diseño y construcción de controlador midi para violín nicolás octavio
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE CONTROLADOR MIDI PARA VIOLÍN
NICOLÁS OCTAVIO BARRERA AMAYA
DIEGO ALBERTO RODRÍGUEZ VARGAS
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
INGENIERÍA DE SONIDO
BOGOTÁ
2011
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE CONTROLADOR MIDI PARA VIOLÍN
NICOLÁS OCTAVIO BARRERA AMAYA
DIEGO ALBERTO RODRÍGUEZ VARGAS
PROYECTO DE GRADO
JURADOS:
RAÚL RINCÓN FLORES
CARLOS VARGAS GALLO
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
INGENIERÍA DE SONIDO
BOGOTÁ
2011
Nota de aceptación:
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_________________________________
Firma del Jurado
__________________________________
Firma del jurado
Bogotá, Mayo de 2011
3
AGRADECIMIENTOS
A mis padres, que han sido el apoyo y la base de todo paso que se me permitió dar
hasta el día de hoy; a mis hermanos, a Laura Rúa y a mi familia en general.
Diego Rodríguez.
Gracias a toda mi familia por el apoyo incondicional y por la colaboración en esta
etapa de mi vida, a si mismo, a todos los que ayudaron a que esto fuera posible.
Nicolás Barrera.
4
Contenido
1.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..................................................................................... 12
1.1.
ANTECEDENTES (ESTADO DEL ARTE) ......................................................................... 12
1.2
DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ...................................................... 15
1.3
JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................ 15
1.4
OBJETIVOS .................................................................................................................. 16
1.4.1
Objetivo general: ................................................................................................ 16
1.4.2
Objetivos específicos:......................................................................................... 16
1.5
ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO.............................................................. 16
1.5.1 Alcances ..................................................................................................................... 16
1.5.2 Limitaciones ............................................................................................................... 16
2.
METODOLOGÍA ................................................................................................................... 17
2.1.
ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN .............................................................................. 17
3. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB / SUB-LÍNEA DE FACULTAD / CAMPO TEMÁTICO DEL
PROGRAMA ................................................................................................................................ 17
3.1 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB .................................................................................... 17
3.2 SUB-LÍNEA DE FACULTAD .................................................................................................. 17
3.3 CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA ................................................................................ 17
3.4 HIPÓTESIS .......................................................................................................................... 17
4.
MARCO DE REFERENCIA ..................................................................................................... 18
4.1.
MARCO TEÓRICO – CONCEPTUAL .............................................................................. 18
4.1.1
INSTRUMENTOS DE CUERDA FROTADA ............................................................ 18
4.1.2
VIOLÍN ................................................................................................................. 18
4.1.2.1
PARTES DE VIOLÍN .............................................................................................. 19
4.1.3
UNIVERSAL SERIAL BUS ...................................................................................... 20
4.1.4
SINTETIZADOR .................................................................................................... 22
4.1.5
SECUENCIADOR .................................................................................................. 22
4.1.6
SAMPLING ........................................................................................................... 22
4.1.7
MIDI .................................................................................................................... 23
4.1.7.1
TRANSMISIÓN DE DATOS ................................................................................... 23
4.1.7.2
CONECTORES MIDI ............................................................................................. 24
4.1.7.3
MIDI OUT ............................................................................................................ 25
4.1.7.4
MIDI IN ................................................................................................................ 25
5
5
4.1.7.5
MIDI THRU .......................................................................................................... 25
4.1.7.7
MODOS MIDI ...................................................................................................... 26
4.1.7.8
MENSAJES MIDI .................................................................................................. 26
4.1.7.8.1
BYTE DE ESTADO............................................................................................. 27
4.1.7.8.2
BYTE DE DATOS............................................................................................... 27
4.1.7.8.3
MENSAJES DE CANAL...................................................................................... 28
4.1.7.8.4
ACTIVACIÓN DE NOTA .................................................................................... 28
4.1.7.8.5
DESACTIVACIÓN DE NOTA ............................................................................. 28
4.1.8
LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN......................................................................... 29
4.1.9
LENGUAJE C++ .................................................................................................... 29
4.1.10
PIC MICROCONTROLADOR ................................................................................. 30
4.1.11
PIC 16F877A ........................................................................................................ 30
4.1.12
RESISTENCIA ....................................................................................................... 31
4.1.13
RESISTENCIA VARIABLE ...................................................................................... 31
4.1.14
SOFTPOT ............................................................................................................. 32
4.1.15
FLEXIFORCE ......................................................................................................... 34
DESARROLLO INGENIERIL ................................................................................................... 36
5.1
DESARROLLO DEL DISPOSITIVO FÍSICO...................................................................... 36
5.1.2
5.2
6
7
No temperación .................................................................................................. 39
CONSTRUCCIÓN .......................................................................................................... 40
5.2.1
NOTAS MIDI VS MÁSTIL ..................................................................................... 40
5.2.2
VELOCITY VS PRESIÓN EN EL ARCO.................................................................... 43
5.2.3
“NOTE ON” Vs FROTACIÓN DE CUERDAS .......................................................... 44
5.3
INTERVENCIÓN DEL VIOLÍN ........................................................................................ 47
5.4
PROGRAMACIÓN ........................................................................................................ 51
5.5
CIRCUITO..................................................................................................................... 55
5.6
ADAPTACIÓN INTERFAZ USB ...................................................................................... 58
5.7
FUNCIONES ADICIONALES DEL ARCO ........................................................................ 62
5.8
MEDICIÓN DE LATENCIA ............................................................................................ 63
PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS .................................................................... 66
6.1
PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO ................................................................................. 66
6.2
PRUEBAS CON VIOLINISTAS ....................................................................................... 67
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................................ 70
6
8
7.1
CONCLUSIONES........................................................................................................... 70
7.2
RECOMENDACIONES .................................................................................................. 72
BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................... 73
ANEXO A: Datasheet del SoftPot ................................................................................................ 74
ANEXO B: Datasheet del Flexiforce ............................................................................................. 75
ANEXO C: CODIGO DE PROGRAMACION EN LENGUAJE C .......................................................... 76
ANEXO D: Encuesta de Funcionamiento del Controlador MIDI para Violín. .............................. 82
ANEXO E: Modelo en 3D del Controlador MIDI para Violín ........................................................ 83
ANEXO F: Controlador MIDI para Violín Acotado ....................................................................... 86
ANEXO G: Controlador MIDI para Violín Acotado ...................................................................... 87
7
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Synthaxe y Octopad ..................................................................................................... 13
Figura 2 Eigenharp ...................................................................................................................... 14
Figura 3 Violín ............................................................................................................................. 19
Figura 4 Partes del Violín ............................................................................................................ 20
Figura 5 Conectores USB ............................................................................................................. 21
Figura 6 Conector DIN-5.............................................................................................................. 24
Figura 7. Tipos conectores MIDI ................................................................................................. 25
Figura 8. Status Byte ................................................................................................................... 27
Figura 9. Data Byte ...................................................................................................................... 27
Figura 10. Resistencia ................................................................................................................. 31
Figura 11. Resistencia variable .................................................................................................... 31
Figura 12. Softpot........................................................................................................................ 32
Figura 13. Funcionamiento Softpot ............................................................................................ 32
Figura 14. Resistencia Vs. Distancia ............................................................................................ 33
Figura 15. Flexiforce .................................................................................................................... 34
Figura 16. Resistencia Flexiforce ................................................................................................. 35
Figura 17. Nota Vs. Distancia ...................................................................................................... 37
Figura 18. ADSR Muestra violín................................................................................................... 38
Figura 19. ADSR Violín ................................................................................................................. 38
Figura 20. Resistencia Medición Softpot .................................................................................... 42
Figura 21. Arco Violín .................................................................................................................. 44
Figura 22. Sistema Pulsadores .................................................................................................... 45
Figura 23. Pulsadores .................................................................................................................. 45
Figura 24. Sistema Pulsadores Violín .......................................................................................... 46
Figura 25. Sistema Pulsadores Vs. Violín .................................................................................... 46
Figura 26. Mastil Original ............................................................................................................ 48
Figura 27. Mastil Modificado ...................................................................................................... 48
Figura 28. Modificacion Violin .................................................................................................... 49
Figura 29. Titinilio........................................................................................................................ 50
Figura 30. Puerto USB Violin ....................................................................................................... 50
Figura 31. Programación Pulsador .............................................................................................. 51
Figura 32. Programación Velocity ............................................................................................... 52
Figura 33. Programación Nota .................................................................................................... 53
Figura 34. Programación Conversión Nota ................................................................................. 53
Figura 35. Programación envió datos ......................................................................................... 54
Figura 36. Programación Diagrama de Flujo ............................................................................... 55
Figura 37. Circuito Protoboard.................................................................................................... 55
Figura 38. Montaje ISIS ............................................................................................................... 56
Figura 39. Protoboard ................................................................................................................. 57
Figura 40. Circuito Final .............................................................................................................. 57
Figura 41. Esquemático USB
................................................................................................. 58
8
Figura 42. Interfaz USB................................................................................................................ 59
Figura 43. Conector MIDI ............................................................................................................ 59
Figura 44. Conector MIDI Final ................................................................................................... 60
Figura 45. Cambio conectores USB ............................................................................................. 60
Figura 46. Alimentación Circuito ................................................................................................. 61
Figura 47. Interfaz MIDI USB ....................................................................................................... 62
Figura 48. Arco ............................................................................................................................ 63
Figura 49. Equipos medición latencia ......................................................................................... 64
Figura 50. Medición latencia Protools ........................................................................................ 65
Figura 51. Sesión Kontakt ........................................................................................................... 66
9
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Características Protocolo USB. ....................................................................................... 21
Tabla 2 Pines USB ........................................................................................................................ 21
Tabla 3. Canales MIDI.................................................................................................................. 26
Tabla 4. Modos MIDI ................................................................................................................... 26
Tabla 5. Características PIC 16F877A .......................................................................................... 30
Tabla 6. Características Softpot .................................................................................................. 33
Tabla 7. Características Flexiforce............................................................................................... 35
Tabla 8. Análisis Nota Vs. Distancia Violín .................................................................................. 36
Tabla 9. Medición Softpot ........................................................................................................... 41
Tabla 10. Pines USB ..................................................................................................................... 61
Tabla 11. Resultado Encuestas.................................................................................................... 68
10
INTRODUCCIÓN
Desde la invención del protocolo de comunicación MIDI, la producción musical ha
avanzado a grandes saltos, permitiendo por medio de este controlar parámetros
esenciales para la interpretación artística, y su vez estableciendo vínculos entre
dispositivos de hardware como los controladores y software especializados en
sampling de instrumentos.
Así mismo, la industria musical-electrónica se ha dedicado exclusivamente al desarrollo
de instrumentos o controladores MIDI de temperación fija, tales como el piano o la
guitarra, dada la facilidad de construcción y ejecución de estos. La música occidental a
pesar de ser en su mayoría temperada, no excluye a instrumentos tan importantes
como los instrumentos de cuerda frotada, cuya característica principal es su no
temperación.
Ya que la industria musical se encuentra en continua expansión y desarrollo, requiere
cada vez más opciones para seguir estando presente de una forma auténtica, y dentro
de dichas opciones se encuentra la necesidad de disponer de nuevos instrumentos que
permitan innovar la forma en la que se interpreta la música y a su vez la forma en la
que esta se transmiten visualmente en un escenario.
