Parser con Flex y Bison

Durante el desarrollo de sf2maker, tuve que escribir un parser. Os dejo aquí el borrador de un post que escribí por aquel entonces para dar una guía práctica sobre el uso de flex y bison:

Con tantas herramientas, compiladores, lenguajes y demás… es habitual perder unas cuantas horas en repasar algo que sabías hacer hasta no hace mucho (un par de meses, o unas semanas, quizá).

Hoy he perdido unas cuantas horas en escribir un parser con flex y bison (lo necesito para hacer una de las partes del proyecto) ¡Al fin lo he conseguido! Por si a alguien le saca de un aprieto, haré aquí un pequeño esquema mental.

Necesitamos crear dos ficheros:

1. programa.l, que nos servirá para crear el lexer (analizador léxico) con flex.
2. programa.y, que nos servirá para crear el parser (analizador sintáctico) con bison.

¿Por qué necesitamos crear dos analizadores? Porque el análisis se realiza a dos niveles. El nivel más bajo lo hace el lexer, que divide una cadena de caracteres en unidades elementales llamadas tokens. Una vez reconocidos los tokens, el parser hace un análisis a más alto nivel. Aquí es donde tendremos una gramática; es decir, una serie de reglas que definen cómo se pueden combinar correctamente los tokens.

Creo que lo más sencillo es definir primero programa.y:

%{
#include <stdio.h>
%}
%union {
int num;
char *cad;
}
%token NEWLINE CMD1 CMD2 CMD3 NUMBER STRING
%type <num> NUMBER
%type <cad> STRING
%%
input:
| input line
;

line: NEWLINE
| CMD1 NEWLINE { printf(“cmd1\n”);}
| CMD2 NUMBER NEWLINE { printf(“cmd2 %d\n”, $2); }
| CMD3 STRING NEWLINE { printf(“cmd3 %s\n”, $2); }
;
%%

int yyerror(char *s)
{
printf(“%s\n”, s);
return(0);
}

int main()
{
yyparse();
exit(0);
}

Es un sencillo parser que acepta tres comandos: cmd1, cmd2 <numero> y cmd3 <string>. Con %token podemos definir cada uno de los terminales, los cuales los obtendremos posteriormente con flex. El token NUMBER representa un número cualquiera, por lo que tiene un valor asociado, el número en cuestión. Algo parecido pasa con el token STRING, pero aquí con una cadena de caracteres.

Como tenemos dos tokens que tienen dos valores asociados de distinto tipo, necesitamos que la variable yylval pueda contener valores de ambos tipos. Recordemos que la comunicación entre el lexer y el parser se realiza, entre otras, con variables como yylval. De ahí que se haya utilizado %union.

Por otra parte, tenemos que indicar que tanto NUMBER como STRING tienen un tipo asociado. Para eso sirven las dos declaraciones %type. Creo que es sencillo de entender el por qué: más adelante, cuando recuperemos el valor asociado a un determinado token NUMBER (por ejemplo), es necesario saber su tipo para poder recuperarlo correctamente de la estructura yylval.

Después, indicar que la gramática tiene varias reglas, agrupadas en dos. La primera indica que la entrada (input) puede ser nada (el vacío; es decir, ninguna línea), o una entrada y una línea. Lo que es una línea se define en la siguiente regla: puede ser un salto de línea (en cuyo caso no se hace nada), bien cmd1 seguido de un salto de línea, bien cmd2 con un número y un salto de línea, o también cmd3 con una cadena de caracteres y un salto de línea. Los tres comandos que habíamos comentado.

Las acciones semánticas asociadas a cada una de las reglas son más o menos las que cabría esperar en un programa de prueba. Notar que tanto la regla de cmd2 como la regla de cmd3 utilizan el valor semántico del segundo token (que en el primer caso es un entero, y en el segundo una cadena de caracteres), indicado por $2. Por eso era necesario que los tokens tuviesen definido su tipo.

