INFINIT SOUND FX Presentado por: DANIEL ROSERO ANTONIO ...
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INFINIT SOUND FX Un procesador de efectos que propone nuevas formas de expresión y control en los instrumentos musicales. Presentado por: DANIEL ROSERO Director: ANTONIO JOSE RODRIGUEZ PROYECTO DE GRADO UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL CALI PROGRAMA DE INGENIERIA MULTIMEDIA FACULTAD DE INGENIERIA COLOMBIA 2015
Transcript of INFINIT SOUND FX Presentado por: DANIEL ROSERO ANTONIO ...
INFINIT SOUND FX
Un procesador de efectos que propone nuevas formas de expresión y control en los instrumentos
musicales.
Presentado por:
DANIEL ROSERO
Director: ANTONIO JOSE RODRIGUEZ
PROYECTO DE GRADO
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL CALI PROGRAMA DE INGENIERIA MULTIMEDIA
FACULTAD DE INGENIERIA COLOMBIA
2015
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TABLA DE CONTENIDO
1. Introducción ............................................................................................................................. 7
2. Objetivos ................................................................................................................................. 11
2.1 Objetivo General ................................................................................................... 11
2.2 Objetivos Específicos ............................................................................................. 11
3. Marco Teórico ........................................................................................................................ 12
3.1 Antecedentes ....................................................................................................... 12
3.2 Conceptos: ........................................................................................................... 16
3.3 Hardware: ............................................................................................................. 20
4. Descripción del Sistema ......................................................................................................... 26
4.1 Subsistema de procesamiento de audio: .............................................................. 29
3
4.2 Subsistema de expresión: ...................................................................................... 33
4.3 Subsistema de selección de efecto: ....................................................................... 37
4.4 Mapeo gestual presente en ISFx ........................................................................... 41
5. Pruebas y Resultados ............................................................................................................. 45
5.1 Pruebas técnicas: .................................................................................................. 50
5.2 Pruebas de satisfacción de usuario en prototipo final. .......................................... 66
6. Conclusiones y Trabajos Futuros ............................................................................................ 69
7. Referencias ............................................................................................................................. 71
8. Anexos ................................................................................................................................... 74
8.1 Código de fuente PD-Extended: ............................................................................74
8.2 Hardware (Diagramas y códigos de programación microcontroladores) ............... 89
8.3 Cuestionario satisfacción de usuarios finales en ultima versión de ISFx. ............... 93
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TABLA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1. Guitarrista haciendo uso de pedal de expresión tradicional. .............................. 9
Ilustración 2. Guitarra española "Vibrola" de Rickenbacker. ................................................. 12
Ilustración 3. Leon Theremin interpretando su instrumento homonimo. .............................. 13
Ilustración 4. Dispositivo "Hot Hand" de Source Audio. ......................................................... 15
Ilustración 5. Dispositivo "Guitar Wing" en guitarra eléctrica. .............................................. 16
Ilustración 6. Pedal análogo Delay de BOSS ........................................................................ 18
Ilustración 7. Estructura de un instrumento musical digital. (Wanderley, 2004) ................... 19
Ilustración 8. Tarjeta de sistema embebido UDOO. ............................................................. 21
Ilustración 9. Ejemplo de funcionalidad de un acelerómetro de 3 ejes. ................................. 23
Ilustración 10. Esquema general del sistema ISFx ................................................................. 27
Ilustración 11. Prototipo actual de subsistema de procesamiento de audio. ......................... 29
Ilustración 12. Diseño tentativo de subsistema de procesamiento de audio. ......................... 31
Ilustración 13. Diagrama de flujo - Subsistema de procesamiento de audio. ........................ 32
Ilustración 14. Prototipo actual del subsistema de expresión. ............................................... 33
Ilustración 15. Funcionalidad de subsistema de expresión.................................................... 34
Ilustración 16. Diseño tentativo de subsistema de expresión. ............................................... 35
Ilustración 17. Diagrama de flujo - Subsistema de expresión. ............................................... 36
