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Controllo in tempo reale di strumenti Csound Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Relazione di Filippo Bergamo.

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Presentazione sul tema: "Controllo in tempo reale di strumenti Csound Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Relazione di Filippo Bergamo."— Transcript della presentazione:

1 Controllo in tempo reale di strumenti Csound Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Relazione di Filippo Bergamo

2 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Perché Csound in tempo reale? Multipiattaforma → il codice sviluppato può essere utilizzato senza modifiche su qualunque macchina Linux/Mac/Win che abbia i necessari moduli Csound installati. Offre sia controllo completo a livello elementare (oscil ecc.), sia metodi già implementati a livello complesso (pluck, reverb, delay,...) Buona reperibilità di pattern e UDO. Comunità di discussione e sviluppo molto attiva.

3 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Fine-tuning per il tempo reale Lavorare in tempo reale pone un problema fondamentale: la latenza. Non è trascurabile ai fini dell'esecuzione musicale. E' sempre presente, indipendentemente dal sistema specifico. Macchine odierne → processori potenti e grande quantità di RAM (relativamente al fabbisogno) Latenza minimizzabile fino a livelli trascurabili. Necessari accorgimenti e impostazioni per ottimizzare le risorse: Ottimizzazione codice + “tweaking” parametri

4 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Ottimizzare il codice (1) ● A parità di punti in tabella oscili produce un output più definito, tuttavia impegna circa il DOPPIO di cpu rispetto a oscil. → maggiore latenza di calcolo! ● L'occupazione di memoria non è critica. Dimensioni memoria allocata non impoveriscono latenza. Surplus di memoria a disposizione. ● Soluzione: utilizzo di oscil “grezzo”, con dimensioni maggiori della wavetable: oscil con punti è più definito rispetto ad oscili con 1024 punti!

5 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Ottimizzare il codice (2) ● Evitare istruzioni condizionali e branch (if, goto...) ● Ottimizzare operazioni matematiche: dove possibile evitare divisioni e sostituirle con moltiplicazioni per l'inverso (es. kvar / 4 diventa kvar * 0,25) ● Con i-variabili: Moltiplica solo ad inizializ. ivol midictrl 7 aout oscil ivol*200, 1000, 1 Moltiplica ad ogni k-time ivol midictrl 7 ivol = ivol*200 aout oscil ivol, 1000, 1 VS.

6 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Tweaking Come funziona Csound? Buffer DAC Buffer memoria Motore di calcolo Campioni audio

7 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Tweaking Calcola campioni audio (impiega tempo CPU) Buffer DAC Buffer memoria Motore di calcolo Campioni audio

8 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Tweaking Scrive i campioni in un buffer nella propria porzione di memoria Buffer DAC Buffer memoria Motore di calcolo Campioni audio

9 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Tweaking Quando il buffer interno è pieno, trasferisce al DAC l'intero blocco di campioni Buffer DAC Buffer memoria Motore di calcolo Campioni audio

10 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Tweaking Il DAC consuma il proprio buffer interno, producendo in output l'equivalente segnale analogico Buffer DAC Buffer memoria Motore di calcolo Campioni audio

11 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Tweaking – buffers (1) ● Le dimensioni del buffer interno a Csound (e di quello del DAC) influenzano latenza e definizione del suono ● Finchè Csound non ha riempito il proprio buffer interno NON passerà alcun campione al DAC → nessun output ● Buffer grandi aumentano latenza ● Buffer ristretti aumentano rischio di lacune nello stream audio (salto di campioni)

12 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Tweaking – buffers (2) ● Esempio: buffer di 1024 campioni sr=44100 → 23.2 ms di audio (mono) Csound ha 23.2 ms per riempire nuovamente il buffer, prima che il DAC esaurisca i campioni, producendo una lacuna nello stream audio. ● Quanto tempo impiega Csound a produrre 1024 campioni? Dipende dal codice, dalla potenza di calcolo della macchina, dallo scheduling,... ● Dimensioni del buffer gestite empiricamente