De igual manera, un inconveniente bien conocido dentro de los estudios de grabación
y centros afines a la producción musical, es no contar siempre con instrumentos de la
mejor calidad, así como espacios acústicos adecuados y equipos de captura de gama
alta, todo esto debido a su alto costo. Es así como se han creado alternativas que
solucionan tales problemas, pues hay compañías que se dedican a capturar muestras
de sonido de alta calidad, utilizando la mejor cadena de elementos, que van desde un
Violín de altas prestaciones, hasta las mejores consolas para capturar de manera
precisa su contenido acústico.
Conociendo la existencia de las necesidades previamente mencionadas, es casi que
indispensable la creación de un dispositivo que permita emular las condiciones de
interpretación de un instrumento de cuerda frotada, cuya estética y funcionamiento
aporten presencia e innovación a una puesta en escena y por último permita controlar
y manipular un software de muestreo dedicado al violín principalmente, pero que a su
vez sea capaz de controlar cualquier sintetizador o dispositivo que reciba el protocolo
MIDI dentro de su funcionamiento.
Este proyecto tiene como fin diseñar y construir un controlador MIDI para violín, que
aporte una solución a todos los problemas que se mencionan anteriormente.
11
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1.
ANTECEDENTES (ESTADO DEL ARTE)
Aún cuando los primeros sintetizadores se construyeron en los años 20, no fue sino
hasta la década de los 60 que éstos empezaron a popularizarse, y hasta los 70’s fueron
realmente comercializados por compañías como Yamaha y Roland. En 1978, gracias a
la llegada de la tecnología digital, fue inventado el primer sintetizador que implementó
esta tecnología, siendo capaz de emular instrumentos acústicos tales como el piano y
la guitarra. Debido al gran auge que tuvieron estos dispositivos, se empezó a crear la
necesidad de intercomunicación entre ellos, y así poder reproducir en un sintetizador
lo que se ejecutaba en otro. Diferentes compañías tenían sus propias formas de
controlar los parámetros de cada instrumento; como definir que cada voltio (V) definía
el numero de octava, o incluso Yamaha propuso su propia interfaz de funcionamiento
(Yamaha’s Keycode).
En 1981, Dave Smith presenta ante la AES (Audio Engineering Society) un documento
que describía una posible solución a los problemas de intercomunicación ente los
sintetizadores, en el cual se describía un protocolo denominado MIDI (Musical
Instrument Digital Interface). Fue aceptado y en 1983 fue publicada la especificación
MIDI 1.0. A raíz de esto, se hizo posible controlar el sonido de un sintetizador, desde
los sensores y teclas de otro; aparece el término de “Controlador MIDI”.
En 1986 Bill Aitken inventa el SynthAxe, Controlador MIDI con aspecto de guitarra lo
cual implica un gran avance en los instrumentos MIDI, por que inicia la era de
emulación de dispositivos reales específicos, así mismo como el “Octo-Pad” de la
empresa Roland, que funciona emulando instrumentos de percusión. Estos dos
grandes avances dan inicio a la búsqueda de la forma en la cual la brecha que existe
entre el mundo acústico y el mundo digital se haga cada vez las pequeña, esto para
permitir que en un futuro se realice cualquier tipo de instrumento en su forma MIDI.
En el año 2000, la compañía Zeta Systems construye un dispositivo llamado “Synthony
MIDI”, el cual consistía en un transductor acústico-digital que recibía las señales
acústicas de un violín de la misma compañía, y las convertía en señales MIDI que eran
reproducidas por un sintetizador. Gracias a este dispositivo se hace posible el tener un
instrumento acústico e intervenirlo sin dañar estas características para que funcione
con el protocolo MIDI.
La misma compañía, 6 años después desarrolla en K-bow; un dispositivo que se acopla
con el arco de un violín y recibe parámetros como la presión y la velocidad con las que
se ejecuta el instrumento, y envía de forma inalámbrica señales digitales a una interfaz
conectada a un software, el cual controla un sintetizador.
12
Figura 1 Synthaxe y Octopad
Fuente [online]: http://tokyo-fusion-night.cocolog-nifty.com/image/blog_image/synthaxe.jpg http://www.dmaudio.co.uk/img/octapad2.jpg
En el año 2007 en la Universidad de San Buenaventura, el estudiante Ricardo Andrés
Moreno Viasus desarrollo exitosamente el proyecto de grado “Diseño y Construcción
de una Flauta Controladora MIDI”, la cual era capaz de diferenciar la presión ejercida
por el viento en la boquilla del instrumento. Gracias a la elaboración de la Flauta MIDI
como proyecto de la Universidad se abre el camino a experimentar con instrumentos
poco típicos en el mundo de los controladores MIDI, para construirlos e innovar en el
mercado.
En el 2008 en la misma institución educativa el estudiante Andrés Ripe Rodríguez lleva
a cabo el proyecto de grado “Dispositivo Conversor de Nota Musical a Nota MIDI para
Bajo Eléctrico”, que funciona como detector de frecuencia y lo convierte a voltaje, que
finalmente es transformado en señales MIDI. Aunque este proyecto solo cuenta con la
programación y no un dispositivo físico, es un gran avance en la implementación de
instrumentos híbridos Acústicos-MIDI.
En Agosto del 2009, la compañía Eigenlabs presentó un innovador controlador que
venía desarrollando desde el 2001 llamado “Eigenharp”; éste funciona mediante
sensores de presión, los cuales, en conjunto actúan como un secuenciador. Así mismo
posee una boquilla para interpretar instrumentos de viento, y controladores que
pueden ser frotados.
13
Figura 2 Eigenharp
Fuente [online]: http://www.clusterflock.org/wp-content/uploads/2009/10/eigenharp323x580.jpg
14
1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
Los controladores MIDI ofrecen a los Músicos e Ingenieros de Grabación la posibilidad
de capturar información que puede ser modificada y editada sin mucho problema,
caso muy diferente al del audio. Así mismo no se cuenta con un dispositivo que emule
las características propias de un instrumento de cuerda frotada.
¿Cómo mejoraría la experiencia de un Músico o un Ingeniero de Grabación si contara
con un controlador MIDI para instrumentos de cuerda frotada?
1.3 JUSTIFICACIÓN
Gracias a las ventajas que ofrecen programas de producción musical, en especial
aquellos especializados en librerías de sampling, los estudios o usuarios a nivel
mundial prefieren éstos en lugar de un instrumento real, ya que se tiene la opción de
elegir el tipo de instrumento y su calidad, la forma de tocarlo además del ambiente o
recinto en que se reproduce. La forma de comunicación o ejecución de este tipo de
programas más eficiente se halla en los controladores, siendo en su mayoría
instrumentos tipo teclado o percutidos, por el cual violín o instrumento de cuerda
frotada pretende ser una alternativa para la adecuada ejecución de dichos
instrumentos, debido a que éste tiene unas características exclusivas que no pueden
ser encontradas en un teclado o cualquier controlador que emule un instrumento
temperado.
15
1.4 OBJETIVOS
1.4.1 Objetivo general:
•
Diseñar y Construir un Controlador MIDI para Violín
1.4.2 Objetivos específicos:
•
Analizar los diferentes parámetros de instrumentos de cuerda frotada a tener
en cuenta para el diseño del controlador.
•
Diseñar un algoritmo basado en C que permita la emulación por medio de MIDI
la ejecución de un violín.
•
Diseñar un sistema con conexión USB alimentador de voltaje y a su vez actúe
como interfaz MIDI.
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO
1.5.1 Alcances
El Controlador MIDI para Violín, podría ser muy útil para grabaciones y prácticas
musicales que no poseen presupuesto suficiente para obtener un violín de buena
calidad.
También, si se logra a cabalidad, podrá diseñarse un controlador para otros
instrumentos de cuerda frotada, tales como un Cello, una Viola, etc.
Así mismo, a nivel comercial sería un producto novedoso, con una gran proyección en
el mercado internacional, dada la ausencia de un dispositivo como este en el mundo.
1.5.2 Limitaciones
La principal limitación del proyecto es la dificultad de encontrar ciertos sensores
electrónicos que se acomoden a las medidas específicas de un Violín comercial, ya que
fabricarlos de forma personalizada es bastante costoso para un proyecto de pregrado.
16
2. METODOLOGÍA
2.1.
ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN
El enfoque apropiado para el presente proyecto es el Empírico-analítico, ya que su
principal interés es la aplicación técnica de métodos de investigación que permitan
hallar nuevas formas de ingeniería, comprobables de manera práctica, y a su vez
puedan ser interpretadas.
3. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB / SUB-LÍNEA DE FACULTAD / CAMPO
TEMÁTICO DEL PROGRAMA
3.1 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB
La Línea institucional adecuada para el proyecto es TECNOLOGÍAS ACTUALES Y
SOCIEDAD, pues ya es sabido que la utilización de nuevas tecnologías permite ofrecer a
las comunidades soluciones diversas a necesidades creadas en su entorno.
3.2 SUB-LÍNEA DE FACULTAD
Sub-línea de facultad: PROCESAMIENTO DE SEÑALES.
Por medio de esta sub-línea se interpreta cierta cantidad de información, se integra
dentro de un mismo sistema para ser procesada y se envía a ciertos dispositivos, con el
fin de controlar diversos parámetros dentro de éstos.
3.3 CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA
Campo temático del programa: DISEÑO DE SISTEMAS DE SONIDO.
Por medio de la creación e implementación de nuevas tecnologías se pretende
desarrollar un dispositivo innovador, dentro de un mercado que actualmente enfrenta
necesidades y busca soluciones vanguardistas constantemente.
3.4 HIPÓTESIS
Mediante la comprensión de las diferentes características de los instrumentos de
cuerda frotada y el desarrollo de un sistema que conste de un dispositivo físico y un
algoritmo matemático que sea capaz de generar e interpretar las variables de
ejecución, será posible desarrollar un proceso de conversión análoga digital que haga
viable la transmisión de datos propios del protocolo MIDI.
17
4. MARCO DE REFERENCIA
4.1.
MARCO TEÓRICO – CONCEPTUAL
4.1.1 INSTRUMENTOS DE CUERDA FROTADA
En este tipo de instrumentos, la cuerda vibra al ser frotada con un arco. Éste se desliza
sobre las cuerdas para hacerlas vibrar. Estos tienen especial relevancia en las
orquestas porque permiten producir los timbres más matizados y suaves. Son
instrumentos melódicos o lineales, lo que significan que producen un sonido
determinado, es decir, una nota simple. Además, si el arco pasa por dos o más cuerdas
al mismo tiempo se pueden conseguir acordes.
4.1.2 VIOLÍN
El violín es un instrumento de cuerda frotada que consta de cuatro cuerdas, que están
afinadas por intervalos de quintas; el decir: G4, D5, A5 y E6, referenciados a 440Hz,
aunque para orquestas y agrupaciones se afina con 442Hz como frecuencia de
referencia, ya que factores como la temperatura y el aflojamiento de las cuerdas
tienden a desafinar el instrumento.
Este instrumento se caracteriza por poseer una forma abombada y una silueta que
podría definirse como un ovalo que tiene un estrechamiento en forma de C; así como
la ausencia de trastes, lo cual lo convierte en un instrumento nada sencillo de
interpretar.
En cuanto a tamaño, es el más pequeño de la familia de instrumentos de cuerda
clásicos, donde están la Viola, el Violonchelo y el Contrabajo. El violín más utilizado por
los adultos es de tamaño 4/4, cuya longitud total es de 35.5 cm, y su ancho es de 20
cm como máximo; y existen violines destinados a jóvenes y niños de los tamaños ¾,
2/4, y ¼.