Ilustración 18. Prototipo actual del subsistema de selección de efecto. ................................ 37
Ilustración 19. Diseño tentativo de subsistema de selección de efecto. ................................ 38
Ilustración 20. Diagrama de flujo - Subsistema de selección de efecto. ................................ 40
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Ilustración 21. Primeras pruebas de ISFx en la Universidad de San Buenaventura. ............... 46
Ilustración 22. Esquema de sistema general de primera versión de ISFx. ..............................47
Ilustración 23. Interfaz Gráfica Usuario (GUI), primera versión ISFx. .................................... 48
Ilustración 24. Sistema embebido Raspberry Pi B. ............................................................... 50
Ilustración 25. Configuración Pd-extended en UDOO. ......................................................... 52
Ilustración 26. Pruebas con entrada/salida de ISFx en osciloscopio. ...................................... 53
Ilustración 27. Mediciones señal cuadrada procesada en ISFx. ............................................. 54
Ilustración 28. Primera etapa. Accesorio de selección de efecto. ......................................... 56
Ilustración 29. Primera etapa. Esquema propuesta Bluetooth/WIFI ..................................... 58
Ilustración 30. Accesorio de subsistema de expresión en la Primera Etapa. .......................... 59
Ilustración 31. Primeras pruebas de mapeo gestual. ............................................................. 61
Ilustración 32. Respuestas de la muestra ante la consulta sobre el instrumento que se
interpreta. ................................................................................................................................... 63
Ilustración 33. Respuestas de la muestra ante la consulta sobre el uso de efectos en la
interpretación. ............................................................................................................................. 64
Ilustración 34. Respuestas de la muestra ante la consulta sobre la predilección sobre el tipo
de efectos. ................................................................................................................................... 64
Ilustración 35. Respuestas de la muestra ante la consulta sobre las desventajas del uso de los
procesadores de efectos. ............................................................................................................. 65
Ilustración 36. Resultados de evaluación de la inclinación como nueva forma de control
gestual de expresión. ................................................................................................................... 66
Ilustración 37. Respuestas de la muestra ante la consulta sobre la naturalidad de la usabilidad
de ISFx. .........................................................................................................................................67
6
Ilustración 38. Resultados de evaluación de la propuesta de patrones punta-talón para
selección de efectos. .....................................................................................................................67
Ilustración 39. Resultados ante consulta interés en versión final comercial de dispositivo ISFx.
.................................................................................................................................................... 68
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1. Introducción
En la década de 1930 las primeras guitarras amplificadas irrumpieron en la escena musical de
la mano de la casa Gibson. Sin embargo, debido a su tecnología primitiva de amplificación del
sonido, éste instrumento se vería aún relegado a un segundo plano en donde no protagonizaba
durante el performance, sino que era parte del acompañamiento de fondo en el ensamble (Grimes
G. , 2011).
Por aquél mismo período, las Big Bands eran reconocidas como el ensamble estelar de la
escena musical, los protagonistas y celebridades de estas agrupaciones particularmente eran los
instrumentos de viento (en especial la trompeta), los cuales disponían de mayor tiempo para
improvisar en el escenario. Esta situación específica es la que provoca la necesidad del músico
guitarrista de rebuscar una forma para impulsar su sonido, dejando de lado el soporte armónico
que era la única responsabilidad de la guitarra y tomando las riendas de la melodía, la guitarra y su
intérprete querían destacarse en escena exprimiendo cada posibilidad que las seis cuerdas
pudieran brindar. (Grimes G. , 2011)
Fue así como a través del tiempo varias casas fabricantes de instrumentos se dedicaron a
desarrollar diferentes estrategias para destacar el sonido de la guitarra. Como ejemplo se
encuentra la referencia al primer proceso/efecto/pedal comercial, desarrollado por la reconocida
casa de producción de instrumentos Gibson, llamado “Maestro Fuzztone FZ1”; fue lanzado al
mercado en 1962 y su uso más reconocido se hizo en el éxito de Rolling Stones “(I can’t get no)
Satisfaction”. (Fuzzeffect.com, 2011)
8
Hoy en día se pueden encontrar grandes desarrollos en este nicho, donde ya existen
compañías dedicadas a la elaboración y fabricación de efectos, procesos y síntesis de los
instrumentos; no solo se enfatiza en la guitarra eléctrica, sino que se incluyen otros instrumentos
musicales como el bajo eléctrico, violines e instrumentos clásicos, vientos, percusión e incluso la
voz. Estos efectos hacen parte de la indumentaria y herramienta tanto del ámbito profesional
como del mundo amateur del músico.
