Page 46 - Fister jr., Iztok, and Andrej Brodnik (eds.). StuCoSReC. Proceedings of the 2016 3rd Student Computer Science Research Conference. Koper: University of Primorska Press, 2016
P. 46
atorjev. V zaˇcetku ˇsestdesetih let prejˇsnjega stoletja so Slika 1: Zasnovane klaviature MIDI.
se pojavili prvi zametki analognih sintetizatorjev zvoka. Ti
so bazirali na osnovi analognih elektronskih komponent in 2.1 Standard MIDI
so ˇzelen zvok generirali s sinusnim, pravokotnim, ˇzagastim
ali trikotnim generatorjem signala, kakor tudi pripadajoˇcimi Da naprava ustreza standardu MIDI, mora upoˇstevati nekaj
filtri ter generatorji ˇsuma. Predstavljali so odskoˇcno desko sistemskih zahtev. Vsak instrument, ki je zmoˇzen upravlja-
za razvoj naprednejˇsih, digitalnih sintetizatorjev, ki so se nja s standardom MIDI, mora imeti oddajnik in sprejemnik.
pojavili z razvojem mikroprocesorjev in digitalnih vezij. V Vmesnik mora delovati na asinhronski (serijski) povezavi s
tem ˇcasu se je pojavila ideja o digitalni sintezi zvoka in spo- hitrostjo 31.25 Kbit/s in prenaˇsa tri bajte podatkov, tj. sta-
znanju, da lahko veliko ˇstevilo dragih analognih komponent tusni bajt, podatkovni bajt 1 in podatkovni bajt 2 (tabela 1).
nadomestimo z raˇcunalniˇskim algoritmom. Ta lahko opi- Naj omenimo ˇse, da je iz poslanih podatkov za spremljavo
suje barvo, viˇsino, glasnost in trajanje zvoka digitalno. V zvoka moˇzno ustvarjati tudi osvetlitev in svetlobne efekte.
glasbeni srenji se poleg navedenih pojavljajo tudi nekoliko
zahtevnejˇsi opisi zvoka in not, kot so: Zaradi njegovega enostavnega principa sintetiziranja zvoka
in prenaˇsanja not ga lahko enostavno implementiramo na
• zavitost note (angl. pitch up, pitch down) - viˇsina note mikrokrmilnikih. Potrebno je poznati le nabor ukazov, ki so
se s ˇcasom spreminja, podani kot binarni zapisi ˇstevil, npr. zapis za aktivacijo in
deaktivacijo note v tabeli 1.
• transponiranje note - nota je zviˇsana ali zniˇzana za
doloˇceno viˇsino (npr. pol oktave) in 3. IZDELAVA KLAVIATUR MIDI
• zadrˇzevanje note (angl. sustain) - ohranjanje zvenenja Izdelave klaviatur smo se lotili z naˇcrtovanjem funkcij kla-
note, ˇcetudi tipka ni veˇc pritisnjena. viatur, ki so:
Da doseˇzemo zavitost note, je potrebno poleg klaviaturske • predvajanje (reprodukcija) osnovnih zvokov,
tipke pritisniti tudi tipko, ki spreminja zavitost note, npr.
navzgor. To pomeni, da mora uporabnik za doloˇcen ˇcas, • prenosljivost in avtonomija (baterijsko napajanje, vgra-
v katerem nota spreminja viˇsino navzgor drˇzati dve tipki. jen raˇcunalnik),
Enak princip velja tudi za transponiranje in zadrˇzevanje
note. Da ju vklopimo, je potrebno za doloˇcen ˇcas drˇzati • zanesljivo delovanje,
dve tipki, kar spretno zapisuje standard MIDI. Oktava je
razdalja med osmimi zaporednimi toni (npr. med prvim in • ˇcim enostavnejˇsa izvedba,
osmim tonom), pri ˇcemer ima vsak viˇsji ton dvakrat viˇsjo
frekvenco od niˇzjega tona. • nizka latenca (ˇcas med pritiskom na tipko in predva-
janjem zvoka) in
Pojav prvih digitalnih sintetizatorjev je zaradi manjˇsega ˇste-
vila elektronskih komponent omogoˇcal cenejˇsi pristop gene- • predvajanje zvoka naj bo opravljena v ohiˇsju klaviatur
riranja zvoka. A je poleg tega ta pristop omogoˇcal tudi (vgrajena naj bosta tudi ojaˇcevalec in zvoˇcnik).