18
Figura 3 Violín
Fuente [online]: http://robersonsmusic.com/wpcontent/uploads/2010/10/transitional_violin.jpg
Las partituras para Violinistas siempre son escritas en Clave de Sol, la cual era conocida
anteriormente como “clave de Violín”.
4.1.2.1 PARTES DE VIOLÍN
A simple vista la caja de resonancia es la principal parte y la que más resalta dentro del
violín, la cual se compone de elegantes formas. Dicha caja está construida con dos
tablas, la tabla armónica y la tabla del fondo, esta última generalmente hecha con
madera de arce. Las cubiertas laterales o aros, y la tabla armónica está construida de
madera de abeto blanco o rojo.
Entre las dos tapas se encuentra una barra cilíndrica de madera llamada alma, que
cumple la función de tener tensadas estas tablas y aportar rigidez al sistema.
Cabe mencionar el mástil, el puente, las cuerdas y el arco entre las partes más
importantes de este instrumento.
19
Figura 4 Partes del Violín
Fuente [online]: http://sinalefa2.files.wordpress.com/2009/03/partes-del-violin-esp1.jpg
4.1.3 UNIVERSAL SERIAL BUS
Mejor conocido por sus siglas USB, es un estándar y protocolo diseñado para la
comunicación entre dispositivos electrónicos.
Fue inventado y distribuido por Intel y un grupo de empresas en respuesta al problema
de mayor facilidad en el sistema Plug-And-Play, antes de la invención de este
protocolo, cada vez que se quería conectar un nuevo dispositivo o interfaz a un
computador, era necesario el apagado y conexionado de este.
La respuesta la encontró el ingeniero de Intel Ajay Bhatt, quien tuvo la idea de tener
un puerto estandarizado que permitiera conectar y desconectar dispositivos casi que
en tiempo real.
Una de las grandes ventajas que posee este protocolo es que, a diferencia de sus
predecesores, este puede suplir el voltaje necesario para el funcionamiento de los
periféricos.
Los dispositivos pueden conectarse en cascada nivel 5, permitiendo el conexionado de
hasta 127 dispositivos a la vez.
20
Tabla 1 Características Protocolo USB.
Características
Longitud
5 m(máximo)
Ancho
11.5 mm
Alto
4.5 mm
Conexionado en caliente Si
Cables
4 Cables
Señal
5 voltios DC
Max Voltaje
5 Volt.
Max. Corriente
500-900 mA
1.5 - 480
Transmisión datos
Mb/s
Este protocolo posee una serie de conectores únicos para el mismo y una definición de
pines descrita en seguida.
Tabla 2 Pines USB
Pin
1
2
3
4
Nombre
VCC
DD+
GND
Color
Rojo
Blanco
Verde
Negro
Descripción
VCC + V5
Datos Datos +
Tierra
Figura 5 Conectores USB
Fuente [online]: http://pinouts.ru/connectors/usb_a_b_male.gif
21
4.1.4 SINTETIZADOR
Instrumento musical electrónico diseñado para producir sonido generado
artificialmente, usando técnicas como síntesis aditiva, substractiva, de modulación de
frecuencia, de modelado físico, modulación de fase o secuenciación, para crear
sonidos.
El sintetizador crea sonidos mediante manipulación directa de corrientes eléctricas
(como los sintetizadores analógicos), mediante la manipulación de una onda FM digital
(sintetizadores digitales), manipulación de valores discretos usando ordenadores
(sintetizadores basados en software), o combinando cualquier método.
En la fase final del sintetizador, las corrientes eléctricas se usan para producir
vibraciones en altavoces, auriculares, etc.
Este sonido sintético se distingue de la grabación de sonido natural, donde la energía
mecánica de una onda de sonido se transforma en una señal que más tarde se
convertirá de nuevo en energía mecánica durante su reproducción.
4.1.5 SECUENCIADOR
Un secuenciador es un dispositivo electrónico físico o una aplicación informática que
permite programar y reproducir eventos musicales de forma secuencial mediante una
interfaz de control físico o lógico conectado a uno o más instrumentos musicales
electrónicos. El interfaz de control más extendido es el estándar MIDI.
Un tipo de secuenciador digital muy conocido es el desarrollador por la empresa
Native Intruments; Kontakt el que tiene una gran librería de instrumentos que varían
desde violines y baterías hasta famosos sintetizadores a través de la historia.
4.1.6 SAMPLING
Se conoce como Sampling al acto de tomar una porción (simple) de una grabación
sonora y utilizarla como un instrumento o sonido evocando un evento. Su gran acogida
actual se debe al nacimiento en 1970 del hip hop, música que basaba toda su parte
instrumental en sonido generados por computador o que era previamente grabados y
convertidos en samplers.
En la actualidad existen varios métodos de sampling o sampleo, algunos de ellos como
los loops, o secuencias que permiten construir canciones enteras, pero sin duda el
22
método de sampleo más popular es el de instrumentos musicales como librerías. Estos
consisten en capturar cada nota e interpretación posible de un tipo de instrumentos,
para eso se utiliza lo mejor en cada paso; un instrumento de alta calidad, micrófonos y
equipos electrónicos de altas prestaciones y finalmente un entorno acústico adecuado
para lograr el mejor sonido posible. Todo se compila en una sola librería y se
distribuye a un precio muy bajo comparado con lo que costó la grabación inicial, Esto
permite al usuario promedio tener acceso a sonidos que de otra forma sería muy difícil
conseguir.
4.1.7 MIDI
Por sus siglas en ingles “Musical Instrument Digital Interface”, es un protocolo de
comunicación estandarizado por la industria que permite el intercambio de datos, ya
sea comunicación o sincronización entre dispositivos tales como computadores,
sintetizadores, secuenciadores y controladores. Este no transmite ninguna clase de
audio, solo envía mensajes codificados acerca del evento tocado en el momento.
Como protocolo electrónico es sumamente exitoso, ya que fue introducido en 1982 y
en la actualidad se sigue usando de forma constante cada vez en más tipos de
aplicación.
Todos los dispositivos ya sean instrumentos, controladores o software que son
compatibles con el protocolo MIDI siguen la especificación MIDI 1.0, por lo que pueden
interpretar cualquier mensaje enviado por otro dispositivo, esto permite la fácil
composición y sincronización de muchos módulos , enviando información desde un
solo dispositivo.
4.1.7.1 TRANSMISIÓN DE DATOS
La transferencia de información define diversos tipos de datos como números que
pueden corresponder a notas particulares, números de patches de sintetizadores o
valores de controladores. Gracias a esta simplicidad, los datos pueden ser
interpretados de diversas maneras y utilizados con fines diferentes a la música. El
protocolo incluye especificaciones complementarias de hardware y software.
El protocolo MIDI envía múltiples mensajes de manera serial en forma de bytes de 10
bits, de los cuales el primero y el último se usan para indicar que se empieza y se
finaliza el mensaje, por lo que finalmente quedan 8 bits, lo que permite una resolución
23
de 256 posibilidades, que es dividida según el tipo de mensajes a enviar. Por ejemplo el
número de notas es definido por 7bits que equivale a 128 notas diferentes al igual que
el velocity o dinámica del instrumento.
La velocidad de transferencia es de 31.25 Kbps de formal serial y asincrónica.
4.1.7.2 CONECTORES MIDI
Figura 6 Conector DIN-5
El Protocolo MIDI usa conectores DIN-5 con disposición de 180°, de los 5 pines solo
son usados 3, esto se debe a que inicialmente se pretendía extender el protocolo,
pero debido a su gran estabilidad que decidió dejarlo tal y como estaba.
Los pines dentro del conector esta dispuestos de la siguiente forma:
1.
2.
3.
4.
5.
No es usado.
Protección.
No es usado.
Tierra.
Transmisión MIDI.
Existen tres tipos de conectores MIDI
24
Figura 7. Tipos conectores MIDI
Fuente [online]: http://www.burakmisket.com/resimler/MidiSock.gif
4.1.7.3 MIDI OUT
Este puesto envía todos los eventos MIDI que son interpretados y codificados de forma
correcta por el dispositivo, la mayoría de los controladores caseros actuales conservan
este puerto. Ya que los otros pueden ser reemplazados por el protocolo USB.
4.1.7.4 MIDI IN
Este puerto recibe la información que es enviada desde otro dispositivo, y la envía al
procesador del modulo, el cual decodifica los datos y los convierte en eventos reales.
4.1.7.5 MIDI THRU
Este puerto recibe la información del puerto MIDI IN y envía una copia exacta, lo que
permite el encadenamiento de varios dispositivos, sincronizados y controlados por uno
solo o Máster.
4.1.7.6 CANALES MIDI
El protocolo asigna 4 bits a la disposición de canales, esto permite 16 combinaciones o
posibilidades de canales, estos pueden ser enviados al tiempo, y el dispositivo receptor
discrimina el canal que le sea asignado.
25
Tabla 3. Canales MIDI
Bits
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
Canal
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
4.1.7.7 MODOS MIDI
Existen 4 modos en los que el protocolo MIDI funciona y estos pueden ser cambiados
directamente sobre el dispositivo
Tabla 4. Modos MIDI
Numero
1
2
3
4
Nombre
Omni ON/Poly
Omni ON/Mono
Omni OFF/Poly
Omni OFF/Mono
Descripción
Todos los canales/Varias Notas
Todos los canales/Una Nota
Un canal/Varias Notas
Un canal/Una Nota
4.1.7.8 MENSAJES MIDI
El protocolo MIDI para transmitir información usa el sistema binario el cual solo
permite 2 valores exactos 1 o 0, a un dato en específico se le llama bit. Un solo bit no
representa nada en el protocolo MIDI, sin embargo, si se agrupan varios de estos se
puede codificar un mensaje.
26
MIDI usa agrupaciones de 10 bits, a los que llama bytes. En un Byte MIDI el primer y
último bit se usan solo como información de comienzo y final de mensaje, por lo que
finalmente queda un Byte o agrupación de 8 bits.
La mayoría de los mensajes MIDI usan 2 o más Bytes que se envían de manera
simultánea. Estos son de dos clases.
4.1.7.8.1 BYTE DE ESTADO
Figura 8. Status Byte
Fuente [online]: http://itp.nyu.edu/physcomp/uploads/midi/midi_screen7.png
Byte de ocho bits cuyo bit inicial siempre será 1, dividido en dos partes, la primera
indica el tipo de mensaje que se envía ya sea de voz o de canal, y la segunda parte
indica el canal MIDI que se va a usar.
4.1.7.8.2 BYTE DE DATOS
Figura 9. Data Byte
Fuente [online]: http://www.planetoftunes.com/sequence/se_media/message.gif
27
A diferencia del Byte de estado, este empieza con el valor numérico de 0, esto para
que el dispositivo receptor pueda diferencia entre uno y el otro. Este Byte representa
el valor del mensaje enviado anteriormente, por ejemplo, si se envió una activación de
nota, el Byte de datos dice que nota es, y un segundo byte indica el Velocity de la nota.
Al tener 7 bits disponible se tiene un resolución de 128 valores, sin embargo en casos
como el fine tunning se tiene 14 bits lo que da una resolución de 16384 valores.
4.1.7.8.3 MENSAJES DE CANAL
Estos se envían exclusivamente a través del canal definido, el receptor solo podrá
recibirlos e interpretarlos si el canal por el cual recibe coincide con preestablecido para
este mensaje.
Entre esto se encuentran los mensajes de activación y desactivación de nota, los
mensajes de pitch bend, entre otros.