Son los desarrollos de este nicho los que de una u otra forma crearon géneros y tendencias
que transformaron la música, haciendo que ésta haya mutado al mismo tiempo que la tecnología
proveía nuevas formas de expresión. Sin embargo, la discusión permanente que ha provocado la
tecnología ha llevado a los músicos, como usuario principal a ser los mismos agentes de
exploración e innovación en los procesos de síntesis de su sonido. Han sido ellos quienes han
llevado su uso, sus comodidades y sus preferencias al desarrollo de nuevos productos para su
beneficio. Un ejemplo de una innovación así era la que hacía Dave Davies líder de la banda The
Kinks cuando sienta las primeras bases de la sensación del Heavy Metal y el Hard Rock, que
buscando expresar sus sentimientos de enojo a través de su guitarra en 1964 (Metter, 2014)
decide cortar con una cuchilla el cono del altavoz de su amplificador “Elpico” mientras la banda
grababa en los estudios IBC en Londres.
Es éste fenómeno lo que finalmente llama la atención de ésta investigación, en específico
por cómo usan los músicos estos productos el día de hoy y proyectando cómo se podría innovar
aprovechando las discusiones internas sobre la tecnología que el siglo presente tiene disponible,
por ejemplo entre la preferencia por lo análogo y lo digital, por lo inalámbrico o lo conectado, por
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la portabilidad, o simplemente por el sello particular que cada músico quiera darle a su sonido. Es
por esto que durante el proceso de trabajo de campo (investigación expuesta al final de este
documento), se realizó una exploración que lleva a centrar este trabajo en dos problemáticas
claras para los músicos activos en el uso de procesos/efectos para sus instrumentos musicales,
estas situaciones son las que en su mayoría inquietan a los músicos amateurs y profesionales en el
contexto colombiano en especial:
• Dependencia a la estación estática de pedales/procesos durante interpretación en escena.
• Tendencia a estandarización de control y usabilidad de procesos/efectos mediante pies
(Pedales) como lo muestra la Ilustración 1.
Las situaciones mencionadas han hecho que la investigación dirija sus esfuerzos a través de
la ingeniería multimedia, la disciplina más cercana al ámbito de construcción del sonido para el
músico, a responder a las problemáticas presentes en su cotidianidad con respecto al usanza de
Ilustración 1. Guitarrista haciendo uso de pedal de expresión tradicional.
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efectos, haciendo uso de conceptos y contenidos que ese encuentran en la línea de Audio y
Procesamiento de Señales Digitales. Se puede afirmar que es posible desarrollar un procesador de
audio por medio del tratamiento de la señal a tiempo real, con el uso de la variedad de sensores
asequibles en el mercado para aportar nuevas formas de mapeo gestual al intérprete,
permitiéndole un nuevo enlace de control a los parámetros que acompañan los efectos. Al mismo
tiempo, es factible ofrecer al usuario una forma usable e innovadora para desprenderse de la
estación estática de pedales, ya que después del análisis de la información capturada durante el
trabajo de campo (esta información podrá ser consultada al final del documento, con sus
respectivos anexos que sustentan la investigación), se sabe que ésta condición va en contra de la
expresión natural y gestual que posee una persona que se encuentra interpretando un
instrumento musical en escena.
Todo lo anterior converge en la creación de Infinit Sound Fx, un sistema que busca darle al
intérprete nuevos modos de expresión con su instrumento a través de mapeo gestual, al igual que
potencializar la libertad de su performance en escena.
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2. Objetivos
2.1 Objetivo General
Desarrollar un prototipo de procesador de audio que le permita al interprete una nueva
forma de expresión, así como control de efectos en el escenario, involucrando en el proceso
integración tanto de hardware como software.
2.2 Objetivos Específicos
Realizar una investigación en la temática del mapeo gestual en los instrumentos,
considerado el eje central en el marco teórico para este proyecto.