Ahora definiremos los tokens en el fichero programa.l. Antes de nada, comentaros que cuando bison genere el parser anterior, existe la opción de que genere un fichero de cabecera .h con las definiciones de cada uno de los tokens. Ese fichero lo incluiremos dentro de programa.l:

%{
#include “y.tab.h”
%}
%%
cmd1 { return CMD1; }
cmd2 { return CMD2; }
cmd3 { return CMD3; }
[0-9]+ {yylval.num = atoi(yytext); return NUMBER; }
[a-zA-Z]+ {yylval.cad = (char *)malloc(255 * sizeof(char)); strcpy(yylval.cad, yytext); return STRING; }
\n { return NEWLINE; }
. { /* nothing to do */}

%%

Para compilar, realizaremos los siguientes pasos:

$ flex programa.l
$ bison -d programa.y -o y.tab.c
$ gcc -c lex.yy.c y.tab.c
$ gcc -o programa lex.yy.o y.tab.o -lfl

Espero que os resulte útil

Aclaraciones sobre los bancos de sonidos

Hablando con algunas personas sobre la utilidad de las sf2tools, me he encontrado que hay una dificultad generalizada para comprender qué es un banco de sonido. Así que intentaré explicarlo de la forma más práctica posible: Con ejemplos.

En éste enlace hay un archivo zip con dos tipos de ficheros. Por una parte están los ficheros midi, que son melodías tocadas por varios instrumentos MIDI. Por cada fichero MIDI hay un fichero mp3 que es el resultado de la ejecución de esos mismos ficheros MIDI, pero cambiando algunos instrumentos por las flautas. Esas flautas son las que están definidas en los bancos de sonidos de ejemplo que se han incluído en el paquete sf2tools.

Con esos bancos de sonidos se puede interpretar cualquier melodía con la flauta. Basta con tener el fichero MIDI correspondiente, y configurar de forma adecuada timidity.

¿Me he explicado mejor?  :p

Comprendo que es difícil de comprender para todas aquellas personas que no están familiarizadas con la música y el MIDI.

Diseño Conceptual de OpenPipe

He liberado la parte correspondiente al diseño conceptual. Se puede descargar desde aquí.

Síntesis de Audio

Existe mucha teoría en torno a la síntesis de audio. Intentaré introducir conceptos generales, que nos sirvan para entender el funcionamiento de un sintetizador, y el papel que desempeña dentro del proyecto.

En primer lugar, decir que se comentarán dos tipos de síntesis:

1. Síntesis de Audio Modulada en Frecuencia (FM synthesis).
2. Síntesis de Audio por Tabla de Ondas (wavetable synthesis).

1.- Síntesis de Audio Modulada en Frecuencia

Como bien dice [1]: “La síntesis FM es un método que permite la manipulación de un timbre para obtener sonidos reales y naturales”. Más adelante, se comenta que “con velocidades por encima de la capacidad humana y frecuencias con una rapidez similar a las frecuencias de audio, comienzan a aparecer componentes armónicos proporcionales a más o menos la frecuencia portadora del tono que se está haciendo vibrar”.

Os lo explicaré de forma sencilla. El sonido es como cualquier otra onda física, y por tanto, tiene una serie de propiedades cuantificables. Por ejemplo, la frecuencia (inversa de la longitud de onda, lambda). Sonidos de baja frecuencia (alta longitud de onda) son sonidos graves, mientras que sonidos de alta frecuencia (baja longitud de onda) son sonidos agudos. Otra propiedad del sonido es su intensidad, concepto al que estamos muy familiarizados, y del que sobran explicaciones.

Sin embargo, todavía podemos hablar de una propiedad más. ¿Cómo es posible que nuestro oído sea capaz de distinguir dos sonidos con la misma intensidad (mismo volumen), y la misma frecuencia (la misma nota) que provienen de dos instrumentos distintos? Los sonidos también tienen un timbre. ¿De dónde proviene esa cualidad del sonido?

La explicación es sencilla. Casi ningún instrumento genera ondas simples, sino varias ondas que se superponen y generan un sonido como resultado de toda esa superposición simultánea en el tiempo. En otras palabras, cuando escuchamos una nota de un instrumento, ¡en realidad estamos escuchando varias! ¿Cómo es ésto posible?

Os contaré un secreto: no todas las ondas que estamos escuchando en un sonido suenan con la misma intensidad. Digamos que existe una nota central, que es la que destaca, y luego una serie de notas que también suenan, pero con una intensidad considerablemente menor a la nota central.

Ahora bien, ¿qué notas suenan, además de la nota central? ¿Y con qué intensidad, en relación a la nota central? Muy sencillo: depende. Depende de las características físicas del instrumento. Eso incluye las medidas usadas en su construcción, el tipo de material usado, y un largo etcétera.

