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Csound Tutorial #07 – Additive Synthese

Die additive Synthese bezieht ihre Theorie von einem Mathematiker namens Fourier. Diese besagt, dass jeder erdenkliche Klang aus einer geeigneten Mischung von vielen einzelnen elementaren Sinusschwingungen erzeugt werden kann. Man kann hiermit komplexe Wellenformen jeglicher Art erzeugen, indem man verschiedene Sinuswellen addiert.

Eine Orgel gehört zu den ersten Synthesizern der additiven Synthese… (Arturia B-3V Instrument)

Eine Orgel stellt einen frühen Vertreter der additiven Synthesizer dar. Mithilfe der Zugriegel kann man Teiltöne der Obertonreihe in Sinusform hinzufügen. Je weiter solch ein Riegel herausgezogen wird, desto lauter wird der Oberton.

Chocolatey – der süße Paketmanager für Windows

Wer schon einmal mit Linux oder MacOS gearbeitet hat, der kennt das Terminal. Der kennt auch die Möglichkeit mit Paketmanagern wie Homebrew (MacOS) oder Apt / Pacman / Yum (Linux) Software zu installieren, deinstallieren oder aktuell zu halten.

Pakete … (Quelle: pexels.com)

Seit ein paar Wochen besitze ich wieder ein Windows Notebook und nach einigen Versuchen mit Linux (meine Musiksoftware wollte nicht so wie ich will…) bin ich zu Windows 10 gewechselt. Wenn ich unter Windows Software installieren will, browse ich zur entsprechenden Seite im Netz, lade die Datei herunter und später installiere ich dann alles. Unter Unix Systemen geht das wesentlich einfacher.

Audio Programmierung: Der Einstieg mit C++

Ziemlich genau vor zwei Jahren habe ich einige Artikel zur VST-Entwicklung mit C++ und JUCE geschrieben und kurze Zeit später aus Zeitmangel nicht fortgesetzt. Ein Jahr später schrieb ich wieder einen ähnlichen Artikel, diesmal ging es um die Entwicklung von eigenen Modulen für das modulare Synthesizer-System VCV Rack. Auch das habe ich nicht wirklich weiter verfolgt.

Vor ein paar Wochen habe ich angefangen Python zu lernen und das hat meine Programmierlust wieder so richtig geweckt. Als ich dann vor ein paar Tagen eine Email von einem Leser des Blogs bekam, der ein paar Fragen zum Thema VST-Programmierung mit C++ und JUCE hatte, war das Feuer wieder entfacht.

Csound Tutorial #06 – Ein kurzer Überblick darüber, wie Csound intern arbeitet…

Wie bereits im letzten Teil angekündigt will ich heute ein wenig die interne Arbeitsweise von Csound beleuchten und das ein oder andere nochmal wiederholen. Es könnte also vielleicht etwas trocken werden … 😉

Csound hält die Trennung von Instrument und Noten strikt ein. Eine Sammlung von Instrumenten nennt man ein Orchester (orchestra) und eine Sammlung von Noten (notes) nennt man Komposition (score). Beides wird in einer .csd Datei gespeichert (man könnte sie auch getrennt in zwei separate Dateien ablegen) und diese Datei ist direkt ausführbar.

Csound unterscheidet zwei unterschiedliche Sampleraten. Die eine ist für Audio Signale (sample rate, sr) und die andere für Kontrollsignale (control rates, kr). Ein typischer Wert für eine Control Rate wäre z.B. ein Zehntel 1/10 der Sample Rate.

Ausgehend vom Nyquist Gesetz für Audiosignale, muss die Sample Rate mindestens doppelt so hoch sein, wie die höchste Frequenz, die wir generieren wollen. Wenn wir also einen Sound mit 20.000Hz (höchste hörbare Frequenz für ein junges, gesundes menschliches Ohr) spielen wollen, muss die Sample Rate mindestens 40.000Hz betragen. Die Wahl der Sample Rate hat immer Einfluss auf die Qualität des hörbaren Audio Signals.

Csound Tutorial #05 – Das Tempo eines Musikstücks…

In Csound hat man auch die Möglichkeit, das Tempo einer Komposition zu ändern. Dafür gibt es ein Statement, das speziell hierfür eingeführt wurde: das t (tempo) Statement. Die Syntax sieht folgendermaßen aus:

t    p1    p2    p3    p4    ...

wobei:

  • p1 (muss 0 sein (Beginn einer Komposition)
  • p2 gibt das Anfangstempo vor (in Beats per minute)
  • p3, p5, … Zeiten in Beats (in nicht-absteigender Reihenfolge)
  • p4, p6, … Tempi für die entsprechenden Beat-Zeiten (p4 ist der Tempowert zur Action-Zeit p3, p6 ist der Tempowert zur Action-Zeit p5, etc…

Csound Tutorial #04 – Frequenzen in Oktaven und Halbtönen, sowie Amplitude in dB…

Wie wir bisher gesehen haben, benötigt ein Oszillator die Frequenz immer in Hertz-Angaben (Hz), genauso muss die Amplitude immer in einer rohen Form (von 0 bis 32.767) angegeben werden. Das ist nicht gerade sehr komfortabel, denn wir drücken unsere Noten nun mal selten in Frequenzen aus, sondern eher in Oktaven und Halbtönen. Csound besitzt dafür einen Tonhöhen Konverter (pitch converter), der die Hertz-Zahl aus einer gegebenen Oktave und Tonhöhenklasse ermittelt (octave point pitch class).

