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| Volume XI - Setembro de 2007 |
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Implementação de um visualizador algorítmico de notação musical microtonal para o programa Pure Data
Marcus Alessi Bittencourt (UEM)
Resumo: Desde que foram criados os programas para Computer-Assisted Composition (CAC) e para Digital Signal Processing em tempo real, sempre se tentou reunir as funcionalidades básicas destes em um só aplicativo, unindo seus aspectos composicionais e performáticos (PUCKETTE, 2002 e 2004). Esta comunicação apresenta um software que criei para acrescentar a visualização de dados sonoros em notação musical à funcionalidade básica do programa Pure Data, de Miller Puckette.
Introdução.
Desde que foram criados os programas para Computer-Assisted Composition (CAC), como os famosos PatchWork (Laurson 1989) e OpenMusic (Assayag et al, 1999) do Institut de Recherche et Coordination Acoustique/Musique (IRCAM) de Paris, responsáveis pelos estudos que geraram por exemplo, entre outros, o repertório da música Espectral de Tristan Murail, Gérard Grisey e Jonathan Harvey, e desde que foram criados os programas para Digital Signal Processing em tempo real como o Max/MSP, o Pure Data e o jMax, sempre se tentou reunir características e funcionalidades básicas destes em um só aplicativo integrado (Puckette, 2002 e 2004).
Fortes do ponto de vista "performático", os softwares para DSP têm uma linhagem que vem de longa data, desde o programa Patcher (Puckette, 1986), passando por uma longa lista de desenvolvimentos posteriores, como o MAX/Opcode (Zicarelli, 1990), o Max/FTS (Puckette e Zicarelli, 1990), o PureData (Puckette, 1996), o notório Max/MSP (Zicarelli, 1997), até chegar, mais recentemente, ao jMax (Déchelle et al, 1998), este já um projeto infelizmente defunto. Todos estes softwares têm sido extremamente úteis para o agenciamento de música eletroacústica em tempo-real, servindo de verdadeiros "cavalos-de-batalha". Aqui, o Max/MSP (no campo comercial/proprietário) e o Pure Data (no campo do sofware-livre, gratuito) têm se mantido os mais ativos e utilizados atualmente.
Fortes do ponto de vista "composicional", os softwares para Computer-Assisted Composition, desde os pioneiros trabalhos de Lejaren Hiller (Hiller, 1958) com o computador ILLIAC, de Iannis Xenakis (Xenakis, 1971) e de Pierre Barbaud (Barbaud, 1966), estes têm utilizado o poder de cálculo dos computadores como auxílio à aplicação de conceitos e princípios matemáticos à escrita e estruturação musicais. Nos anos 70, compositores como Grisey e Murail também valeram-se do computador para estudar a constituição de timbres e projetar composições baseadas nos dados levantados. O time de programadores, pesquisadores e compositores do IRCAM de Paris, atendendo a essas necessidades, tem desenvolvido famílias de programas para essa finalidade, como o PatchWork e seu sucessor, o OpenMusic.
Sendo a maioria destes programas muito semelhantes no que tange à interface (todos se agenciam por meio de patchers, constituindo um ambiente visual de programação completo com data structures, funções, métodos e objetos, onde um programa é montado e representado por um patch), é natural pensar no intercâmbio e interconversibilidade de funções entre estes softwares.
Esta comunicação apresenta um software que criei para acrescentar a visualização de dados sonoros em notação musical à funcionalidade básica do programa Pure Data de Miller Puckette, em um modelo inspirado no das caixas chord e chord-seq do PatchWork e OpenMusic, com aproximação de frequências ao oitavo de tono e notação rítmica proporcional.
Implementação do Software
O software foi implementado em três sub-partes básicas, a saber:
NotatorCore
Este corresponde ao manufaturador de um arquivo eps (encapsulated postscript) contendo a notação calculada em linguagem postscript para impressão gráfica. Este software foi construído em linguagem C e programado a partir de uma tradução que fiz para C dos comandos em linguagem Lisp utilizados para desenhar em postscript os caracteres musicais no software CMN (Common Music Notator), escrito por Bill Schottstaedt na Stanford University. Este programa, uma extensão para o CM (Common Music) de Heinrich Taube (Taube, 1991), por sua vez utiliza uma tradução para o Lisp realizada por Matti Koskinen da fonte musical para o MusicTex de Daniel Taupin (Taupin, 1996). Este meu programa, que não possui interface gráfica, recebe uma linha simples de comandos contendo uma matriz de quadras de números, cada quadra correspondendo a uma nota-evento. Os números da quadra correspondem aos parâmetros tempo-de-início, duração (ambos medidos em segundos), freqüência (medida em Hertz) e amplitude (linear, medida entre 0 e 1, preferencialmente) do evento.