Os contaré un segundo secreto: las notas que suenan simultáneamente con la nota central no son notas cualesquiera. Son notas que tienen una relación muy especial con la nota central. Matemáticamente hablando, son notas cuya frecuencia son múltiplos de la frecuencia de la nota central. Musicalmente hablando, son notas armónicas, probablemente construídas con intervalos justos.

Cuando escuchamos varios sonidos simultáneamente, pueden provocarnos varias sensaciones. Sin ser demasiado técnico, pueden ser agradables (consonancias), y otros desagradables (disonancias). Dentro de los sonidos consonantes, que suenan agradables al oído (aún sin ser un experto musical) están los intervalos justos: 4ª J, 5ª J y 8ª J. Curiosamente, las frecuencias de los sonidos que forman parte de éstos intervalos tan agradables al oído, son múltiplos uno del otro.

Como véis, existe una estrecha relación entre las matemáticas y la armonía.

Si conocemos cada una de las partes que compone un sonido, ¿acaso no podemos construir nuestros propios sonidos artificialmente? Esa es la idea de la síntesis FM: a partir de un modelo matemático que explique el comportamiento del sonido (basado en los modelos físicos utilizados para describir el comportamiento de ondas), somos capaces de construir un circuito electrónico que genere sonidos bastante parecidos a los sonidos reales de cualquier instrumento.

El parámetro más complicado de generar es, sin duda, el timbre. Cambiar la frecuencia de una onda, o su amplitud, no es más que un simple cálculo matemático, por lo que no es para nada complicado. Sin embargo, como ya habíamos comentado, el timbre se consigue a base de superponer armónicos con menor intensidad a la nota principal.

Modelo matemático de la Síntesis FM

A modo de curiosidad, en [1] se afirma: “En FM, la frecuencia instantánea de una onda portadora es variada de acuerdo a una onda moduladora, de tal forma que los cambios en la portadora se convierten en la frecuencia de la onda moduladora o frecuencia moduladora.”

Se consideran dos ondas: una onda portadora, y una onda moduladora. La frecuencia de la onda portadora se calcula a partir de la onda moduladora (a partir de una ecuación con funciones trigonométricas). De ahí que se diga que la síntesis es Modulada en Frecuencia.

El desarrollo matemático escapa al objetivo de éste post. Aquí podréis encontrar más sobre la teoría matemática que sustenta éste modelo, la Teoría de FM. Como última curiosidad, indicar que para calcular los armónicos de la nota principal, parece que se utilizan las Funciones de Bessel, utilizadas en muchos otros campos.

Un sonido puro y sin armónicos

Anteriormente mencionamos que casi ningún instrumento generaba una onda simple (refiriéndome a un sonido sin armónicos). Efectivamente, existe un instrumento que sí, y es el diapasón.

Según la wikipedia: “Normalmente se utiliza para afinar instrumentos musicales de acuerdo a una nota concreta; sin el diapasón sería muy difícil lograr que distintos instrumentos se pudieran afinar independientemente de forma concreta y armónica”.

El sonido generado por un diapasón es lo que más se parece en la práctica a un sonido sin armónicos. Su forma de onda es senoidal. Otra forma de obtener un sonido puro sería generando una onda senoidal en un ordenador.

2.- Síntesis de Audio por Tablas de Ondas

De todas formas, aunque con la síntesis FM se conseguían resultados más que aceptables, se notaba que los sonidos eran generados por un computador. Con el objetivo de obtener un resultado más realista, se diseñó la síntesis de audio que vamos a presentar a continuación.

La idea es bastante intuitiva: ahora disponemos de una tabla con sonidos muestreados de cada uno de los instrumentos, almacenados de forma digitalizada en una ROM (por hardware) o en disco (por software). La tabla nos proporciona sonidos reales de cada uno de esos instrumentos (muestras, en inglés samples), un sonido base a partir del cual podemos modificar algunos parámetros básicos, para obtener el sonido final.

Por ejemplo, a partir de un sonido base, y modificando la frecuencia, podemos obtener todos los sonidos de la escala. Sin embargo, cuanta mayor sea la diferencia entre la nota real y la nota que queremos obtener, el resultado será de peor calidad. En otras palabras, con un LA podemos obtener un LA bemol o un LA sostenido de bastante calidad, pues son notas que están razonablemente cerca. Pero si intentamos obtener un DO a partir de un LA, se notará claramente que es un sonido construido de forma artificial.