Explorar el uso de sensores de medidas físicas y definir una propuesta para el
proceso de aportar una nueva forma de expresión (movilidad corporal natural).
Igualmente, definir una propuesta para la problemática del anclaje a la estación de
pedales durante interpretación en escena.
Desarrollar e integrar en PUREDATA tanto la lógica de control, como los diferentes
efectos que tendrá disponible el usuario del dispositivo.
Definir el uso de tecnologías portables como los sistemas embebidos, para la
correcta optimización de las propuestas hacia un prototipo con mayor facilidad de
transportar.
Evaluar el desempeño del dispositivo final, como prototipo resultante del proceso
reflejado en este documento.
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3. Marco Teórico
A continuación se expondrá la teoría considerada importante para la comprensión de este
proyecto. Por motivo de organización de la información, se ha categorizado esta sección en tres
grupos: Antecedentes, Conceptos y Hardware.
3.1 Antecedentes
En los años 30, la casa productora de instrumentos estadounidense Rickenbacker desarrolla
la guitarra española “Vibrola”, incorporando un efecto de trémolo que implementa un sistema
mecánico de poleas, consiguiendo así hacer vibrar el puente de la guitarra y generando el efecto
conocido hoy como vibrato. (Grimes G. , 2011)
Ilustración 2. Guitarra española "Vibrola" de Rickenbacker.
El “Theremin”, siendo un instrumento desarrollado a principios de los años 20 por el físico
Leon Theremin, aun hoy en día es un importante precedente sobre la alternativa en desarrollo de
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instrumentos con nuevos paradigmas de control de expresión. Este aparato surge debido a la
investigación de su autor tratando de desarrollar una especie de “Sonar Terrestre”, que mediante
el uso de principios de electromagnetismo, hacía uso de un campo para la detección y sensado del
ingreso de objetos a áreas delimitadas (Grimes G. , 2011). Este instrumento determina la
proximidad de las manos de su intérprete en el campo electromagnético que se encuentra entre
las dos antenas que lo compone y usa esta información para generar el sonido. Debido a su
heterodoxa técnica necesaria para su ejecución, este instrumento poseía una complejidad y
dificultad bastante considerable para su interpretación (Apple Documentation, 2010).
Ilustración 3. Leon Theremin interpretando su instrumento homonimo.
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El accesorio “Hot Hand” desarrollado por Source Audio resulta ser uno de los precedentes del
mercado actual más acorde con la problemática planteada en este proyecto. Este artefacto
consta de un acelerómetro de 2 ejes en su hardware y se vale de las funciones trigonométricas
para deducir la posición relativa del sensor a la superficie de la tierra, de esta forma logra
aportarle al intérprete un nuevo control de expresión en este accesorio en forma de anillo. La
compañía desarrolladora de este producto expone que su concepto consiste en hacer la expresión
y el control de los efectos parte del performance del artista en vivo (Remiganti, 2012). Este
producto se comercializa en dos versiones: La primera corresponde a su uso como entrada de
control de expresión (una entrada que se encuentra en la mayoria de procesadores, para añadir un
pedal de expresion de pie regular), bajo el nombre de “Hot Hand 3 Wireless Effects Controller”. La
segunda corresponde a su uso como controlador wireless MIDI bajo el nombre de “Hot Hand
USB”, de tal forma, que este accesorio, via conexión USB, se convierte en un nuevo modo de
control. Estos accesorios fueron lanzados a principio del 2014 en la reconocida exhibición mundial
de productos musicales NAMM. (Source Audio LLC, 2014).
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Ilustración 4. Dispositivo "Hot Hand" de Source Audio.
El dispositivo ”Guitar Wing” se desarrolla como un proyecto en la plataforma Kickstarter.
Este accesorio de aspecto futurista, se promociona como una extensión a cualquier instrumento
musical. Se compone de una serie de superficies sensibles a la presión, faders, switches y botones
de función programables, con la funcionalidad MIDI de forma similar al “Hot Hand USB”. “Guitar
Wing” posee un acelerómetro de 3 ejes (XYZ) permitiendo así nuevas opciones de expresión para
el intérprete. (Smith, 2014)
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Ilustración 5. Dispositivo "Guitar Wing" en guitarra eléctrica.