4.1.7.8.4 ACTIVACIÓN DE NOTA
Note ON como se conoce en ingles, es un mensaje que indica que una nota está siendo
tocada por el instrumento. Contiene 3 Bytes que llevan la información necesaria para
que el receptor la interprete y ejecute.
1 Byte – Byte Estado, Indica el canal por el que se transmite el mensaje y el contenido
de este; NOTE ON.
2 Byte – Byte Datos, en este se encuentra la información de la nota que se está
activando, siendo un valor entre 0 y 127 que representa una nota en una octava
especifica.
3 Byte – Byte Datos, Finalmente se envía el velocity o la dinámica con la que se ejecuto
la nota, esto para darle mayor realismo a la nota.
4.1.7.8.5 DESACTIVACIÓN DE NOTA
Es un mensaje de canal conocido también por su nombre en inglés, NOTE OFF, este
consta de 3 Bytes que permiten comunicar que una nota que previamente estaba
siendo ejecutada deja de ser tocada. La información de los bytes es la siguiente.
28
1 Byte – Byte Estado, al igual en el NOTE ON Indica el canal por el que se transmite el
mensaje y el contenido de este; NOTE OFF.
2 Byte – Byte Datos, en este se encuentra la información de la nota que se está
activando, siendo un valor entre 0 y 127 que representa una nota en una octava
especifica.
3 Byte – Byte datos, Finalmente se envía el velocity o la dinámica con la que se ejecuto
la nota en un principio.
Una forma alternativa de enviar esta información es enviar un mensaje de canal NOTE
ON pero en su tercer byte que indica el velocity, enviar un valor de 0, esto también
será interpretado como una desactivación para la mayoría de dispositivos MIDI.
4.1.8 LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN
Se conoce como un idioma explicito que permite expresar cálculos a realizar maquinas
computacionales. Este puede usarse para crear programas que controlan la interfaz
físico-mecánica o la interfaz lógica de dispositivos electrónicos por medio de
algoritmos lógicos.
Está constituido por un conjunto de reglas sintácticas y semánticas las cuales son la
base de la programación, estas varían según el lenguaje usado, sin embargo el proceso
básico es común, consta de los siguientes pasos;
Planteamiento del problema y desarrollo lógico para resolverlo.
Escritura de la lógica en el lenguaje de programación determinado (C, C++,
etc.).
Compilación de la lógica en el lenguaje propio de la maquina.
Prueba y depuración del programa.
4.1.9 LENGUAJE C++
Lenguaje de programación hibrido que permite la manipulación de objetos, fue
desarrollado por Bjarne Stroustrup a mediados de los ochenta.
Mejora bastante las funcionalidades de su antecesor C, debido a su configuración
multi-paradígmica; Programación genérica, estructural y orientada a objetos.
29
4.1.10 PIC MICROCONTROLADOR
De sus siglas en ingles Peripheral Interface Controller (controlador de interfaz
periférico), es un dispositivo electrónico o chip que incluyes las funciones básicas de un
computador en un solo sistema de tamaño pequeño, estas son CPU (unidad central de
procesamiento), memoria y unidades de entrada y salida.
Su diferencia con los otros micro-controladores es su arquitectura central
caracterizada por los siguientes esquemas.
Arquitectura central
Área de código y de datos separadas.
Un reducido número de instrucciones de largo fijo.
La mayoría de las instrucciones se ejecutan en un solo ciclo de.
Todas las posiciones de la RAM funcionan como registros de origen y de
destino de operaciones matemáticas y otras funciones.
Una pila de hardware para almacenar instrucciones de regreso de funciones.
Una relativamente pequeña cantidad de espacio de datos.
El espacio de datos está relacionado con el CPU, puertos, y los registros de los
periféricos.
4.1.11 PIC 16F877A
Micro-controlador construido por la compañía Microchip
Tabla 5. Características PIC 16F877A
PIC 16F877A
Entradas
A/D
Voltaje de entrada
Temperatura
Oscilador
33
8
5V
de -55°C a 125°C
20 MHz
Consta de 40 pines, 33 entradas/salidas de las cuales 8 pueden usarse como
conversores análogo-digital, VDD de 5 voltios, funciona con un oscilador de 20 MHz y
es estable en temperaturas de -55°C a 125°C
30
4.1.12 RESISTENCIA
Componente electrónica cuya función es introducir una resistencia eléctrica en dos
puntos de un circuito. Por medio de aleaciones de diferentes materiales y carbón, la
resistencia se opone al paso de los electrones, permitiendo la construcción de infinidad
de diseños electrónicos.
Figura 10. Resistencia
4.1.13 RESISTENCIA VARIABLE
También llamado potenciómetro es un resistor cuya resistencia puede variar en tiempo
real. Esta resistencia oscila entre dos valores, por lo general 0 Ohm y un número alto
de Ohm, esto permite varia la corriente o el potencial en un circuito con tan solo la
rotación del mismo.
Figura 11. Resistencia variable
31
4.1.14 SOFTPOT
Figura 12. Softpot
Fuente [online]:
http://www.adafruit.com/adablog/wp-content/uploads/2009/07/softpot-lrg.jpg
Sensor desarrollado por la empresa Spectrasymbol, es un potenciómetro de
membrana que funciona como elemento resistivo.
Este funciona con dos capaz separadas puesta de manera paralela separados por un
material aislante, al posicionar el dos sobre la parte superior, estas capaza se rosan
produciendo una resistencia equivalente a la posición.
Figura 13. Funcionamiento Softpot
Fuente [online]: http://www.spectrasymbol.com/wpcontent/themes/spectra/images/hotpot-press.jpg
32
El sensor posee un comportamiento lineal, es decir la resistencia varia de forma
proporcional a la posición, su variación va del extremo inferior en 0 Ohm al extremo
superior cuyo valor máximo es de 10 KOhm. Siguiendo el este comportamiento:
Figura 14. Resistencia Vs. Distancia
Resistencia
12
10
KOhm
8
6
4
Resistencia
2
19,5
18
16,5
15
13,5
12
10,5
9
7,5
6
3
4,5
1,5
0
0
Cm
Algunos datos técnicos importantes del funcionamiento del sensor son los siguientes:
Tabla 6. Características Softpot
Ciclo de Vida
Resistencia
Mínima
Resistencia
Máxima
Tolerancia
Temperatura
> 1 millón
0 Ohm
10 Kohm
±2%
-40°C +85°C
33
4.1.15 FLEXIFORCE
Figura 15. Flexiforce
Fuente [online]: http://www.tekscan.com/sites/default/files/flexiforce-forcesensor_0.jpg
Piezo-resistor variable diseñado por la empresa estadounidense Teksan para sistemas
de medición médicos, este tiene un “punto de presión”, el cual:
Detecta y mide un cambio relativo en carga aplicada.
Detecta y mide un radio de variación en la fuerza.
Detecta el contacto.
Cuando no existe presión sobre el sensor este tiene una resistencia infinita o
equivalente a un circuito abierto, a medida que se presiona este, la resistencia
disminuye permitiendo el paso de corriente, por lo cual se puede medir de esta forma
que tanta fuerza se está aplicando en un instante determinado.
Este comportamiento no se presente de manera lineal si no de la siguiente forma:
34
Figura 16. Resistencia Flexiforce
Fuente [online]: http://www.tekscan.com/sites/default/files/flexiforce-forceresistance-conductance.jpg
Finalmente los datos más importantes del funcionamiento del sensor:
Tabla 7. Características Flexiforce
Ciclo de Vida
Resistencia
Mínima
Resistencia
Máxima
Tolerancia
Temperatura
> 1,3 millón
20 KOhm
∞
±3%
-40°C +85°C
35
5
DESARROLLO INGENIERIL
5.1 DESARROLLO DEL DISPOSITIVO FÍSICO.
Se adquirió un Violín Acústico, de tamaño completo, es decir “4/4” (modelo en 3D con
cotas, puede ser encontrado en el anexo F), y el primer paso a seguir fue el
reconocimiento de sus características tanto musicales como acústicas.
Para este fin, y con la ayuda de un afinador, se fue pulsando cada cuerda del violín
hasta obtener notas totalmente afinadas referenciadas a la clave bien temperada (A
440Hz) y se fue avanzando con intervalos de un semitono.
Debido a que es un instrumento no temperado, hay que ser muy preciso con la
pulsación de la nota, pues es muy fácil desviarse en algunos “cents” al realizar este
proceso.
Se encontró que su comportamiento en cuanto a distancia de pulsación en el mástil
versus la nota emitida se acerca a la linealidad, razón por la cual se decide aproximar el
comportamiento a una función Lineal, dato indispensable para la programación.
Tabla 8. Análisis Nota Vs. Distancia Violín
Cuerda 4
Nota
G2
Ab2
A2
Bb2
B2
C3
Db3
D3
Eb3
E3
F3
Gb3
G3
Ab3
A3
Bb3
B3
C4
Distancia (cm)
0
1.5
3.25
4.85
6.4
7.85
9.15
10.45
11.8
12.9
14
15
15.75
16.1
17.55
18.5
19.2
19.9
Cuerda 3
Nota
D3
Eb3
E3
F3
Gb3
G3
Ab3
A3
Bb3
B3
C4
Db4
D4
Eb4
E4
F4
Gb4
G4
Distancia (cm)
0
1.7
3.5
4.9
6.6
8.1
9.35
10.5
11.9
12.85
13.85
14.7
15.8
16.8
17.4
18.5
19.3
20
Cuerda 2
Nota
A3
Bb3
B3
C4
Db4
D4
Eb4
E4
F4
Gb4
G4
Ab4
A4
Bb4
B4
C5
Db5
D5
36
Distancia (cm)
0
1.75
3.45
5.2
6.6
8
9.45
10.2
12
12.8
13.9
14.8
15.9
16.7
17.7
18.5
19
19.9
Cuerda 1
Nota
E4
F4
Gb4
G4
Ab4
A4
Bb4
B4
C5
Db5
D5
Eb5
E5
F5
Gb5
G5
Ab5
A5
Distancia (cm) Dist. Promedio (mm)
0
0.0
1.89
17.1
3.55
34.4
5.35
50.8
6.75
65.9
8.2
80.4
9.25
93.0
10.6
104.4
11.5
118.0
12.7
128.1
13.9
139.1
15
148.8
15.75
158.0
16.2
164.5
17.55
175.5
18.55
185.1
19.2
191.8
19.9
199.3
Figura 17. Nota Vs. Distancia
Nota Vs. Distancia (cm)
25
20
15
Nota Vs. Distancia (cm)
10
5
A5
Ab5
G5
Gb5
F5
E5
Eb5
D5
C5
Db5
B4
Bb4
A4
Ab4
G4
Gb4
F4
E4
0
Por otra parte, se analizó el comportamiento en cuanto a dinámica y envolvente ADSR
(Attack, Decay, Sustain, Release) para hallar la mejor forma de adquirir los datos de
“velocity”; pues son una parte importante de los mensajes MIDI que va a enviar el
dispositivo hacia la plataforma software que reproducirá las muestras de Violín en
tiempo real.
Se capturó una nota del violín en fortepiano, para analizar el comportamiento
anteriormente descrito, y se procedió a analizarlo utilizando el software Adobe
Audition, el que permitió observar la conducta en amplitud de la señal versus el
tiempo.
37
El resultado al que se llegó después de analizar la muestra anterior fue este.