En consecuencia: “Cuanto mayor sea la cercanía (cuantificada en tonos y semitonos) entre la nota sintetizada y la nota muestreada, mayor será el realismo del sonido resultante”.

El caso extremo sería tener una muestra de cada una de las notas que puede generar el instrumento. Pero aquí tendríamos el inconveniente de que, al tener tantas muestras, la tabla de ondas sería demasiado grande (con más razón si estamos contemplando la posibilidad de almacenar la tabla en una ROM). También hay que pensar que, probablemente, querremos tener sampleado más de un instrumento. Lo cual convierte al tamaño de la tabla en un parámetro a tener en cuenta.

Una característica interesante de muchas tarjetas de sonido (sobre todo, las profesionales), es que incorporan una cierta cantidad de memoria RAM interna. En ese caso, es posible almacenar la tabla de ondas en la RAM, de forma que el acceso a las muestras de la tabla se realizaría con mayor eficiencia, con el aumento de prestaciones que ello conlleva.

En caso de no disponer una tarjeta tan buena, siempre queda la posibilidad de almacenar la tabla en la memoria principal, a coste de tener un menor rendimiento. De todas formas, ahora no es un problema demasiado grave, puesto que tanto la tecnología de computadores como la tecnología de memorias han mejorado mucho sus prestaciones en éstos últimos años (capacidad de procesamiento en el primer caso, y cantidad de memoria y latencia, en el segundo).

También es posible una estrategia mixta, en caso de que la tabla de ondas sea de un tamaño superior a la RAM disponible en la tarjeta de sonido.

Posteriormente, para generar el sonido, se utiliza un oscilador con diversos componentes que permiten modificar la onda de salida.

Fuentes interesantes:

[1] Fundamentos de Síntesis de Audio con Frecuencia Modulada, por Juan Reyes

Wavetable synthesis, artículo en la Wikipedia

Wavetable Synthesis 101. A Fundamental Perspective, por Robert Bristow-Johnson (para profundizar)

¡Código publicado! sf2tools versión 1.0.0

Hoy es un día memorable. Después de tantos meses de investigación, de búsqueda, de programación, de horas y horas sin dormir, de prácticas atrasadas… es emocionante ver que al final has conseguido cumplir con una buena parte de tus objetivos. Hay que reconocer que es complicado llevar un proyecto de software libre, sobre todo cuando hay tantas obligaciones pendientes. No lo digo únicamente por mí, pues sería completamente egoísta. Me gustaría felicitar a todos los que habéis llegado hasta aquí. Es duro, pero ¡ánimo! La satisfacción es muy grande.

Hasta aquí ha llegado la parte software del proyecto. Tenía pensado subirla al repositorio hace cosa de un mes, pero he preferido retrasar el lanzamiento, y publicar algo que realmente mereciese la pena. Hubo numerosas mejoras, entre ellas una documentación de usuario muy buena, que explica el funcionamiento de las herramientas con bastante detenimiento. Además, se han incluído seis ejemplos que indudablemente ayudarán al usuario en su comprensión.

Os haré un pequeño resumen de lo que he subido:

• Tres programas para el desarrollo, análisis y creación de bancos de sonidos: sf2maker, sf2info y stereo2mono. Las tres aplicaciones se denominan conjuntamente como sf2tools:

1. sf2maker es la aplicación más importante, pues es un pequeño compilador capaz de generar un banco de sonidos conforme a las especificaciones de SoundFont a partir de los samples y la información introducida por el usuario.
2. sf2info es un analizador de la estructura del banco de sonidos en formato XML, así como un extractor de los samples que contiene incrustados en su interior.
3. stereo2mono es una utilidad para convertir los samples de formato estéreo a formato mono.