3.2 Conceptos:
Efectos/Procesos para Instrumentos:
Los efectos para instrumentos (también conocidos en el medio musical como procesos) son
todos aquellos que afectan la señal “limpia” del instrumento en ejecución, es decir, la señal pura
resultante del sistema de amplificación del instrumento. Existen dos grandes categorías creadas
de acuerdo con la forma en la que se procesa la señal: efectos análogos y efectos digitales.
Digamos Que tiro un verbo Aquí
Por efectos análogos encontramos a todos aquellos que tratan con la señal pura del instrumento,
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no realizan ninguna conversión ADC1, por lo cual no se hace ningún proceso de muestreo y
cuantización de la señal; procesos que si son realizados cuando se usan señales digitales.
Entre los efectos más usados, se encuentran:
Wah: Es una alteración del tono de la señal que crea un efecto distintivo
proporcionando un color que imita la voz humana diciendo la silaba “wah”
(Onomatopeya). Este es un efecto muy expresivo.
Delay: Puede ser visto como un efecto de “retardo y repetición” de la señal, donde
se hace un almacenamiento temporal de la señal y se vuelve a reproducir después de
un periodo de tiempo proporcionado como parámetro por el usuario.
Reverberación: Es una emulación digital del efecto físico de la reflexión del sonido
ante un espacio. Un ejemplo clásico de reverberación es el color característico del
sonido en una iglesia, o el comportamiento del sonido en un espacio sin presencia de
obstáculos.
Distorsión: Es la alteración directa de la forma de la onda, dando un color de
“saturación” en la señal final.
1 ADC: Convertidor análogo-digital (Analog-to-digital converter).
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Ilustración 6. Pedal análogo Delay de BOSS
Mapeo Gestual:
La teoría expuesta a continuación es una adaptación e implementación de la estructura de
un instrumento digital expuesta por Wanderley en su paper “Gestural Control of Music“
(Wanderley, 2004). Esto es puro texto para llenar mi bien vamos a acomodar.
Considérese un músico interpretando un instrumento en vivo. En su performance el músico
ejecuta diferentes gestos, algunos de estos funcionales (el ataque de la púa o pick sobre las
cuerdas en una guitarra), pero otros corresponden a la expresión corporal natural como respuesta
fisiológica a la interpretación (saltos, muecas).
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Ahora bien, todo instrumento musical puede ser analizado bajo el siguiente esquema, en donde
se identifican dos partes principales:
Unidad de control gestual: Es la entrada funcional al instrumento donde se hace el proceso
de interacción directo a través de gestos del músico, definiendo así la mecánica de interpretación.
Tómese como ejemplo un redoblante, en donde la unidad de control gestual es el parche y éste
recibe el gesto percutivo del baterista con las baquetas como medio.
Unidad de generación de sonido: Hace que el instrumento tenga una salida audible. Sin
embargo, este concepto no está limitado solo a la estructura y el mecanismo físico o eléctrico de
un instrumento común, sino que también en esta unidad se tiene en cuenta algoritmos de síntesis
digital de la señal y sus controles (para el caso de los instrumentos musicales digitales). Empléese
como ejemplo la caja de resonancia del redoblante y todo lo que la compone como la unidad de
generación de sonido del instrumento.
Ilustración 7. Estructura de un instrumento musical digital. (Wanderley, 2004)
20
Bajo este esquema, se pueden definir los instrumentos acústicos como aquellos donde la
interfaz de control gestual y la unidad de generación de sonido se encuentran unidas entre sí. Si
se analiza una guitarra acústica identificará que la interfaz de control gestual, en este caso los
trastes en el mástil y la caja de resonancia, son a su vez la unidad responsable de la generación de
sonido del instrumento. Ahora bien, un instrumento musical digital (DMI2) se define como un
instrumento que contiene la unidad de control gestual separada de la unidad de generación del
sonido, contrario a un instrumento acústico.
De esta forma, el mapeo gestual es la acción que conecta la medida de un gesto a una
variable o parámetro que influya o tenga una respuesta en la unidad de generación del sonido.
Los gestos pueden ser adquiridos de forma directa mediante el uso de sensores, obteniendo así
medidas físicas del gesto del intérprete (presión, desplazamiento, aceleración, inclinación, etc.)