Diese octave point pitch class Darstellung (pch) besteht aus einer Integer-Zahl, die die Oktave angibt und einem Dezimalteil, der die Halbtöne angibt. Die Oktave, die das mittlere C (261,63 Hz) enthält, wurde mit der Zahl 8 festgelegt. Deshalb:

8.00=middle C (261,63Hz)
8.01=C# (277,63Hz)
8.02=D (293,67Hz)
8.03=D# (311,13Hz)
7.09=A below middle C (220Hz)
8.09=A above middle C (440Hz)
9.00=C an octave higher than middle C (523,25Hz)
5.00=the lowest C of a piano (32,7Hz)

Wenn man zuhause bleiben muss, kann man die Zeit auch nutzen und einfach mal eine Programmiersprache erlernen … 6 Gründe um Python zu lernen

Die aktuelle Situation aufgrund von Covid-19 zwingt uns zuhause zu bleiben. Auch wenn viele Menschen noch regelmäßig zur Arbeit gehen, bleibt ein Großteil der Freizeitaktivitäten erstmal aus. Was tun, wenn man das Haus möglichst nicht verlassen sollte? Langweilig wird uns sicherlich nicht, im Zeitalter von Streaming und Smartphones. Aber ist das eine gute Wahl, den Großteil des Tages Simpsons zu schauen? (Eventuell…)

Ich für meinen Teil nutze das Plus an eingeschränkter Freizeit mit dem Erlernen einer neuen Programmiersprache: Python! Zuletzt habe ich mit Csound eine spezielle Sprache für Sound und Synthese in Angriff genommen, aber ich vermisse eine nette Sprache für die „breite“ Programmierung. Eine „breite“ Sprache ist eine, die auf keine besondere Spezialisierung abzielt. Csound, Pure Data und SuperCollider sind Sprachen speziell für Sound- und Audio-Anwendungen; PHP und JavaScript sind für’s Web und LaTeX und HTML sind speziell entwickelt worden um Texte zu verarbeiten oder darzustellen.

Zu den allgemeinen, „breiten“ Sprachen zählen C++, Java, C#, Visual Basic, Perl, Assembler und viele mehr. Warum dann ausgerechnet Python lernen?

Python (Quelle: morioh.com)

Csound Tutorial #02 – Mehr über Instrumente, Funktionen und Routinen…

Im letzten Teil habe ich Grundlegendes zu Instrumenten und deren Kompositionen (Scores) geschrieben, diesmal möchte ich auf ein paar weitere Details hierzu eingehen.

Die GEN10 Routine

Das letzte mal habe ich die GEN10 Routine benutzt, um eine simple Sinuswelle zu erzeugen. Man kann aber noch viel mehr mit dieser Routine anstellen. Ich könnte beispielsweise ein Funktion mit fünf harmonisch verknüpften Sinuswellen erstellen, einfach indem ich die 1 fünf mal hinter den GEN Typen schreibe.

f1  0  4096  10   1    1    1    1    1

Alle Partiellen haben dieselbe Amplitude. GEN10 erstellt ausschließlich harmonische Komponenten, somit müssen wir der Routine nicht extra sagen, dass die Relationen harmonisch sein sollen. Wenn ich im Instrument also die Grundfrequenz ändere, werden automatisch alle Partiellen angepasst. Z.B. wenn die Grundfrequenz 220Hz beträgt, dann wird die zweite Harmonische 440 und die dritte 660 sein. Wenn wir die Fundamentale nun auf 100Hz ändern, wird die zweite zu 200 und die dritte zu 400 geändert.

Csound Tutorial #01 – Von Orchestern und Kompositionen…

Um in Csound Sound zu generieren, muss der Programmierer eine Textdatei erstellen. Die .csd Datei. In dieser Datei sind zwei grundlegende Bestandteile enthalten:

  1. Das Orchester (Orchestra)
  2. Die Komposition (Score)

In älteren Versionen der Programmiersprache wurde diese beiden Komponenten in zwei unterschiedliche Dateien geschrieben (.orc und .sco), aber mittlerweile sind es einfach zwei verschiedene Abschnitte in der Csound Datei. Sie beschreiben zum einen aus welchen Komponenten unser virtuelles Instrument (Orchestra) besteht und zum anderen die Operationen, die wir mit ihm ausführen wollen (Score). Es bestünde aber immer noch die Möglichkeit, die Teile in zwei unterschiedliche Dateien unterzubringen.

Das Grundgerüst einer .csd Datei besteht also aus einem oder mehreren Instrumenten und einem Score. Außerdem gibt es vorher noch einen Abschnitt, in dem gewisse Einstellungen vorgenommen werden können. Diese drei Bestandteile werden in den <CsoundSynthesizer> Block geschrieben. Alles was innerhalb dieses Blocks beschrieben wird, wird nachher auch verarbeitet.

Csound – Eine Programmiersprache für Sound Design, Synthese und Komposition…

Csound wurde in 80ern des letzten Jahrhunderts von Barry Vercoe am Massachusetts Institute of Technology (MIT) entwickelt. Im Grunde ist Csound ein direkter Nachfahre der ersten Programmiersprache für elektronische Musik von Max Mathews: Music N. Csound ist kostenlos und wird unter der LPGL Lizenz verbreitet. Das System wird von einer Handvoll Entwickler gepflegt und erweitert und außerdem von einer großen Community unterstützt.

Es gibt nur wenige Dinge, die man mit Csound in Bezug auf Audio nicht anstellen kann. Csound kann Audiomaterial offline rendern oder in Echtzeit eingesetzt werden. Es kann mithilfe von MIDI oder OSC gesteuert werden und es gibt eine riesige Sammlung an Tools zur Sound Synthese und zum Verbiegen von Sounds.

CsoundQT – Ein Frontend für Csound (Quelle: csound.com)

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