• Código fuente completo de los tres programas en lenguaje de programación C, en flex y en bison. Incluye scripts para facilitar la compilación en Windows y en GNU/Linux.
• Binarios ya compilados para Windows y para GNU/Linux.
• Documentación de Usuario: Sobre unas sesenta páginas en formato pdf.
• Samples pregrabados de tres instrumentos: Flauta Alto, Flauta Soprano y Tin Whistle (flauta irlandesa).
• Seis scripts para sf2maker listos para probar. Están comentados también en la documentación.
• Cuatro ficheros midi para escuchar los instrumentos creados (se han incluído los bancos de ejemplo ya compilados para poder probarlos directamente, nada más bajarlos). En la documentación se indica cómo configurar timidity para poder escucharlo (tanto en Windows como en GNU/Linux).

¡Y creo que no se me olvida nada más! Para cualquier comentario, aclaración… como siempre, mediante comentarios, o mediante correo electrónico.
Podéis obtener el paquete vía svn:

svn checkout https://forja.rediris.es/svn/csl-openpipe

O si preferís un fichero comprimido, también lo he empaquetado en un zip y en un tar.gz:

• sf2tools – Versión Windows (.zip)
• sf2tools – Versión GNU/Linux y similares (.tar.gz)

Como se puede ver, no he discriminado a nadie También hay versión Windowsera… :p ¡No hay excusa para no probarla! Jejejeje…

PD: Por cierto, licencia GPL. ¡Por supuesto!

Artículo introductorio a la Tecnología de Sintetizadores

El código ya casi está listo para ser publicado. He buscado información sobre cómo licenciar el software que he creado bajo GPL, y me he encontrado con éste enlace que lo explica de una forma bastante sencilla.

El creador de bancos de sonidos funciona bastante bien. Se publicarán los fuentes, además de binarios que funcionarán bajo windows y bajo GNU/Linux. Por otra parte, se incluirá una breve documentación a nivel de usuario, que explicará de una forma sencilla cómo utilizar las herramientas. En caso de que alguien quiera conocer más detalles a bajo nivel, puede preguntarme aquí o en mi dirección de correo.

También se incluirán unos cuantos ejemplos con los que se podrá crear un par de bancos de sonidos sencillos. Mi idea era publicar también unos archivos mp3 en los que se oyese una ejecución de un archivo MIDI con el instrumento que acabamos de crear, y luego realizar yo mismo una grabación de la misma melodía, para que se pudiese apreciar que la calidad es razonablemente buena.

Por todo ello, se retrasará la salida un poco. Pero no os preocupéis, en vista del éxito que ha tenido el anterior artículo, he escrito otro que os podéis descargar aquí. Se comentan las cosas básicas que es preciso conocer para luego poder utilizar la herramienta correctamente.

Por otra parte, me gustaría agradecer todo el apoyo que he recibido, tanto en forma de comentarios como en forma de correos electrónicos que he recibido en éstas semanas. Tendré en cuenta todas vuestras ideas, y perdonadme si no os respondo en poco tiempo. La verdad es que no es una cosa sencilla encontrar tiempo libre cuando los estudios te tienen tan “atado”.

¡Un saludo a todos!

Artículo sobre el Proyecto OpenPipe

Aunque todavía no he terminado los exámenes, acabo de terminar un artículo en el que hablo sobre el proyecto OpenPipe. Está subido a la sección de Documentos de la forja en formato pdf, y puedes acceder haciendo clic aquí.

Se ha tratado de explicar los objetivos con sencillez, a la vez que con un lenguaje ameno y agradable. Incluso se han incluido dos ilustraciones bastante aclarativas al respecto. Se podría considerar como un resumen de todo lo visto hasta ahora, para todos aquellos que no tengan la paciencia suficiente como para leer todo lo que he escrito en el blog  

 A todos los que estéis con exámenes, ¡suerte!

Próxima publicación de Código

Me congratula anunciaros que dentro de aproximadamente un mes (una vez haya terminado los exámenes) publicaré el código correspondiente a la primera parte del proyecto.

Se trata de un conjunto de utilidades en linea de comandos para crear bancos de sonidos en formato SoundFont versión 2.01. En principio estará compuesta por dos programas:

1. Un programa que mostrará información detallada (formato xml) sobre un banco de sonido. Incluso será capaz de extraer los samples que contiene. Se llamará sf2info.
2. Otro programa, éste interactivo, en el que introduciremos comandos para crear nuestro propio banco de sonidos. Se llamará sf2maker.

El paquete se llamará en conjunto sf2tools (como cabría esperar).