3.3 Hardware:
Sistemas embebidos:
Piense por un momento en miniaturizar la funcionalidad de una computadora personal a una
tarjeta de dimensiones no muy lejanas a una tarjeta de crédito. Un sistema embebido resulta ser
algo muy cercano a lo mencionado anteriormente, sin embargo es importante tener en cuenta
que el coste de contar con tanta portabilidad (dada las dimensiones) implican características y
2 DMI: Instrumento musical digital(Digital Music Instrument)
21
especificaciones reducidas, como por ejemplo una cantidad limitada de memoria RAM. (Llinares,
2005). Este tipo de computadoras, también llamadas “Computadoras de una sola tarjeta” (one
board computers) se encuentran en la mayoría de electrodomésticos y dispositivos con los que
interactuamos en nuestro entorno cotidiano: hornos microondas, cajeros, ascensores, equipos de
audio e incluso nuestro propio automóvil (Llinares, 2005) (Estrin D, 2000).
Ilustración 8. Tarjeta de sistema embebido UDOO.
En lo que compete a este proyecto, se hace uso de una tarjeta embebida UDOO Dual,
corriendo el sistema operativo UBUNTU en su versión 14.04. Ésta placa cuenta con las siguientes
características: (UDOO Enterprise., 2013)
Procesador Freescale i.MX 6 ARM Cortex-A9 CPU Dual de 1GHz
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Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 CPU
RAM DDR3 1GB
76 pines GPIO (Pines de entrada/salida de propósito general)
Salida HDMI
Ethernet Rj45 (10/100/1000 Mbit)
Módulo WiFi
Entrada de micrófono y Salida de audio 3.5mm
En el proceso del desarrollo del prototipo del sistema ISFx se realizó una prueba con otras
tarjetas de sistema embebido populares en el mercado: Raspberry Pi y Pandaboard. Sin
embargo, UDOO resultó ser la tarjeta ideal para el desarrollo de este proyecto, debido a que
registró un mejor performance en términos de latencia.
Acelerómetro:
Este sensor es capaz de medir la aceleración en los 3 ejes: X, Y y Z. Como este dispositivo
detecta la aceleración de la gravedad terrestre, puede hacer uso de sus lecturas para obtener el
ángulo de inclinación respecto vector de gravedad local, usando un cálculo trigonométrico.
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Si se asume que el sensor se encuentra paralelo al suelo, la lectura en el eje Z marcará una
medida de 9.8 (referente de la gravedad terrestre) y en los otros dos ejes se medirá 0. Por otro
lado, al girar el sensor 90 grados, el eje X estará perpendicular al suelo, marcando así la
aceleración de la gravedad terrestre.
Ilustración 9. Ejemplo de funcionalidad de un acelerómetro de 3 ejes.
En la construcción de ISFx se hace uso de este componente para obtener ángulos de inclinación
del subsistema de expresión en la superficie a la cual se adicione este accesorio. Así, una vez
obtenidas estas medidas, se pueden reflejar estos ángulos para el control de diversos parámetros
que le interesen al usuario, proporcionando una forma de expresión al intérprete como propuesta
de mapeo gestual.
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Piezoeléctrico:
Este sensor hace uso del principio de la piezoelectricidad para realizar medidas de presión,
aceleración, tensión y fuerza. Cuando se le aplica una tensión a algunos cristales como el cuarzo
se polarizan eléctricamente, desarrollando un momento eléctrico que resulta proporcional a la
fuerza que le es aplicada (efecto piezoeléctrico directo). A su vez, en el sentido opuesto, si el
cristal es introducido a un campo eléctrico este sufre un cambio leve como consecuencia
termodinámica (efecto piezoeléctrico inverso) (Melero, 2010).
En este proyecto se hace uso de este componente para registrar los golpes (patrones)
realizados por los pies del usuario en el llamado Subsistema de selección de efecto que se
describe en detalle más adelante.
Microcontrolador:
Un microcontrolador puede ser visto como un circuito integrado que reúne las tres unidades
funcionales de una computadora: CPU3, memoria y unidades de entrada/salida.