Figura 18. ADSR Muestra violín
Aun así, Para tener una mejor apreciación en cuanto a esta variable, y su vez contar
con un punto de vista objetivo, se realizó una reunión con un intérprete profesional de
Violín.
Figura 19. ADSR Violín
Fuente [online]:
http://i258.photobucket.com/albums/hh263/kaux/MisImagenesDidacticas/ExpADSR.j
pg
38
El señor Juan Carlos Prieto, de Chía, asistió con su propio instrumento y nos mostró
algunos de los métodos existentes para la interpretación de este.
Se evidenció que el instrumento produce una mayor o menor sonoridad dependiendo
de qué tan alta sea la presión aplicada en el arco con el que se frotan las cuerdas. Esto
fue de una gran ayuda pues resolvió la inquietud de dónde poner exactamente el
sistema que recoja los datos de presión y los envíe como mensajes MIDI de “velocity”.
Además, hay que tener en cuenta que al frotar el arco, pueden estar pasando varias
cosas, es decir, si no se frota con la suficiente presión, la cuerda no alcanzará a vibrar
plenamente y como consecuencia no emitirá nota alguna; igualmente, si esta es
presionada con mucha fuerza, no tendrá la libertad suficiente para vibrar y tampoco
emitirá ningún sonido.
5.1.2 No temperación
La no temperación, ya anteriormente mencionada en el marco teórico, se refiere a la
ausencia de trastes en determinados instrumentos, en este caso el Violín, lo cual le
permite desafinarse para bien o para mal dentro de determinada interpretación.
Aunque técnicas de interpretación como la “Suzuki”1 sugieren manejar el violín por
semitonos, de alguna forma ignorando la capacidad de desafinación de este; es
evidente que ésta característica es uno de los mayores desafíos a la hora de construir
un dispositivo que emule las características de los instrumentos de cuerda frotada.
De igual forma todas las librerías disponibles en el mercado ofrecen muestras de
violines totalmente afinadas con el A440 como referencia; pero su desafinación se
hace posible mediante el “knob” de desafinación disponible en los teclados
controladores convencionales.
Entonces, lo que se busca es un sistema que permita esa libertad de movimiento en el
mástil y que por supuesto emule con precisión la desafinación que pueda darse.
_____________________
1.
basándose en la información brindada en la fuente http://www.metodosuzuki.com/
39
5.2 CONSTRUCCIÓN
5.2.1 NOTAS MIDI VS MÁSTIL
No fue sencillo pensar en un mecanismo que ofreciera la posibilidad de distintas notas
MIDI y que a su vez no ocupara un numero exagerado de salidas para que fueran al
micro-controlador 16F877A; pues al principio se pensó en una serie de pulsadores en
cada nota, con el inconveniente de tener alrededor de 40 salidas, lo cual superaba su
número de entradas disponibles en tal dispositivo y esto conllevaba a interconectar de
manera paralela 2 o más de estos micro-controladores.
Finalmente, mediante una constante búsqueda, se encontró una solución que se
acomodaba a las exigencias de tener una lectura continua del posicionamiento de los
dedos en el momento de interpretar una nota determinada en el mástil. Los sensores
de posición “Softpot” desarrollados por la compañía “Spectraplus“ son una membrana
extremadamente delgada y alargada; y tienen la característica de ser una resistencia
variable de 10k Ohm, dependiendo de la posición el dedo dentro de su superficie táctil.
Estos sensores resultaron ser una gran alternativa para el mayor obstáculo del
proyecto, siendo este la “No Temperación”; pues al existir un valor de resistencia
distinto para cada posición de los dedos, es posible determinar qué mensaje de nota y
de desafinación debe ser enviado al micro-controlador, con el fin de enviar una serie
de bytes precisa al software de sampling determinado.
Se optó por un sensor de longitud de 20 cm, pues es el que se acerca más a la longitud
del mástil del violín, que es de alrededor de 26cm; esto visto como una limitación, ya
que se depende enteramente de las dimensiones establecidas por la empresa que
fabrica dichos sensores; pues están diseñados de manera estándar para el mercado
mundial, y, una fabricación exclusiva, que se acomode a las dimensiones necesitadas
para el dispositivo tendría un costo aproximado de USD 10000, que por obvias razones
se aleja del presupuesto establecido al inicio de este proyecto.
Una vez adquiridos los sensores “Softpot” el paso a seguir fue medir todas sus
características de funcionamiento y hallar las posibles variables que afectara el
desempeño óptimo del futuro controlador, ya que factores tanto atmosféricos como
físicos podrían variar las lecturas que micro controlador.
Según el Datasheet del “Softpot” que puede ser consultado en el anexo 1, éste tiene
un comportamiento totalmente lineal de resistencia vs distancia. Pero aún así, esto
tuvo que ser verificado MIDIéndolo con un multímetro, en distintos ambientes, con
temperaturas distintas, para lo cual se realizó el siguiente proceso:
40
Primera Medición:
Se realizo en el laboratorio de acústica de la Universidad de San Buenaventura, a
temperatura ambiente y humedad promedio. Con un multímetro digital se midió la
resistencia en Ohms de tres diferentes 10 posiciones dentro de la superficie táctil del
sensor, avanzando de forma continua desde el extremo inferior hasta el extremo
superior.
Segunda Medición:
Se llevo a cabo en un día soleado en las afueras del campus universitario, con una
temperatura y humedad relativa de una tarde soleada en la ciudad de Bogotá2,
manteniendo el mismo proceso de la primera medición.
Tercera Medición
En esta ocasión el sitio de medición fue una casa campestre a las afueras de la ciudad
de chía, utilizando como sistema de enfriamiento un congelador convencional en
donde se introdujeron los sensores por un periodo de 15 minutos a un temperatura
promedio de -4º C, para luego ser medidos mediante el proceso que se llevo a cabo en
las dos mediciones anteriores.
Luego de realizar las tres mediciones se procede a tabular los datos obtenidos para su
posterior análisis comparativo y promedio. Dichos resultados están referenciados en la
tabla 9.
Tabla 9. Medición Softpot
Comportamiento según datasheet Medicion 1
Medicion 2
Medicion 3
Promedio
Distancia(cm) Resistencia (Ohm)
Resistencia (Ohm) Resistencia (Ohm) Resistencia (Ohm) Resistencia (Ohm)
0
0
0,03
5
44
16,34
2
1000
985,22
1008
991,32
994,85
4
2000
2040,42
1992,45
2015,96
2016,28
6
3000
2998
3024
3100,01
3040,67
8
4000
4025,15
3900,12
4002,56
3975,94
10
5000
4987,52
4999,8
5000,47
4995,93
12
6000
6034
6014,1
5901,96
5983,35
14
7000
7022,67
6994,3
7002,4
7006,46
16
8000
7950
8032
8104,2
8028,73
18
9000
8934,99
9004,85
9015,23
8985,02
20
10000
9975,45
10000
9885,23
9953,56
________________________________
2.
Información meteorológica de Bogotá http://tiempoyhora.com/América-del-Sur/Colombia/DistritoCapital-Colombia/Bogotá-Distrito-Capital
41
Resultados la medición están referenciados en la Figura 20. Y efectivamente su
comportamiento es lineal e independiente de la temperatura.
Figura 20. Resistencia Medición Softpot
12000
Resistencia (Ohm)
10000
8000
Referencia
Medicion 1
6000
Medicion 2
Medicion 3
4000
Promedio
2000
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Distancia (cm)
Se corrobora de manera fehaciente la invariabilidad de la respuesta lineal de los
sensores lo cual los hace aptos para el uso en cualquier ambiente de temperatura.
Habiendo confirmado y definido los sensores a implementar, el paso a seguir es
integrarlos al dispositivo de la forma más ergonómica posible, de manera que el
instrumentista no encuentre diferencia entre un violín acústico y en controlador MIDI
para violín.
Debido a las dimensiones de fabrica del Softpot y teniendo que se implementaran 4 de
estos, se hizo necesario modificar la dimensión tanto de los sensores como del mástil
del violín.
Se entabló comunicación vía e-mail, con Spectraplus, la compañía fabricante de los
sensores, para consultarles acerca de la posibilidad de reducir sus dimensiones sin que
esto afectara su optimo funcionamiento, obteniendo una repuesta negativa por parte
de la empresa. Debido al gran valor de estos sensores la única alternativa era intentar
reducir la dimensión de uno de ellos y medir su funcionalidad de nuevo. El recorte del
sensor conservo intactas sus características electrónicas.
42
Por otra parte, y aun disminuyendo las dimensiones del Softpot, se hizo necesario
modificar las dimensiones del mástil, para que este pudiera contener en su superficie
los 4 sensores, este trabajo fue encargado a un lutier quien creó un mástil rectangular
de 4cm x 25 cm tal y como se observa en la imagen 27.
Cada uno de los sensores estará conectado al PIC, por sus entradas de conversor
análogo/digital, las cuales convierten el valor de la resistencia de entre 0 y 10k Ohm a
un valor digital de 0 a 127. La razón de ser de 128 posibilidades como números
digitales se debe a que éste es el mayor valor permitido dentro del protocolo MIDI 1.0,
pues ya es sabido que se trabaja con mensajes de 8 bits, utilizables 7 bits.
5.2.2 VELOCITY VS PRESIÓN EN EL ARCO
Dentro del protocolo de comunicación MIDI, existe un parámetro llamado “Velocity” el
cual indica al dispositivo la dinámica con la que fue ejecutada la nota, y que
perceptivamente se identifica como qué tan suave o tan fuerte se interpreta
determinado instrumento. Éste se convierte en un parámetro fundamental del
proyecto, toda vez que sin su presencia es virtualmente imposible la emulación
adecuada de un violín acústico.
Esta variable, al ser analizada en un violín acústico, depende únicamente de cuanta
presión sea ejercida por el arco. Entonces, es lógico decir que se debe implementar un
sistema capaz de reconocer dichas variaciones de presión dentro del arco frotador.
Para este fin, se adquirió un sensor de presión llamado “Flexiforce” de la compañía
estadounidense “Tekscan“, el cual posee un área de de diámetro de 1 cm, en donde se
ejerce determinada fuerza, y como resultado este arroja un valor de resistencia
determinado.
Los sensores “Flexiforce”, a diferencia de los “Softpot” son capaces de detectar
variaciones en la presión aplicada sobre su superficie activa.
Basándose en la información brindada por el fabricante, se adquirió el sensor capaz de
discernir variaciones entre 0 Lbs. y 1 Lbs., puesto que es el que más se acerca a la
presión efectuada por el interprete violinista sobre el arco en el momento de excitar
una cuerda, dado que el siguiente rango de variación de presión es de 0 a 10 Lbs,
sobrepasa la fuerza ejercido al momento de la interpretación por lo cual la lectura del
sensor no sería la correcta.
Este sensor de presión fue ubicado en el arco, entre los filamentos y el fuste, mediante
un material llamado titinilio, una fusión del titanio y el vinilo, que se encuentra
comúnmente en las gomas de borrar comunes; y cuya principal característica es ser
43
suave y flexible, perfecto para transmitir la fuerza ejercida en las cuerdas del violín
hacia el “Flexiforce”.
La salida del sensor se extiende por un cable de longitud de 150 cm, que desemboca
en otra de las entradas de conversor análogo/digital del micro-controlador 16F877A, el
cual asigna también un valor digital de 0 a 127 dependiendo de la resistencia que este
reciba.
A este sistema, se le añade un Led que tiene como función encenderse solo en caso de
recibir la mínima cantidad de presión que necesita el sensor para activarse, y así
asegurarse de su funcionamiento. Esto con la intención de calibrar el arco para que
envíe señales coherentes hacia el micro-controlador.