De momento, los programas incluidos son más que suficientes para el objetivo del proyecto. Aunque si dispongo de tiempo adicional, puede que añada alguna utilidad más. Pero hay que repartir el tiempo, y todavía hay que diseñar la segunda parte (correspondiente a microcontroladores).

Intentaré documentar los diseños que hice, y también poner algún ejemplo para que veais cómo funciona. Por el momento, he sido capaz de crear un banco a partir de los sonidos de una de mis múltiples flautas.

¡Suerte a todo el mundo con los exámenes!

MIDI en GNU/Linux (III)

Todo lo que hemos hablado sobre MIDI se quedaría un poco descolgado si no presentásemos también alguna que otra herramienta para editar partituras.

Uno de los objetivos de la OpenPipe es servir como periférico de introducción de datos musicales en un editor de partituras, como podría ser rosegarden. Por lo tanto, tiene sentido hablar un poco sobre ésta aplicación.

Por supuesto, todo lo aquí contado sólo sirve como breve introducción. Todos aquellos que queráis profundizar conocimientos, tenéis bastantes recursos en la red disponibles para seguir investigando

Rosegarden

La aplicación está en los repositorios, por lo que bastaría con instalar el paquete rosegarden4 vía aptitude para instalar la aplicación en nuestro sistema.

Os propongo importar un archivo MIDI, el que vosotros queráis. Utilizad la opción File > Importar > Importar Archivo MIDI.

Ventana principal de Rosegarden

Como podemos ver (pinchar en la imagen para agrandarla), el programa tiene varias áreas que muestran distinto tipo de información. Lo que es la partitura en si, se encuentra en la parte derecha. Cada pista (que se corresponde con los mensajes que viajan a través de un canal determinado) se corresponde con una fila del gráfico.

El gráfico está compuesto por seis filas. Al principio de cada fila está el nombre del instrumento que tiene asignado (Flute, Acoustic Guitar (steel), Acoustic Guitar (nylon), Cello, Flute y String Ensemble 1). Efectivamente, en algún momento hay que especificar (mapear) qué instrumento está asociado a qué canal.

Los archivos MIDI permiten especificar una etiqueta para cada pista, lo que muchos programas aprovechan para introducir información adicional. Por ejemplo, la pista 2 tiene una etiqueta que pone: “Sequenced By”, y la pista 3 otra que pone: “Barry Taylor 1998″. Se pueden cambiar dichas etiquetas sin ningún problema. Sólo son informativas.

Para seleccionar una pista, es preciso hacer clic encima de su etiqueta. Por ejemplo, si hacemos clic sobre “Barry Tailor 1998″, seleccionaremos la pista 3. Una vez seleccionada una pista, a la izquierda tenemos dos recuadros que nos permiten configurar las opciones de esa pista.

Observemos los Parámetros del Instrumento:

• Se nos informa que está configurado General MIDI Device #4 [ 128:0 TiMidity port 0 ], es decir, que estamos utilizando el puerto 128:0 de timidity como dispositivo MIDI.
• Podemos seleccionar un canal para la pista seleccionada (por defecto está configurado el canal 3). Cada pista tiene que tener asociado un canal MIDI, aunque nadie impide que existan varias pistas asociadas al mismo canal MIDI.

Cada canal tendrá asociado un instrumento. Para ello, tendremos que seleccionar un instrumento dentro de un banco de sonidos:

• Es posible que el sintetizador disponga de varios bancos de sonidos, en ese caso seleccionaremos alguno de ellos. En el ejemplo, sólo está disponible General MIDI.
• Ahora, dentro de General MIDI escogeremos un programa (el nombre técnico de un instrumento). En el ejemplo, está seleccionado el instrumento 25: Acoustic Guitar (nylon), como ya habíamos visto anteriormente.

Es interesante recalcar que la única utilidad de tener bancos de sonidos es la de agrupar varios instrumentos bajo un mismo identificador. De ésta forma, para escoger un determinado instrumento, tendremos que dar un valor de dos coordenadas (x, y): por un lado el banco x, y por otro, el identificador de ese intrumento dentro de ese banco, y.

• Casilla de Verificación ‘Percusión’. En caso de que una pista se utilice para la percusión, no sería necesario indicar un instrumento, bastaría con marcar ésta casilla. Habitualmente el canal 10 se suele reservar para percusión.