13 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Tweaking – buffers (3) ● Formula guida per il calcolo della latenza MAX: MAX_LAT= (buff_sw + buff_hw) * nchnls / sr ● Esempio: sr = ● buff_sw=1024, buff_hw=256, stereo ● latenza max = 0,058 sec (58ms) → eccessiva! ● Massima latenza tollerabile in esecuzione musicale = 20ms

14 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Tweaking – buffers (4) ● Per cambiare le dimensioni dei buffer: ● Da riga di comando: csound -b [buffSW] -B [buffHD] nomefile.csp ● Da file csp: -b [buffSW] -B [buffHD] ● [buffSW]= dimensioni buffer interno a Csound ● [buffHD]= dimensioni buffer DAC ● Entrambi devono essere potenze di 2!!!

15 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Tweaking – altri parametri ● Alzare il k-rate. K-rate più alti generano minor numero di campioni per periodo, quindi minor latenza, a spese della risoluzione temporale. ● Impostare scheduling a priorità più alta per Csound (disponibile sotto linux/ALSA richiede privilegi root) ● tag --sched ● Cambiare i driver di gestione audio: Csound usa di defauld PortAudio, multipiattaforma. Risultati migliori possono essere ottenuti con driver specifici al OS (ALSA, ASIO, …) ● tag -+rtaudio=[nome_driver]

16 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Input / Output in tempo reale ● Di default Csound scrive l'output su file. ● È necessario reindirizzare l'output alla scheda audio ● tag -o dac[numDAC] ● Per ottenere elenco dei dac disponibili: -o dac99 ● Diverse modalità di controllo dell'esecuzione:  MOUSE  ASCII KEYBOARD  WIDGETS (sliders, bottoni, ecc..)  MIDI

17 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Controllo via mouse - xyin L'opcode xyin ritorna la posizione del puntatore del mouse, in termini di coordinate x, y e la scrive sulle due k-variabili kx, ky Sintassi: kx, ky xyin iprd, ixmin, ixmax, iymin, iymax [, ixinit] [, iyinit] iprd = periodo di refresh (tipicamente 0.1s) Ixmin, ixmax, iymin, iymax = dimensioni della finestra entro cui si muove il puntatore ixinit, iyinit = valori iniziali di x e y (facoltativi)

18 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Controllo via mouse - xyin ESEMPIO XYIN: File xyin.csd controllo di frequenza centrale e ampiezza di banda in un filtro passa banda risonante su rumore bianco

19 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Controllo via tastiera ascii ● L'opcode FLkeyIn fa parte della famiglia FLTK (Fast Light Tool Kit, libreria grafica open source). È utilizzabile dopo aver definito un pannello FLpanel entro il quale sono ascoltati gli input. ● Quando il focus è sulla finestra lanciata da FLpanel, ritorna il codice ascii di un tasto premuto, o il codice ASCII * -1 al rilascio del medesimo tasto. ● È quindi possibile utilizzare i tasti ASCII per gestire variabili di controllo come frequenza e ampiezza.

20 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Controllo via tastiera ascii (2) ● È un metodo di controllo limitato. ● Non è implementabile in polifonia (le note sono comunque allocate staticamente nello score). ● I codici ASCII non sono ordinati seguendo la disposizione dei tasti → occorre mappare ogni singolo codice ad un corrispondente valore utile → esempio: tastiera cromatica 1 ottava

21 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Controllo via tastiera ascii ESEMPIO FlkeyIn: File keymap.csd controllo della frequenza di un semplice oscillatore digitale tramite tastiera ASCII con mappatura in ftable GEN17. La riga di tasti da [a] a [ù] compone una tastiera cromatica a 12 semitoni / 1 ottava.