O NotatorCore notará os eventos da matriz em um longo sistema único com quatro pentagramas, estes representando a maior parte do espectro sonoro humanamente audível. Uma régua temporal é desenhada embaixo do sistema, iniciando no tempo do primeiro evento e terminando no tempo do último evento (ou do primeiro evento mais dez segundos, o que for mais longo). A notação do ponto de ataque dos eventos é notada segundo um sistema proporcional, colocando-se uma cabeça preta de nota no local de tempo correspondente sobre a régua. A duração da nota-evento é representada por um travessão grosso em cinza claro (para não obscurecer o pentagrama e as notações), no mesmo princípio proporcional descrito acima. A amplitude é representada pelo tamanho da cabeça da nota, sendo que a maior amplitude dada é representada pelo tamanho natural usual e a menor, por um tamanho de um décimo do tamanho natural. A freqüência é marcada segundo uma aproximação ao oitavo de tono mais próximo (em um sistema de temperamento igual de 48 subdivisões por oitava) com o A4 fixado a 440 Hz. Considerei esta subdivisão como bastante razoável, não só por esta encaixar-se bem dentro do temperamento igual de 12 sons da tradição musical ocidental, mas também devido a sua proximidade ao coma sintônico (aproximadamente 21.51 cents, contra os 25 cents do oitavo de tono, sendo 1200 cents = 1 oitava). Conhecendo a literatura a respeito da notação microtonal, analisando os modelos fornecidos pelos PatchWork e OpenMusic do IRCAM e tendo também experimentado nas minhas próprias obras musicais com o uso de sinais de acidentes para microtons, resolvi por adotar a seguinte simbologia, dada a sua adequação às minhas necessidades e à disponibilidade dos sinais nos programas de notação CMN (fonte dos glifos utilizados) e Finale (http://www.codamusic.com):
Figura 1. Tabela dos símbolos de acidentes utilizados, em oitavos de tono temperados (os acidentes marcados com [*] não são utilizados no software).
Ao contrário dos modelos de notação do PatchWork e do OpenMusic, que só usam acidentes de sustenidos, pensei em criar uma série de princípios fixos de regras para enharmonização que repartissem ao máximo possível o uso de bemóis e sustenidos. Assim, foram eliminados o uso dos acidentes de alteração de 3/4 de tono (trocados pelos correspondentes sinais de 1/4 de tono vindos do nome de nota vizinho), e dos bemol-mais-oitavo e sustenido-menos-oitavo, que vão de encontro ao "ideal histórico" dos acidentes tradicionais (uma nota bemolizada sendo idealmente mais baixa que a sustenida e vice-versa). O processo de conversão de uma frequência para uma notação começa localizando-se a nota natural ou nota com sustenido mais próxima da frequência a ser convertida e calculando-se um valor de desvio desta para aquela, que será, obviamente, de no máximo 1/4 de tono. Deste ponto, a escolha enharmônica procede de acordo com o seguinte algoritmo:
Figura 2. Tabela de aproximação e conversão enharmônica.
Desta maneira, o NotatorCore prepara, a partir da matriz de quadras fornecida, um arquivo simples de texto com as instruções em postscript necessárias para a impressão gráfica da notação calculada, segundo o formato encapsulated (eps) e os princípios descritos acima.
NoteViewer
Este corresponde ao GUI (graphical user interface), a ser invocado de dentro do Pure Data. Construído em linguagem C com as bibliotecas gtk+ 1.2 e Cairo graphics, o GUI é a parte do software que realiza a tarefa de desenhar numa scrolled window a notação elaborada pelo NotatorCore. São também incluídos no GUI alguns controles clicáveis para navegação e ajuste da imagem, mais um botão para salvar o arquivo eps fabricado pelo NotatorCore. O programa mantém uma matriz de quadras na memória (cada quadra como antes: tempo, duração, frequência e amplitude de uma nota-evento) e, cada vez que esta matriz é alterada, ele aciona o NotatorCore, que então prepara a notação do novo estado atual desta matriz de eventos e lê o eps formado desenhando-o na scrolled window. O NoteViewer comunica-se com o Pure Data via um UNIX socket, recebendo uma nota-evento (quadra) de cada vez, junto com um comando básico, dentre os seguintes possíveis: "add" que adiciona o evento à matriz existente, e "resetadd", que zera a matriz primeiro e depois adiciona a esta o evento. O programa também recebe internamente mais dois comandos: "quit", para desconexão do socket e fechamento de sua janela, e "empty", para zerar a matriz.