Estos componentes son la piedra angular de cualquier dispositivo electrónico en la
actualidad, ya que en ellos reside la programación, lógica y control de los otros componentes
presentes en el sistema; son analogía a nuestro cerebro como órgano funcional de control.
Gracias a la creciente popularidad de estos componentes, hoy se cuenta con tarjetas de desarrollo
3 CPU: Unidad de procesamiento central (Central Processing Unit).
25
que facilitan el aprendizaje y uso de la tecnología del microcontrolador tales como Arduino y
Wiring (Mells, Banzi, Cuartielles, & Igoe, 2007).
Para objeto de ISFx, se hace uso de este componente en los subsistemas: Selección de efecto y
Expresión.
Interfaz de audio:
Puede ser vista como una “tarjeta de sonido externa o dedicada” que permite la conexión de
micrófonos e instrumentos. En este dispositivo básicamente se realiza el procesamiento digital de
la señal análoga que entra al sistema, de esta forma se evita que el dispositivo a la que se conecte
destine recursos para esta tarea. Usualmente esta interfaz se conecta a través de USB, sin
embargo existen algunas que hacen uso del puerto FIREWIRE para su conectividad. (Presonus,
2012)
ISFx hace uso de una interfaz de audio para garantizar la calidad/fidelidad del sonido, así
como hacer imperceptible al usuario la latencia que se genere por el procesamiento en tiempo
real de la señal análoga de entrada.
26
4. Descripción del Sistema
Infinit Sound Fx (ISFx) se compone de tres subsistemas:
Subsistema de procesamiento de audio: El motor del sistema, donde se realiza la
implementación del software de tratamiento de señal PureData en un sistema embebido que a su
vez integra una interfaz de audio común para el input/output del instrumento.
Subsistema de expresión: Es el encargado de proporcionar el ángulo de la superficie donde
es ubicado. Esta información es transmitida al subsistema de procesamiento de audio en donde
se hace el enlace al parámetro del efecto que se quiera controlar. Se compone del siguiente
hardware: Microcontrolador, Acelerómetro.
Subsistema de selección de efecto: Es el encargado de permitirle al usuario hacer cambios
de efectos a distancia por medio de patrones de golpe, los cuales son transmitidos al subsistema
de procesamiento de audio donde se hace el cambio de efecto al que corresponda el patrón
pulsado. Se compone del siguiente hardware: Microcontrolador, Modulo WIFI, Bluetooth Master.
27
Ilustración 10. Esquema general del sistema ISFx
En este sistema ISFx se pueden identificar las dos unidades expuestas en el modelo
WANDERLEY (referirse a la entrada 2.1.2 del marco teórico), donde la unidad de control gestual
propuesta se encuentra en el llamado subsistema de expresión y la unidad de generación de
sonido en el subsistema de procesamiento de audio.
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Todos los subsistemas se encuentran conectados bajo una red local WLAN4 oculta, de ésta
forma se garantiza que la estructura de comunicación en el sistema no se vea comprometida.
4 WLAN: Wireless Local Area Network
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A continuación se hace la descripción en detalle de cada subsistema que compone ISFx:
4.1 Subsistema de procesamiento de audio:
Ilustración 11. Prototipo actual de subsistema de procesamiento de audio.
Éste subsistema agrupa toda la parte lógica y funcional de ISFx asentada en la placa
embebida UDOO. Aquí se puede identificar la unidad de generación de sonido de este sistema,
la cual se compone en Hardware por la interfaz de audio y en Software por toda la programación y
síntesis de la señal desarrollado en PD-EXTENDED. (Data, 2012)
30
Se debe tener en cuenta que ésta placa ofrece la posibilidad de trabajar con los sistemas
operativos: Ubuntu 12.04 LTS, Android 4.4.2 KitKat, XBMC, OpenElec, Debian, Yocto, Volumio,
Archlinux. Sin embargo, se utilizó Ubuntu pues era la opción más robusta y estable entre los
sistemas disponibles (ver sección 5.1 Pruebas técnicas). Además la oferta de información
disponible en la web es abundante, facilitando así la resolución de problemas, dudas e
inconvenientes con las configuraciones propias del sistema.