5.2.3 “NOTE ON” Vs FROTACIÓN DE CUERDAS
Con lo anterior solucionado, es necesario implementar un sistema que sea capaz de
emular el comportamiento de las cuerdas cuando estas son frotadas, y para este fin
hay que tener en cuenta sus diferentes características.
Una cuerda frotada tiene dos direcciones de movimiento, pues el arco que las frota
siempre va y viene en dirección perpendicular a la cuerda. Tal y como lo enseña la
siguiente gráfica.
Figura 21. Arco Violín
Fuente [online]: http://www.dosisvital.com.ar/wp-content/uploads/2010/04/violin.jpg
Esto indica que tiene que ser posible enviar el mensaje MIDI de activación de nota o
“note on” independientemente de la dirección en la que vaya el arco, debido a lo cual
se implementó el siguiente sistema:
Se ubicaron cuatro placas de madera, cada una de un grosor aproximado de 2mm, y
sostenidas por dos barras de diámetro 5mm, las cuales a su vez van acopladas en sus
44
extremos a pequeñas placas de madera. Estas placas a cuentan con cuatro orificios que
permiten sostener las placas y también dan una libertad de rotación a estas.
Figura 22. Sistema Pulsadores
Cada placa tiene acoplado un microswitch de referencia KW10-03B a cada una de sus
caras. Dichos pulsadores poseen una palanca de metal que hace que la placa se
mantenga fija verticalmente, tal y como lo muestra la figura 23.
Figura 23. Pulsadores
Como puede ser fácilmente inferido, cada placa emula cada cuerda del violín, y la
finalidad del dispositivo pulsador es realizar un sistema de palanca que active uno de
los dos pulsadores dependiendo de la dirección de la frotación, y así enviar el mensaje
“note on”
45
Figura 24. Sistema Pulsadores Violín
Dichas placas se ubicaron en la misma posición respecto a altura y separación que las
cuerdas de un violín acústico, con el fin de tener una fiel reproducción a la hora de
interpretarlo.
Figura 25. Sistema Pulsadores Vs. Violín
46
5.3 INTERVENCIÓN DEL VIOLÍN
Como puede llegar a ser obvio para el lector, las funciones acústicas y musicales del
violín adquirido cesarán debido a su intervención, pues es indispensable ubicar los
componentes electronicos que lo convierten en un controlador MIDI.
Ya se mencionó anteriormente que los sensores SoftPot poseen unas dimensiones que
superan el tamaño real del mastil de un violín convencional, y que es imposible
disminuirlas o conseguir otro tipo de sensor por cuestiones que involucran una gran
cantidad de dinero. Por tales razones, se tuvo, con la auyuda de un Luthier, construir
un nuevo mastil que pudiera acoger los 4 sensores en su superficie; tal y como lo
muestra la figura 27, y puede ser referenciado en el anexo F.
47
Figura 26. Mastil Original
Figura 27. Mastil Modificado
48
Posteriormente, se debía integrar el sistema de pulsación de cuerdas, donde se tuvo
que zanjar un orificio en el que se pudiera albergar, pero que a su vez lo mantiviese fijo
y firme, capaz de recibir la presión ejercida por el arco frotador.
Figura 28. Modificacion Violin
El anterior proceso se realizó en las instalaciones del Angar de la Universidad de
Sanbuenaventura, utilizando varias herramientras como taladros, pulidoras, limas,
entre otras.
En el arco frotador se ubicó el sistema detector de presión que fue descrito
anteriormente, sujetando con correas un bloque de titinilio que lo presiona sutilmente
contra las cuerdas de arco y el bloque en si.
49
Figura 29. Titinilio
Para el sistema tanto de conexión de lo elementos electrónicos del arco (Flexiforce,
Led y Pulsador) como de su salida USB, se intervino el aro del violín, introduciendo
conectores USB en los 2 casos. Cabe aclarar que el conector USB utilizado en el arco,
sólo cumple la función de interconectar sus componentes, pero en ningún momento
existe una transmisión de tipo digital en éste.
Figura 30. Puerto USB Violin
Modelos en 3D de la versión final del controlador pueden ser encontrados en el anexo
E.
50
5.4 PROGRAMACIÓN
Para el desarrollo del controlador MIDI para violín se uso un PIC 16f877a de la empresa
microchip. Para programar y comunicarse con este se utilizo el compilador PIC C,
desarrollado por CCS (Custom Computer Service), el que permite hacer una
programación en el lenguaje C y finalmente compilarla para que el PIC la interprete y
ejecute.
El proceso que se describe a continuación es el realizado por la programación
definitiva, determinada después de muchas pruebas y errores; y posteriores
optimizaciones en cuanto a espacio, el cual es muy limitado en RAM y en ROM debido
a las características propias del PIC 16F877A.
Después de hacer el análisis de las características del violín y decidir qué sensores,
sistemas y lógica se iban a usar; el siguiente paso es analizar cómo estos iban a
intercomunicarse entre sí por medio del PIC 16F877A
La primer variable a tener en cuenta es en qué momento empieza a sonar las cuerdas
del violín, y como activarlas en, así que todo el análisis y lectura empieza si y tan solo si
los microswitch KW10-03B son activados en alguna cuerda.
Figura 31. Programación Pulsador
Mientras el pulsador este activado, es decir por el tiempo en el que se esté tocando
una cuerda se entra a un loop o bucle, en este el primer paso que se lleva es la lectura
de del canal 0 del conversor análogo digital, que representa el Flexiforce o el velocity.
51
Figura 32. Programación Velocity
El valor leído se asigna a la variable “Velo” que representa el valor de Velocity, como el
conversor análogo/digital del PIC lee valores entre 0 y 255, es necesario dividir este
rango en dos para obtener valores aptos para el protocolo MIDI.
El segundo paso dentro del loop es leer el canal del conversor correspondiente a la
cuerda que esté activada en el momento, y proceder a asignarla a la variable Vn
(donde es el número de la cuerda), y dividirla en 2.
52
Figura 33. Programación Nota
Una vez obtenido y asignado el valor del softpot, se sabe con precisión en posición se
encuentra el dedo del intérprete por lo que se puede hacer una conversión posición
contra nota.
Figura 34. Programación Conversión Nota
El valor obtenido se divide en 10, para obtener una posibilidad de 13 notas
aproximadamente, y esto se suma a un valor X, donde este valor es el correspondiente
a la nota de la cuerda n al aire. Debido a que si trabaja con voltajes que pueden tener
una leve variación, se asigna un rango de 0.9 para evitar cambios innecesarios de nota.
53
En este punto se tiene lo valores más relevantes en la ejecución del violín, los cuales
son, Nota y velocity, a continuación se envía el mensaje MIDI de NOTE ON, con sus tres
correspondientes bytes.
Figura 35. Programación envió datos
El Byte de status NOTE ON más un valor que cambia el canal por el que se envía.
Primer Data Byte, el valor de la nota que se está tocando.
Segundo Data Byte, Valor del velocity con el que se ejecuta.
Luego, se iguala el valor de la nota al valor del rango establecido previamente.
Todo esto funciona en un bucle constante, de manera tal que si se mueve la posición
del dedo, en tiempo real cambien la nota ejecutada, tal y como sucede en un violín.
Cuando se desactiva el pulsador, el bucle finaliza y se envía la desactivación de nota.
La programación es igual para las 4 cuerdas, de modo tal que la distancia y
desafinación sea la misma en todas las cuerdas y exista correlación entre ellas.
De manera alterna existe un pulsador que permite cambiar de canal, y un Led que
indica el momento en que el Flexiforce tiene una presión mínima, esto para verificar
que se estén enviando datos coherentes.
El diagrama de flujo que usa la programación se puede verse en la figura 35.
54
Figura 36. Programación Diagrama de Flujo
5.5 CIRCUITO
Con el fin de hacer ciertos tests acerca del funcionamiento de los componentes que
finalmente irían en una baquela, se fueron realizando pruebas en protoboard,
empezando por aquellas que fueran mas sencillas, y así ir añadiendo cada vez mas
piezas, que una vez acopladas formarían el soporte electrónico del dispositivo.
Figura 37. Circuito Protoboard
Se diseñó un circuito virtual en el programa “Proteus, ISIS Schematic Capture”, que
representaba cada uno de los componentes necesarios para el funcionamiento integral
de controlador MIDI, y que, siendo un sistema ideal, todo funcionaría
55
Una vez cada etapa fuese funcionando sin inconvenientes dentro de la protoboard se
proseguía a continuar con la etapa siguiente; empezando desde el sistema de
pulsación, luego integrandolo con los sensores SoftPot, el sistema de arco frotador, en
seguida la salida MIDI, y finalmente la integración con la interfaz MIDI a USB, que a su
vez funcionaba como alimentador de voltaje para el circuito; todo esto controlado por
supuesto por el micro-controlador 16F877A y la programación que en este se
quemaba.
La siguiente ilustración, muestra el esquema diseñado sobre este software:
Figura 38. Montaje ISIS
Pulsadores de Sistema
de Frotación de Cuerda
Sensor de Presión Flexiforce
PIC 16F877A
Sensor de Distancia SoftPot
Fuente: Proteus ISIS.
Todo lo anterior se interconectó en la protoboard y contínuamente se realizaban
nuevas pruebas para estabilizar y mejorar el funcionamiento del prototipo del
controlador MIDI; de cuando en vez se presentaban errores sistematicos los cuales
56
hacían pensar que no existía una programación adecuada; y así mismo errores en la
programación indicaban que se tenía que replantear la forma de intercomunicación
entre los componentes.
Figura 39. Protoboard
Una vez que el circuito en la protoboard funcionó integralmente, el paso a seguir fue
reproducirlo en una baquela, con el fin de dar por terminada la etapa electronica, fijar
los componentes en su lugar y proseguir a ubicarla dentro de la caja de resonancia del
violín.
Figura 40. Circuito Final
57
5.6 ADAPTACIÓN INTERFAZ USB
Ya que el usuario de controladores MIDI busca la mayor facilidad en el conexionado de
sus dispositivos, se decido usar otro protocolo de comunicación que es actualmente un
estándar en el mundo de la informática; el protocolo USB. La mayoría, si no todos los
controladores MIDI actuales ofrecen una salida USB, que permite conectarlos
directamente a un computador y ser reconocidos sin la necesidad de tener un puerto
MIDI diferente, exclusivo para esta función. Una de las grandes ventajas de esto
conectividad es la posibilidad de usar el voltaje que brinda el protocolo para también
alimentar el circuito interno y evitarse el uso de una fuente externa.
Teniendo en cuenta esto, aún después de terminar la construcción y programación del
Controlador MIDI para Violín, se hizo necesario encontrar la forma de integrar un
dispositivo conversor MIDI-USB y que a su vez permita utilizar los 5 voltios para
alimentar el circuito.
La primera opción que se tuvo fue construir dicha interfaz, bajo los siguientes
esquemáticos.
Figura 41. Esquemático USB
Fuente [online]: http://www.embedds.com/wpcontent/uploads/2007i/0709/midi_sch_big.png
58
Dada las dificultades de tiempo y dinero para poder construirla, además del mayor
inconveniente que son los drivers o controladores para que el dispositivo pueda ser
reconocido por el computador, la opción más eficiente fue comprar una interfaz
genérica, cuyo valor no excede los USD 5 y modificarla para que se adapte a las
necesidades del proyecto.