manjˇso izbiro razliˇcnih tonov zvoka. Prav tako so se po-
javljale neˇzelene izgube pretvorbe iz analognega v digitalni Prva alineja, tj. reprodukcija osnovnih zvokov predstavlja
format (in obratno). Dandanes analogne generatorje uspe- zmoˇznost predvajanja zvokov klavirja, kitare in bobnov. Pre-
ˇsno zamenjujejo digitalni signalni procesorji (DSP) ter kon- nosljivost ter avtonomija baterije (ˇcas delovanja baterije, ka-
trolne ploˇsˇce s pripadajoˇcimi prikazovalniki, kakovost zvoka teri znaˇsa vsaj osem ur) omogoˇcata, da lahko uporabnik sin-
pa presega zmoˇznosti tedanjih sintetizatorjev. Slednje upo- tetizator uporablja tudi na koncertu. Tretja in ˇcetrta alineja
rabniku omogoˇcajo spreminjanje nastavitev v realnem ˇcasu sodelujeta z roko v roki, zato ˇzelimo sintetizator izdelati s
in izbiro razliˇcnih zvokov, kakor tudi sporoˇcajo informacijo ˇcim manj elementi, medtem ko se posledici pete alineje, tj.
o trenutnem stanju. Generiran signal je nato speljan do zakasnitve (angl. latency) ne moremo izogniti. Zadnja ali-
ojaˇcevalnika, ki signal ojaˇci in poˇslje do zvoˇcnika. neja podaja kompaktnost, oz. konˇcno obliko sintetizatorja.
Vzorˇcevalni sintetizatorji temeljijo na principu vnaprej shra-
njenih posnetkov doloˇcenih zvokov. Ko program ali naprava
zazna, da je bila pritisnjena tipka, jo nadomesti z zvokom, ki
je shranjen v pomnilniku. Po tej klasifikaciji uvrˇsˇcamo naˇse
klaviature MIDI med vzorˇcevalnike (samplerje), saj naprava
zvoka ne sintetizira, ampak le predvaja (slika 1). Zvoki so
vnaprej posneti vzorci glasbil ali glasov in so shranjeni v po-
mnilniku mikroraˇcunalnika Raspberry Pi 2 z naloˇzenim ope-
racijskim sistemom Raspbian. Kakovost reproduciranega
zvoka zato neposredno doloˇca kakovost posnetega vzorca,
kar je njihova najveˇcja slabost. Prednost vzorˇcevalnih sin-
tetizatorjev je v tem, da troˇsijo malo procesorske moˇci, saj
je za predvajanje potrebno le prenesti podatke iz zaˇcasnega
pomnilnika in jih povezati s pritisnjeno tipko.
StuCoSReC Proceedings of the 2016 3rd Student Computer Science Research Conference 46
Ljubljana, Slovenia, 12 October
se pojavili prvi zametki analognih sintetizatorjev zvoka. Ti
so bazirali na osnovi analognih elektronskih komponent in 2.1 Standard MIDI
so ˇzelen zvok generirali s sinusnim, pravokotnim, ˇzagastim
ali trikotnim generatorjem signala, kakor tudi pripadajoˇcimi Da naprava ustreza standardu MIDI, mora upoˇstevati nekaj
filtri ter generatorji ˇsuma. Predstavljali so odskoˇcno desko sistemskih zahtev. Vsak instrument, ki je zmoˇzen upravlja-
za razvoj naprednejˇsih, digitalnih sintetizatorjev, ki so se nja s standardom MIDI, mora imeti oddajnik in sprejemnik.
pojavili z razvojem mikroprocesorjev in digitalnih vezij. V Vmesnik mora delovati na asinhronski (serijski) povezavi s
tem ˇcasu se je pojavila ideja o digitalni sintezi zvoka in spo- hitrostjo 31.25 Kbit/s in prenaˇsa tri bajte podatkov, tj. sta-
znanju, da lahko veliko ˇstevilo dragih analognih komponent tusni bajt, podatkovni bajt 1 in podatkovni bajt 2 (tabela 1).
nadomestimo z raˇcunalniˇskim algoritmom. Ta lahko opi- Naj omenimo ˇse, da je iz poslanih podatkov za spremljavo
suje barvo, viˇsino, glasnost in trajanje zvoka digitalno. V zvoka moˇzno ustvarjati tudi osvetlitev in svetlobne efekte.
glasbeni srenji se poleg navedenih pojavljajo tudi nekoliko
zahtevnejˇsi opisi zvoka in not, kot so: Zaradi njegovega enostavnega principa sintetiziranja zvoka
in prenaˇsanja not ga lahko enostavno implementiramo na
• zavitost note (angl. pitch up, pitch down) - viˇsina note mikrokrmilnikih. Potrebno je poznati le nabor ukazov, ki so
se s ˇcasom spreminja, podani kot binarni zapisi ˇstevil, npr. zapis za aktivacijo in
deaktivacijo note v tabeli 1.