Z_visualizer
Este consiste em um objeto/elemento externo de biblioteca confeccionado para o Pure Data, a ser instanciado dentro de um pd patch. Este objeto recebe mensagens (message boxes) de dentro do Pure Data e as repassa interpretadas via UNIX socket para o GUI NoteViewer. As mensagens interpretáveis pelo Z_visualizer são:
[connect] : abre uma janela com o NoteViewer e estabelece um socket de comunicação com este.
[disconnect] : fecha o socket de comunicação com o GUI e fecha a janela deste.[empty] : esvazia a notação de eventos.
[send COMMAND time dur freq amp], sendo este command ou "add" ou "resetadd", segundo explicação acima.
A figura seguinte exemplifica o processo. A notação corresponde ao resultado quando do acionamento do bang button do pd patch.
Figura 3. Exemplo de uso do objeto visualizador [Z_visualizer] no PureData, com a janela do GUI NoteViewer.
Possibilidades de Utilização
No melhor da tradição da Computer-Assisted Composition (CAC) (ver Laurson 1989, Barrière 1990, Assayag et al. 1993 e 1999, Xenakis 1971), este software é especialmente útil para a visualização de dados musicais gerados por algoritmos e análise FFT. A visualização pode ser impressa com qualidade superior (o eps é também facilmente conversível em formato pdf Acrobat Reader por meio do programa eps2pdf de Sebastian Rahtz), podendo assim ser juntada aos materiais de estudo e esboços do compositor. À quantização rítmica tradicional dos programas de CAC preferiu-se optar por uma notação de tipo proporcional, baseada na progressão natural do tempo. Uma "barra-de-compasso" pontilhada em cinza é desenhada a cada segundo para auxílio à leitura.
Sendo que o Pure Data integra eximiamente as funções de cálculo matemático e de Digital Signal Processing (e em tempo real), não há quebra entre os processos de cálculo, análise, ressíntese e visualização de dados musicais. Por exemplo, o notório objeto para análise FFT [fiddle~], de Miller Puckette, pode ser facilmente utilizado para agenciar uma notação musical dinâmica, em tempo real, da evolução do espectro de frequências de um som digitalizado:
Figura 4. Visualização de instantes da análise do espectro de freqüências de dois gongos javaneses.
Em outra experiência, requisitei a simples visualização de uma série harmônica:
Figura 5. Visualização de uma série harmônica de fundamental C2.
Considerações finais
Este programa foi criado inicialmente como um proof-of-concept primeiro de um desejo que eu ainda tenho de tornar o programa OpenMusic do IRCAM obsoleto pela absorção das funções deste ao Pure Data, um programa gratuito, peça de software-livre e amplamente utilizado e apreciado em todo o mundo. Tendo adquirido em diversas outras ocasiões e projetos de programação muitos conhecimentos sobre a linguagem postscript, a programação de sockets, de GUIs em gtk+ e de externals para Pure Data, o uso deste arsenal técnico na confecção de um aplicativo que serviria efetivamente como auxílio à pesquisa para criação sonora foi uma tentação à qual não resisti. No entanto, apenas o uso em projetos reais de criação e pesquisa musicais confirmará a utilidade do aplicativo.
Quanto a possibilidades futuras de desenvolvimento deste projeto, a biblioteca Cairo dá amplas possibilidades de extensão da visualização à plotagem de ondas sonoras, e ao desenho e uso de maquetes, no espírito mesmo original do OpenMusic. Interações via clicagem do usuário por sobre o GUI e por sobre os elementos desenhados podem ser facilmente capturáveis e transferidas de volta ao Pure Data para que sirvam de controle para alguma tarefa qualquer. Adicionar capacidades de processamento de mensagens MIDI também não é difícil. Enfim, há muitas possibilidades. Que venham as idéias.
Referências
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Miller Puckette: http://crca.ucsd.edu/~msp/
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IRCAM - Institut de Recherche et Coordination Acoustique/Musique: http://www.ircam.fr/
jMax: http://freesoftware.ircam.fr/rubrique.php3?id_rubrique=14
OpenMusic: http://freesoftware.ircam.fr/rubrique.php3?id_rubrique=15
Manual de referência: Cairo Graphics API: http://www.cairographics.org/manual/
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Tutorial UNIX Sockets: http://www.cs.rpi.edu/courses/sysprog/sockets/sock.html/
Marcus Alessi Bittencourt é compositor e pianista, doutor e mestre em Composição Musical pela Columbia University de Nova York. Atualmente é professor de Composição e Matérias Teóricas na Universidade Estadual de Maringá.