Figura 42. Interfaz USB
Fuente [online]: http://image.madein-china.com/2f0j00vBKQFETtTYra/USB-MIDIInterface-W-718-.jpg
La interfaz adquirida posee una entrada y una salida MIDI por un extremo y una salida
USB en el otro extremo, y controladores genéricos para el sistema operativo Windows
y Mac OS, esto permite que al ser conectada en un puerto USB, el computador la
reconozco y empiece a funcionar sin necesidad de pasos más complicados.
El primer paso fue abrir esta y cambiar los cables por los necesitados. La salida MIDI
siendo innecesaria fue retirada para evitar espacio de mas, por otra parte la entrada
MIDI se adapto a los pines usados por la salida del micro controlador.
Figura 43. Conector MIDI
Fuente [online]: http://pinouts.ru/connectors/din5df.gif
59
El pin 2 fue conectado a tierra, en el pin del medio del nuevo conector, el pin 4 cuya
función es transmitir la información MIDI se conectó a un extremo, y finalmente el pin
5 quien transmite el voltaje se conectó al otro extremo.
Figura 44. Conector MIDI Final
El otro extremo de la interfaz se modificó para cambiar de un conector USB “A” a uno
tipo “B”, esto con el fin de seguir los estándares que existen en las conexiones dentro
de los controladores MIDI.
Figura 45. Cambio conectores USB
La parte más complicada de la adaptación fue lograr adaptar la interfaz como un
sistema alimentador de voltaje. Se llevo a cabo una investigación sobre cómo funciona
el protocolo USB, por cuales pines transmite y cuál es el voltaje que transmite.
60
El protocolo USB tiene la característica de trabajar a 5 voltios de manera regular y
entregar como máximo 500mA, más que suficiente para trabajar con el circuito del
controlador MIDI para violín.
Los pines y su función se representan en la tabla 10.
Tabla 10. Pines USB
Pin
1
2
3
4
Nombre
VCC
DD+
GND
Color
Rojo
Blanco
Verde
Negro
Descripción
VCC + V5
Datos Datos +
Tierra
Del rojo 1 y el pin negro 4 se realizo una extensión que permitiera conectar el VCC y
tierra del circuito, por medio de una adaptación que permitiera esto sin generar cortos
en la interfaz y en el circuito como tal.
Figura 46. Alimentación Circuito
La interfaz se adapto al violín en su parte interna, de forma tal que quedara fija y sin
evidenciar su existencia.
61
Figura 47. Interfaz MIDI USB
Finalmente el sistema completo funciona y transforma toda la información que
entrega el PIC en el protocolo USB. Además de permitir que sea reconocido por los
sistemas operativos más usados y ser interpretado como un instrumento virtual por
cualquier computador compatible con el estándar USB.
5.7 FUNCIONES ADICIONALES DEL ARCO
Pensando en desarrollar una mejor interfaz para el usuario, se llego a la idea de añadir
ciertas funcionalidades que hagan más fácil los cambios de interpretación, ya que se
cuenta con un protocolo tan flexible, que permite virtualmente utilizar cualquier
pulsador o sensor para ser asignado a diferentes funciones.
Lo primero que se incluyo es un Led que indica el momento justo en el que la tensión
sobre las cuerdas del arco es la indicada para que el sensor de presión Flexiforce
funciones de manera adecuada.
Una vez la tensión equivalga a un numero digital de 20, que es el mínimo estimado
para el correcto funcionamiento, tanto del velocity como de la interpretación, el Led
rojo se encenderá y permitirá que el usuario conozca hasta donde tensionar el arco.
62
Junto al Led indicador de tensión, se encuentra un pulsador, que permite el cambio en
el canal de transmisión MIDI. El canal MIDI variara sus valores entre 1 y 4, lo que
permite la utilización de múltiples instrumentos y configuraciones en el programa de
sampling preferido por el usuario.
Figura 48. Arco
5.8 MEDICIÓN DE LATENCIA
La latencia es un factor común en los instrumentos electrónicos, ya que estos deben
procesar y enviar información y todo esto tarde un tiempo en suceder, el controlador
MIDI para violín, al ser un instrumento de este tipo también debe tener una latencia y
se hizo necesario medirla, para asegurar que no fuera un impedimento para la
ejecución del intérprete.
Como primera instancia se hizo una observación objetiva, para verificar problemas ó
tiempos de retardo entre lo que se ejecuta y lo que finalmente se reproduce en la
instancia final, de manera satisfactoria no se encontró una latencia perceptible. Sin
embargo se hizo necesario medirla de manera objetiva para corroborar dicha
observación.
Para la medición se usaron los siguientes equipos
Interfaz de audio de M-Audio “Fast Track Pro”
Micrófono Shure PG-81
Parlante EON 10
DAW Pro-Tools
Sony Vaio
Ipod Touch 4G (captura de video)
63
La medición se llevo a cabo en los laboratorios de acústica de la Universidad de San
Buenaventura.
El proceso fue sincronizar audio contra video para tener una referencia correcta de lo
que estaba pasando, esto mediante un ruido impulsivo como una palmada. La
intención fue tocar el violín en tiempo real y grabar finalmente lo que era reproducido
por el sintetizador Hybrid integrado en pro-tools.
Figura 49. Equipos medición latencia
Luego se realiza en pro-tools una comparación de cuadro por cuadro entre el
momento en el que se ejecuta el violín y el momento en que es grabado por el
sistema.
64
Figura 50. Medición latencia Protools
La latencia final obtenida fue de 16 ms. Lo cual corrobora que el oído humano no logra
percibir dicha latencia.
Este resultado puede variar en caso tal que se utilicen tarjetas de audio que hagan uso
de protocolos no estandarizados como el ASIO, que aseguran una latencia baja, la cual
ya es un factor exclusivo del usuario y la configuración que éste use, pues se
comprueba que el Controlador MIDI para violín aporta una latencia considerable.
65
6
PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
6.1 PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO
Prueba con Kontakt
Esta prueba se realiza con la versión demo de este software especializado en el
sampling de instrumentos. La razón por la cual se elige este programa y no otro es
debido a la gran calidad de sus muestras, y la variedad que ofrece en cuanto al Violín
en específico.
Se crea una nueva sesión en Kontakt, en la cual se abren 4 instrumentos diferentes, en
cada uno de estos se elige el canal MIDI por donde recibirá la información, de 1 a 4,
respectivamente.
Figura 51. Sesión Kontakt
El primer instrumento tiene las muestras de un Violín ejecutado en fortepiano, el
segundo en pizzicato, el tercero en sforzando y el cuarto en Pizzicato.
Se comprueba exitosamente el óptimo funcionamiento del controlador, capaz de
percibir los cambios de presión en el arco ejecutados por el intérprete, así como la
66
capacidad de las notas para cambiar sin que sea percibida ningún tipo de latencia, y la
efectividad del sistema de frotación en el puente.
Se procede a oprimir el pulsador ubicado en el arco frotador, con el fin de que el
controlador cambie de canal de transmisión y así se pueda hacer funcionar el Violín en
otras técnicas de interpretación.
Pruebas con otros Instrumentos y Sintetizadores
Finalmente, se procede a abrir otros instrumentos ofrecidos por Kontakt, que no
tienen que ver en nada con el Violín, sólo para observar su interacción en otros
campos musicales. Se observa un buen funcionamiento, el cual se esperaba, pues aún
son mensajes MIDI básicos que no poseen ningún tipo de exclusividad para samples de
instrumentos de cuerda frotada.
Se probó con diferentes instrumentos de diferentes compañías, como el Pro 53 de
Native Instruments, algunos instrumentos del programa Reason y el Sawer de Image
Line. En todos tuvo un funcionamiento adecuado, que indica de manera positiva que
el controlador puede ser utilizado con cualquier dispositivo análogo o virtual que
reciba mensajes MIDI, sin tener ningún tipo de problema.
6.2 PRUEBAS CON VIOLINISTAS
Para poder corroborar el correcto funcionamiento y la emulación adecuada del
Controlador MIDI para Violín se llevaron a cabo pruebas con 6 diferentes violinistas en
las cuales interpretaban con el dispositivo; finalmente completaban una encuesta con
la cual se obtienen datos que permiten analizar el violín y su desempeño.
La prueba a realizar consiste en utilizar el Controlador dentro de la sesión de Kontakt
previamente mencionada, con la oportunidad intentar interpretar una pieza musical
de su repertorio de manera tal que lograra evaluar los aspectos fundamentales de la
funcionalidad del éste. Una vez finalizada la prueba, responderán 7 preguntas
calificando de 0 a 5, dependiendo de cuán satisfactoria fue su experiencia en cada
ítem. La encuesta se puede encontrar en el anexo D.
Una vez más, se citó al violinista Juan Carlos Prieto, quien además de calificar
objetivamente el dispositivo mediante la encuesta; expresó tener una grata
experiencia, ya que considera que es un invento realmente innovador e interesante, y
a su vez dijo estar muy optimista acerca del futuro del presente proyecto. De manera
constructiva, comentó cierta incomodidad al pulsar notas en las “cuerdas” más graves
del Violín, esto debido obviamente al ancho del mástil, el cual se aleja bastante al
ancho real de un mástil de violín acústico; defecto que se explicó en capítulos
anteriores.
67
Se realizó otra prueba con la violinista aficionada Luisa Fernanda Díaz, la cual realizó el
proceso de utilización del violín y expreso un disgusto hacia la inexpresividad de los
samples que usan los programas de sampling.
Finalmente para tener toda la información necesaria acerca de la sensación en la
ejecución, se llevo el dispositivo a las instalaciones de la Pontificia Universidad
Javeriana donde los estudiantes de música Andrés Felipe Herrera, Juan Diego Morillo,
Juan Sebastián Medina, María Fernanda Naranjo, llevaron a cabo las pruebas y
encuestas y se llegaron a los datos de la tabla 11.
Tabla 11. Resultado Encuestas.
Pregunta
1
2
3
4
5
6
7
Encuestado 1 Encuestado 2 Encuestado 3 Encuestado 4
3
4
3
5
4
4
2
4
3
3
3
4
5
5
3
4
2
4
4
3
5
4
4
4
3
3
4
5
1
2
3
4
5
6
7
Encuestado 5 Encuestado 6 Promedio
3
4
3
3
3
4
5
5
3
4
4
3
3
4
Pregunta
4
3
3
5
3
4
4
Tras un análisis posterior en general la sensación que brinda el violín al ser ejecutado
tanto por instrumentistas aficionados como por profesionales es bastante cercana a la
brindada por un violín acústico convencional.
El punto que mejor puntaje obtuvo fue el de la pregunta 4; “¿La ausencia de cuerdas
en el controlador presenta alguna molestia o incomodidad?”, resaltando así que la
utilización del sistema SoftPot es un reemplazo adecuado para el sistema de cuerdas
de un violín acústico.
68
Los puntos que menos conformismo crearon fueron aquellos relacionados con la el
material del sistema del pulsadores y su realismo comparado al arco siendo frotado
contra las cuerdas.
69
7
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
7.1 CONCLUSIONES
Una vez terminado a cabalidad el presente proyecto puede afirmarse con
seguridad, que efectivamente es un dispositivo innovador, único en el
mercado, y poseedor de componentes de vanguardia; que en realidad aporta
un avance significativo en la industria electrónica-musical, y que crea un punto
de partida para la creación de nuevos tipos de controladores MIDI dedicados a
instrumentos específicos.
