDI: Music Applications in C++, Manning Publications Co., Canada, 1997.
453 pgs.
[2] Baird Kevin C., “Generating Music Notation in Real Time”, Linux Journal, December 2004, issue 128,
pp: 72-76.
[3] Peña G. M. “Captura de Múltiples Eventos MIDI en tiempo de Ejecución”, Inédita. México. Tesis de
Doctorado, Centro de Investigación y Estudios avanzados del IPN, 2005.
[4] Dream, “SAM2195 Users Manual”, http://www.dream.fr/pdf/Serie2000/SAM_Datasheets/SAM2195.pdf
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