• transponiranje note - nota je zviˇsana ali zniˇzana za
doloˇceno viˇsino (npr. pol oktave) in 3. IZDELAVA KLAVIATUR MIDI
• zadrˇzevanje note (angl. sustain) - ohranjanje zvenenja Izdelave klaviatur smo se lotili z naˇcrtovanjem funkcij kla-
note, ˇcetudi tipka ni veˇc pritisnjena. viatur, ki so:
Da doseˇzemo zavitost note, je potrebno poleg klaviaturske • predvajanje (reprodukcija) osnovnih zvokov,
tipke pritisniti tudi tipko, ki spreminja zavitost note, npr.
navzgor. To pomeni, da mora uporabnik za doloˇcen ˇcas, • prenosljivost in avtonomija (baterijsko napajanje, vgra-
v katerem nota spreminja viˇsino navzgor drˇzati dve tipki. jen raˇcunalnik),
Enak princip velja tudi za transponiranje in zadrˇzevanje
note. Da ju vklopimo, je potrebno za doloˇcen ˇcas drˇzati • zanesljivo delovanje,
dve tipki, kar spretno zapisuje standard MIDI. Oktava je
razdalja med osmimi zaporednimi toni (npr. med prvim in • ˇcim enostavnejˇsa izvedba,
osmim tonom), pri ˇcemer ima vsak viˇsji ton dvakrat viˇsjo
frekvenco od niˇzjega tona. • nizka latenca (ˇcas med pritiskom na tipko in predva-
janjem zvoka) in
Pojav prvih digitalnih sintetizatorjev je zaradi manjˇsega ˇste-
vila elektronskih komponent omogoˇcal cenejˇsi pristop gene- • predvajanje zvoka naj bo opravljena v ohiˇsju klaviatur
riranja zvoka. A je poleg tega ta pristop omogoˇcal tudi (vgrajena naj bosta tudi ojaˇcevalec in zvoˇcnik).
manjˇso izbiro razliˇcnih tonov zvoka. Prav tako so se po-
javljale neˇzelene izgube pretvorbe iz analognega v digitalni Prva alineja, tj. reprodukcija osnovnih zvokov predstavlja
format (in obratno). Dandanes analogne generatorje uspe- zmoˇznost predvajanja zvokov klavirja, kitare in bobnov. Pre-
ˇsno zamenjujejo digitalni signalni procesorji (DSP) ter kon- nosljivost ter avtonomija baterije (ˇcas delovanja baterije, ka-
trolne ploˇsˇce s pripadajoˇcimi prikazovalniki, kakovost zvoka teri znaˇsa vsaj osem ur) omogoˇcata, da lahko uporabnik sin-
pa presega zmoˇznosti tedanjih sintetizatorjev. Slednje upo- tetizator uporablja tudi na koncertu. Tretja in ˇcetrta alineja
rabniku omogoˇcajo spreminjanje nastavitev v realnem ˇcasu sodelujeta z roko v roki, zato ˇzelimo sintetizator izdelati s
in izbiro razliˇcnih zvokov, kakor tudi sporoˇcajo informacijo ˇcim manj elementi, medtem ko se posledici pete alineje, tj.
o trenutnem stanju. Generiran signal je nato speljan do zakasnitve (angl. latency) ne moremo izogniti. Zadnja ali-
ojaˇcevalnika, ki signal ojaˇci in poˇslje do zvoˇcnika. neja podaja kompaktnost, oz. konˇcno obliko sintetizatorja.
Vzorˇcevalni sintetizatorji temeljijo na principu vnaprej shra-
njenih posnetkov doloˇcenih zvokov. Ko program ali naprava
zazna, da je bila pritisnjena tipka, jo nadomesti z zvokom, ki
je shranjen v pomnilniku. Po tej klasifikaciji uvrˇsˇcamo naˇse
klaviature MIDI med vzorˇcevalnike (samplerje), saj naprava
zvoka ne sintetizira, ampak le predvaja (slika 1). Zvoki so
vnaprej posneti vzorci glasbil ali glasov in so shranjeni v po-
mnilniku mikroraˇcunalnika Raspberry Pi 2 z naloˇzenim ope-
racijskim sistemom Raspbian. Kakovost reproduciranega
zvoka zato neposredno doloˇca kakovost posnetega vzorca,
kar je njihova najveˇcja slabost. Prednost vzorˇcevalnih sin-
tetizatorjev je v tem, da troˇsijo malo procesorske moˇci, saj
je za predvajanje potrebno le prenesti podatke iz zaˇcasnega
pomnilnika in jih povezati s pritisnjeno tipko.
StuCoSReC Proceedings of the 2016 3rd Student Computer Science Research Conference 46
Ljubljana, Slovenia, 12 October