22 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Controllo via Widgets FLTK ● FLTK, libreria che offre metodi grafici per lo sviluppo di interfacce. Modulo incluso in Csound di default. ● Consente la creazione di finestre contenenti slider, bottoni, contatori, ecc. ● I controller così creati modificano in tempo reale parametri a k-rate ● Esempio: gestione di portante, modulante e volume in un semplice esempio di sintesi FM

23 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Controllo via Widgets FLTK ESEMPIO FLTK: File widgets.csd gestione di portante, modulante e volume con knob e slider grafici controllati via mouse. Un semplice esempio di sintesi FM (opcode foscil)

24 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Controllo via Widgets FLTK (2) Per maggiori dettagli e specifiche complete:

25 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Controllo via MIDI – Perché? ● È il metodo di controllo privilegiato per una efficacie gestione in tempo reale di Csound ● MIDI è lo standard che garantisce alto livello di di interoperabilità tra diversi ambienti di generazione del suono. Codice trasparente all'esecutore musicale, che ha a disposizione un metodo di controllo familiare (tastiera) ● Offre metodi per un controllo (quasi) totale della performance musicale. ● Csound offre un'interfaccia completa e già implementata per la gestione di messaggi MIDI, attraverso una collezione di opcode dedicati.

26 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Score-activated VS. MIDI-triggered (1) ● Attivazione degli strumenti non più attraverso lo score, ma con messaggi di NOTE-ON letti attraverso opcode. ● Uno strumento diventa automaticamente MIDI- triggered se contiene almeno un opcode di lettura MIDI (es. cpsmidi, ampmidi) ● MIDI e score possono coesistere anche per lo stesso strumento (vengono allocate più istanze), con opportuni opcode

27 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Score-activated VS. MIDI-triggered (2) ● Uno strumento MIDI necessita sempre e comunque di essere attivato da un messaggio NOTE-ON sul relativo canale (opcode cpsmidi), anche se non deve riprodurre alcun suono. NOTE-ON alloca un'istanza dello strumento ed inizia l'esecuzione (equivalente ad una i- statement) ● Gli opcode MIDI (ampmidi, cpsmidi, midictrl..) non supportano l'interazione con eventi dello score (comportamento imprevedibile) ● Sono necessari opcode specifici “MIDI-oriented” per garantire tale interazione

28 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Score-activated VS. MIDI-triggered (2) ● Opcode MIDI l'informazione di canale non è esplicita. I canali 1-16 vengono assegnati agli strumenti 1-16, non possono interagire con istanze allocate da score. (ampmidi, cpsmidi, midictrl,...) ● Opcode MIDI-oriented leggono informazione da porta midi, ma non necessitano di noteon (strumento interamente score- activated) l'informazione di canale è passata esplicitamente all'opcode, questo garantisce comportamento stabile nello score.

29 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound Tag per MIDI realtime ● Per attivare il controllo MIDI in realtime è necessario specificare la porta (reale o virtuale) su cui Csound si mette in ascolto: tag -M[numeroporta] (default -M0) ● É inoltre possibile specificare il driver (default PortMidi): tag -+rtmidi=[nomedriver] ● Per comodità useremo controller virtuale integrato in Csound: tag -+rtmidi=virtual

30 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound MIDI - Esempi ESEMPIO MIDI: File midi.csd Strumento midi corda pizzicata (opcode pluck). Generazione di una catena virtuale del suono (opcodes “connect”, “alwayson”) e gestione di porte virtuali (opcode “outleta”). Output instradato ad uno strumento riverbero, con decay time controllato via midi (opcode ctrl7)

31 Programmazione timbrica (Prof. Luca A. Ludovico) Controllo in tempo reale di strumenti Csound MIDI – opcode fondamentali Lettura di informazioni nota: ifreq cpsmidi – restituisce la frequenza di un noteon cpsmidib – variante sensibile a pitch wheel ivel ampmidi iscal – restituisce la velocity scalata ad iscal Ivel veloc [, imin, imax] – restituisce velocity entro valori imin-imax (valori esterni mantengono l'ultimo valore) Lettura valori controller: kctrl midictrl inum [, imin, imax] – restituisce il valore del controller numero inum tra imin-imax. (solo midi) [i,k,a]ctrl ctrl7 ichn, inum, kmin, kmax – restituisce il valore del controller inum su canale ichn (score-comp.)


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