El resto de parámetros se utilizan para añadir efectos de sonido al instrumento en cuestión:

• Pan: Es lo que conocemos como balance, podemos repartir el sonido entre los dos altavoces. Que sólo suene el izquierdo (0%), que suenen ambos (50%), o que sólo suene el derecho (100%). Se pueden utilizar valores intermedios.
• Sustain: Permite configurar el sustain (tiempo que sigue sonando una nota, aún habiendo recibido el evento NOTA_OFF).
• Chorus: Nivel del efecto de coro.
• Reverb: Nivel del efecto de eco.
• Expression: Según creo haber entendido, es el tiempo que se tarda en dar respuesta a un evento MIDI.

Una vez comprendidas todas éstas opciones, sólo queda insertar notas, cortar fragmentos, pegarlos en otro sitio, etc. La utilización del programa es bastante intuitiva. Haciendo doble clic sobre una fila del gráfico, podemos entrar en modo edición:

Aunque eso ya queda fuera del objetivo de éste post.

Editando una partitura con Rosegarden

Espero que ahora tengáis una perspectiva más amplia de las posibilidades que nos ofrece el protocolo MIDI

Enlaces de interés:

Página web oficial de Rosegarden

Cursillo de Introducción a la Informática Musical, por David García Garzon

MIDI en GNU/Linux (II)

Espero que todo el mundo tenga claro el significado de la palabra síntesis, en contraposición a análisis:

• Cuando realizamos un análisis, descomponemos un todo en sus partes. Probablemente con intención de estudiarlo con mayor profundidad, o para conocer su estructura. Ejemplo: análisis de sangre.
• Por el contrario, cuando realizamos una síntesis, estamos construyendo un todo a partir sus partes. Ejemplo: sangre sintética (creada en un laboratorio).

En un post posterior hablaremos con mayor profundidad sobre la síntesis de sonido. De momento, nos basta con saber que existe, y más o menos para qué sirve.

Pequeña introducción a la síntesis de sonido

Hasta ahora, el mundo MIDI funciona bastante bien de forma teórica. Pero al llevarlo a la práctica, nos damos cuenta de que falta lo más esencial: el sonido. Sabemos cómo tenemos que tocar las notas (tenemos la partitura), pero no tenemos (hasta el momento) forma de hacer sonar esa información musical que existe dentro del MIDI.

De ello se encargará el sintetizador. ¿Qué ingredientes necesitamos? Un sonido de ejemplo (sample), a partir del cual, utilizando unos determinados cálculos matemáticos, obtendremos los demás sonidos de la escala. Obviamente, de ésta forma se obtendrá un instrumento con una calidad muy pobre, pero más adelante veremos cómo se puede mejorar ésto.

Pues bien, en resumen: un sintetizador es un software (o hardware, como siempre) que, a partir de un conjunto de muestras de sonido pregrabadas, es capaz de generar cualquier tono de la escala de ese instrumento.

Es interesante remarcar que no es necesario tener una muestra de sonido por cada nota. Alterando la frecuencia de la onda sonora, es posible obtener nuevas notas. En otras palabras, a partir de un DO es posible obtener un DO# (un semitono por encima). Mediante un sencillo cálculo matemático, podemos saber cuál sería la frecuencia de un DO# en relación a un DO, y modificar el sonido del DO consecuentemente con dicho cálculo.

Bancos de Sonidos

Los sintetizadores suelen trabajar con más de un sample por instrumento. También suelen trabajar con varios instrumentos: piano, flauta, violín. Incluso no es raro que se utilicen varios tipos del mismo instrumento: piano tipo A, piano tipo B, etc.

¿Consecuencia? Es preciso tener una forma de organizar todos esos samples. Y esa forma se llama banco de sonido. Aunque no existe un estándar oficial, existe algún que otro estándar de facto para los bancos de sonidos. Posteriormente también se profundizará sobre éste tema.

La mayoría de sintetizadores actuales pueden configurarse con varios bancos de sonidos. ¡Incluso es posible crear instrumentos personalizados!

Timidity

Timidity es un sintetizador software GPL, disponible en los repositorios de Ubuntu. Se puede utilizar de múltiples formas, bien como servidor independiente, bien como servidor integrado con ALSA, bien como aplicación cliente (para reproducir un archivo directamente, o para generar un archivo mp3, ogg, flac… con el resultado de la ejecución).