Durante el desarrollo del Controlador MIDI para Violín, se llegó
inesperadamente a nuevas formas de generación e interpretación de datos;
dichas formas inexistentes en los controladores MIDI convencionales, es decir,
el uso de componentes tales como el Softpot y el Flexiforce, representan una
aplicación exclusiva del presente proyecto dentro del ámbito de la tecnología
musical.
Por medio del análisis de las propiedades de los instrumentos de cuerda
frotada, fue posible emular las características más importantes de un violín
acústico, con el fin de crear un dispositivo capaz de brindar la sensación
producida al interpretar dicho instrumento, teniendo en cuenta que el sonido
finalmente es producido por un software de sampling más no por el violín en sí,
lo cual es una particularidad especial de los controladores MIDI.
Mediante la integración de componentes electrónicos, algunos de estos de
vanguardia tecnológica, se logró imitar ergonómicamente el comportamiento
de un violín acústico. Entre los logros importantes, se puede mencionar el
hecho de cumplir con la existencia de un mástil plano, sin trastes ni
interrupciones u obstáculos que hubieran podido afectar la óptima ejecución
de este controlador MIDI.
A través de un proceso de creación y optimización del algoritmo matemático en
lenguaje C, fue posible programar el micro-controlador 16F877A, para que éste
cumpliera las funciones necesarias sin exceder sus limitaciones en cuanto a
memoria RAM y ROM; proceso en el cual fue necesario replantear varias veces
el flujo de la programación para lograr mayor agilidad en el procesamiento en
posterior envío de mensajes MIDI.
70
El hecho de haber intervenido un dispositivo que convirtiera el lenguaje serial
asincrónico MIDI al lenguaje serial USB, y que a su vez éste alimentara de
voltaje al circuito que desempeña la función de dar vida al presente proyecto,
cumple con las expectativas de un producto final de alta calidad, que se
caracteriza por ser practico, pues no presenta necesidad de alimentación
externa.
La implementación de ciertos materiales en la construcción de algunos
componentes del dispositivo, como el sistema de pulsación, fabricado en
madera; no es la mejor elección, debido a que no tiene la resistencia suficiente,
y su manipulación es compleja y tediosa.
La utilización del micro controlador 16F877A causo una limitación en la
extensión de la programación, ya que si bien, se ajusta a la entradas y salidas
necesarias, la memoria ROM y RAM es pequeña para las necesidades
71
7.2 RECOMENDACIONES
En un futuro prototipo del Controlador MIDI para violín se hace necesario el diseño y
construcción de sensores Softpot personalizados, esto para evitar la modificación del
mástil del violín. Esta modificación fue el principal problema hallado por los
instrumentistas que probaron el dispositivo, puesto que la posición normal de la mano
izquierda es modificada para alcanzar las notas más altas.
Se hace fundamental hallar un material cuyas características permitan su fácil
manipulación y ofrezca la sensación de ser una cuerda real al ser frotada con el arco.
Los sistemas embebidos han tenido una gran acogida dentro de la industria
electrónica-musical, puesto que facilitan el uso de un algoritmo más avanzado y por lo
tanto más eficiente; se recomiendo implementar un sistema de éstos dentro de una
futura etapa del presente proyecto.
72
8
BIBLIOGRAFÍA
Kolneder, Walter (1996). The Amadeus Book of the Violin: Construction,
History, and Music. Estados Unidos de America: Amadeus Press.
Rona, Jeffrey (1994). The MIDI Companion: The Ins, Outs and Throughs. Estados
Unidos de America: Hal Leonard Corporation.
Kernighan, Brian W. y Ritchie, Dennis M. (1988). C Programming Language (2nd
Edition). Estados Unidos de America: Prentice Hall.
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de abril de 2011 a las 20:29 de < http://es.wikipedia.org/wiki/Viol%C3%ADn>
MIDI. (2011, 2 de Mayo). En Wikipedia, la enciclopedia libre. Recuperado el 2
de Mayo de 2011 a las 20:08 de < http://es.wikipedia.org/wiki/MIDI>
Instrumento de Cuerda Frotada. (2011, 8 de Mayo). En Wikipedia, la
enciclopedia libre. Recuperado el 8 de Mayo de 2011 a las 13:50 de <
http://es.wikipedia.org/wiki/Instrumento_de_cuerda_frotada>
Universal Serial Bus. (2011, 30 de Abril). En Wikipedia, la enciclopedia libre.
Recuperado el 30 de Abril de 2011 a las 21:06 de
<http://es.wikipedia.org/wiki/Universal_Serial_Bus>
73
ANEXO A: Datasheet del SoftPot
74
ANEXO B: Datasheet del Flexiforce
FLEXIFORCE DATA SHEET
75
ANEXO C: CODIGO DE PROGRAMACION EN LENGUAJE C
#include <16f877a.h>
#device ADC=8
//#fuses XT,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP,PUT,BROWNOUT
#use delay(clock=20000000)
//#use standard_io(b)
#use rs232(baud=31250, xmit=PIN_c6, rcv=PIN_c7, STREAM=1)
#define mic 1
int b1=0,b2=0,b3=0,b4=0,w1, velo, caon=0, caoff=0;
int v1=0,v2=0,v3=0,v4=0,n1,n2,n3,n4,no1,no2,no3,no4,cu1,cu2,cu3,cu4;
float level1=0,level2=0,level3=0,level4=0;
void main(void)
{
setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); //configura el converso
setup_adc_ports(all_ANALOG); //entrada 0 como analogica
while(true)
{
if(((input(PIN_B0)==1)&&(w1==0))) // cambio canal
{ caon=caon+1;
caoff=caoff+1;
if(caon>3)
{
caon=0;
caoff=0;
}
w1=5;
}
if(((input(PIN_B0)==0)&&(w1==5)))
{
w1=0;
}
if(((input(PIN_B7)==1)&&(b1==0))) //pulsadores cuerda 1
{
cu1=1;
level1=level1+3;
76
while(cu1==1)
{
set_adc_channel(0);
delay_ms(1);
velo=read_adc(); //lee cuerda 1
delay_ms(10); //para que se estabilice
velo=(velo/2);
set_adc_channel(1);
delay_ms(1);
v1=read_adc(); //lee cuerda 1
delay_ms(10); //para que se estabilice
v1=(v1/2);
n1=((v1/10)+76);
if((n1>(level1+0.9))||(n1<(level1-0.9)))
{
fputc(caoff+128,mic);
fputc(no1,mic);
fputc(velo,mic);
fputc(caon+144,mic);
fputc(n1,mic);
fputc(velo,mic);
level1=n1;
no1=n1;
}
b1=5;
if(((input(PIN_B7)==0)&&(b1==5))) //pulsadores cuerda 1 off
{
fputc(caoff+128,mic);
fputc(no1,mic);
fputc(velo,mic);
b1=0;
cu1=0;
}
}
}
77
if(((input(PIN_B6)==1)&&(b2==0))) //pulsadores cuerda 2
{
cu2=1;
level2=level2+3;
while(cu2==1)
{
set_adc_channel(0);
delay_ms(1);
velo=read_adc(); //lee cuerda 1
delay_ms(10); //para que se estabilice
velo=(velo/2);
set_adc_channel(2);
delay_ms(1);
v2=read_adc(); //lee cuerda 2
delay_ms(10); //para que se estabilice
v2=(v2/2);
n2=((v2/10)+69);
if((n2>(level2+0.9))||(n2<(level2-0.9)))
{
fputc(caoff+128,mic);
fputc(no2,mic);
fputc(velo,mic);
fputc(caon+144,mic);
fputc(n2,mic);
fputc(velo,mic);
level2=n2;
no2=n2;
}
b2=5;
if(((input(PIN_B6)==0)&&(b2==5))) //pulsadores cuerda 2 off
{
fputc(caoff+128,mic);
fputc(no2,mic);
fputc(velo,mic);
b2=0;
cu2=0;
78
}
}
}
if(((input(PIN_B5)==1)&&(b3==0))) //pulsadores cuerda 3
{
cu3=1;
level3=level3+3;
while(cu3==1)
{ set_adc_channel(0);
delay_ms(1);
velo=read_adc(); //lee cuerda 1
delay_ms(10); //para que se estabilice
velo=(velo/2);
set_adc_channel(3);
delay_ms(1);
v3=read_adc(); //lee cuerda 3
delay_ms(10); //para que se estabilice
v3=(v3/2);
n3=((v3/10)+62);
if((n3>(level3+0.9))||(n3<(level3-0.9)))
{
fputc(caoff+128,mic);
fputc(no3,mic);
fputc(velo,mic);
fputc(caon+144,mic);
fputc(n3,mic);
fputc(velo,mic);
level3=n3;
no3=n3;
}
b3=5;
if(((input(PIN_B5)==0)&&(b3==5))) //pulsadores cuerda 3 off
{
fputc(caoff+128,mic);
fputc(no3,mic);
fputc(velo,mic);
79
b3=0;
cu3=0;
}
}
}
if(((input(PIN_B4)==1)&&(b4==0))) //pulsadores cuerda 4
{
cu4=1;
level4=level4+3;
while(cu4==1)
{
set_adc_channel(0);
delay_ms(1);
velo=read_adc(); //lee cuerda 1
delay_ms(10); //para que se estabilice
velo=(velo/2);
set_adc_channel(4);
delay_ms(1);
v4=read_adc(); //lee cuerda 4
delay_ms(10); //para que se estabilice
v4=(v4/2);
n4=((v4/10)+55);
if((n4>(level4+0.9))||(n4<(level4-0.9)))
{
fputc(caoff+128,mic);
fputc(no4,mic);
fputc(velo,mic);
fputc(caon+144,mic);
fputc(n4,mic);
fputc(velo,mic);
level4=n4;
no4=n4;
}
b4=5;
if(((input(PIN_B4)==0)&&(b4==5))) //pulsadores cuerda 4 off
{
80
fputc(caoff+128,mic);
fputc(no4,mic);
fputc(velo,mic);
b4=0;
cu4=0;
}
}
}
}
}
81
ANEXO D: Encuesta de Funcionamiento del Controlador MIDI para
Violín.
Nombre del encuestado:
El encuestado evaluará las siguientes interrogaciones, rellenando uno de los espacios con una
x, de 0 a 5, donde 0 es la opción menos satisfactoria y 5 es la más satisfactoria.
Físicamente, ¿qué tan parecido encuentra el dispositivo a un violín acústico?
0
5
Al sostener el dispositivo, ¿qué tan pesado lo halla respecto al peso subjetivo de un
violín acústico?
0
5
Cuando interpretó alguna melodía que abarcara las cuatro “cuerdas” del controlador,
¿qué tan ergonómico puede decir que éste es?
0
5
¿La ausencia de cuerdas en el controlador presenta alguna molestia o incomodidad?
0
5
¿Qué tan similar encuentra la interpretación con el arco respecto a un violín acústico?
0
5
Teniendo en cuenta que las distintas técnicas de interpretación del violín dependen
enteramente de las librerías usadas en el software de sampling determinado, ¿qué tan
real escucha se percibe?
0
5
Como instrumentista de violín acústico, ¿qué tan útil halla el controlador?
0
5
COMENTARIOS ADICIONALES Y/O RECOMENDACIONES:
82
ANEXO E: Modelo en 3D del Controlador MIDI para Violín
83
Modelo en 3D del Controlador MIDI para Violín
84
Modelo en 3D del Controlador MIDI para Violín
85
ANEXO F: Controlador MIDI para Violín Acotado
86
ANEXO G: Controlador MIDI para Violín Acotado
87