Sin duda, la opción más interesante es como servidor integrado con ALSA. De esa forma, podemos utilizar otras aplicaciones que hagan uso del MIDI (como por ejemplo, un editor de partituras llamado rosegarden).

La instalación de timidity es muy sencilla con aptitude:

$ sudo aptitude install timidity

Para utilizar las características relativas al MIDI, es preciso tener cargados ciertos módulos del kernel. Añadid las siguientes líneas al /etc/modules para que se carguen cada vez que se encienda la máquina:

frodo@hobbiton:~/Desktop$ tail /etc/modules

# Soporte MIDI para utilizar timidity

snd-seq-device

snd-seq-midi

snd-seq-oss

snd-seq-midi-event 

snd-seq

En /etc/init.d hay un script llamado timidity, que inicializa correctamente timidity para utilizarlo como servidor en ALSA. Para que se cargue correctamente al inicio de la máquina, crearemos un enlace en el directorio /etc/rcX.d, en el que X representa el nivel de ejecución actual (podéis verlo con el comando runlevel, probablemente sea el nivel 2):

frodo@hobbiton:/etc/rc2.d$ runlevel

N 2

Crearemos un enlace para iniciar timidity:

frodo@hobbiton:$ sudo ln -s /etc/init.d/timidity /etc/rc2.d/S99timidity

Y otro para detener timidity:

frodo@hobbiton:$ sudo ln -s /etc/init.d/timidity /etc/rc2.d/K99timidity

Ambos enlaces enlazan al mismo script, que será llamado con diferentes parámetros: start en el primer caso, y stop en el segundo. La nomenclatura es la usada tradicionalmente en sistemas Debian.

Ahora bastaría con reiniciar la máquina para empezar a usar timidity.

Usando timidity

Una vez reiniciada la máquina, comprobamos si timidity está en ejecución:

frodo@hobbiton:~$ ps -A | grep timidity

9694 pts/2    00:00:10 timidity

Ahora deberíamos tener los puertos disponibles para usarlos con pmidi:

frodo@hobbiton:~$ pmidi -l

Port     Client name                       Port name

62:0     Midi Through                      Midi Through Port-0 

128:0     TiMidity                          TiMidity port 0 

128:1     TiMidity                          TiMidity port 1 

128:2     TiMidity                          TiMidity port 2 

128:3     TiMidity                          TiMidity port 3

¡Correcto! Ahora si ejecutamos un archivo midi de la forma:

$ pmidi -p 128:0 archivomidi.mid

Deberíamos ser capaces de escucharlo.

Configuración de timidity

timidity posee multitud de opciones (ver página de manual). Aquí únicamente mencionaremos que podemos configurar el banco de sonidos en el archivo de configuración /etc/timidity/timidity.cfg:

frodo@hobbiton:~$ tail /etc/timidity/timidity.cfg 

#opt EFdelay=d          #disable delay 

#opt no-anti-alias

#dsdf

# Disabling some of the Midi Controls can help with the CPU usage a lot. 

# The same goes to the VLPF, sample anti-aliasing and effects such as 

# reverb and chorus 

# By default, try to use the instrument patches from freepats: 

source /etc/timidity/freepats.cfg

La última línea indica el banco de sonidos a usar. Por defecto se utiliza freepats, que es un banco de sonidos libre en formato GUS (Gravis Ultrasound). También se puede utilizar el formato SoundFont, escribiendo una línea como la siguiente:

soundfont /home/frodo/ejemploSF.sf2

Utilizando aplicaciones MIDI

Ahora que timidity está perfectamente integrado en el sistema, podemos ejecutar aplicaciones que internamente utilizan MIDI. Por ejemplo, GNU Solfege (existe versión para Windows, por si está alguien interesado).

$ aptitude install solfege

GNU solfege es una aplicación educativa muy interesante, que se autodefine como “free ear training software”. Consiste en una serie de ejercicios musicales, para entrenar nuestro oído musical: dictados melódicos y rítmicos, intervalos melódicos y armónicos con inversiones, distinguir diferentes tipos de escalas, etc.

Ésta aplicación utiliza MIDI para ejecutar cada uno de los ejemplos, por lo que aprovecha las ventajas de éste protocolo para proporcionar una mayor interactividad con el usuario.

Para más información, ver su página web: http://www.solfege.org.