A continuación se hace mención de las configuraciones e instalaciones aplicadas al sistema
operativo de la placa para la correcta función del sistema ISFx en general:
Se instala el software libre PD-EXTENDED, utilizado en la síntesis y procesamiento
de la señal del instrumento. En este software se define la lógica y programación de
los efectos de sonido disponibles en el procesador ISFx y se establecen los
parámetros disponibles para la selección de mapeo gestual para el intérprete.
Se configuran las opciones de red de la placa, de tal forma que ésta posea una
dirección IP estática. Lo anterior para asegurar estabilidad en la integración y
comunicación de los tres subsistemas presentes en el proyecto.
Se ajusta la automatización de la línea de funciones en el boot-up de la placa, de tal
forma que una vez se encienda este subsistema, se realicen todos los llamados
31
internos a las aplicaciones necesarias para el funcionamiento de ISFx. Esto se realiza
a través del uso de un shell-script5.
Se establece como predeterminada la interfaz de audio para el procesamiento de la
entrada/salida de la señal del instrumento en ISFx.
Ilustración 12. Diseño tentativo de subsistema de procesamiento de audio.
5 Shell script: Script ejecutable tradicional de los sistemas operativos basados en UNIX que maneja la comunicación con el núcleo del sistema operativo, permitiendo así hacer definiciones de control de bajo nivel de la computadora o sistema embebido.
32
Finalmente, esta es una vista general del comportamiento del subsistema de procesamiento
de audio expresada en un diagrama de flujo: sisarrras el sisarrito que es lo que pasa que no te
acomodas
Ilustración 13. Diagrama de flujo - Subsistema de procesamiento de audio.
33
4.2 Subsistema de expresión:
Ilustración 14. Prototipo actual del subsistema de expresión.
Este subsistema es la unidad de control gestual que propone ISFx, donde se busca hacer
uso de los posibles ángulos de inclinación que tenga éste accesorio, de tal forma que sean
tomados como gestos de control del usuario y así se le permita una nueva manera de expresión en
su performance. Lo anterior es posible debido al acelerómetro y el microcontrolador que
componen este subsistema.
El diseño de este subsistema está pensado para que el músico pueda adherirlo a una
superficie de su interés, que puede ser desde una superficie de su propio instrumento (el clavijero
34
de la guitarra, el pabellón de una trompeta, etc.), así como un miembro o extremidad de su propio
cuerpo (un brazo, la cabeza, un pie, etc.).
Ilustración 15. Funcionalidad de subsistema de expresión.
Ésta unidad se comunica directamente con el subsistema de procesamiento de audio a
través de paquetes de red, los cuales son enviados bajo protocolo UDP a la dirección IP estática
correspondiente. De esta forma, se envían los valores de respuesta del acelerómetro (ante el
gesto de inclinación del usuario) hacia la unidad de generación de sonido (PD-EXTENDED),
35
donde se realiza el mapeo gestual con el parámetro que sea de interés para la expresión del
usuario.
Finalmente, este subsistema cuenta con un botón de encendido para su control y en lo que
refiere a la retroalimentación para el usuario, una luz LED que indica su estado operativo (on/off).
Ilustración 16. Diseño tentativo de subsistema de expresión.
A continuación, una vista general del comportamiento y funcionalidad del subsistema de
expresión en un diagrama de flujo: sisarrras el sisarrito que es lo que pasa que no te
36
Ilustración 17. Diagrama de flujo - Subsistema de expresión.
37
4.3 Subsistema de selección de efecto:
Ilustración 18. Prototipo actual del subsistema de selección de efecto.
Éste subsistema es una propuesta de control de efectos inalámbrica que acorde a el modelo
propuesto por WANDERLEY se define igualmente como una unidad de control gestual. Sin
embargo, el mapeo gestual no se hace en función de una propuesta de expresión, sino de control
como tal, donde por medio de golpes (patrones personalizados) tanto de la punta como del talón
del pie del usuario, se permite el cambio de efecto de ISFx. Esto se logra a través de dos sensores
piezoeléctricos y el microcontrolador de esta unidad.
38
El diseño de este subsistema está pensado para que el músico pueda ajustarlo a su zapato y
así se cumpla con el requerimiento de portabilidad para liberarse de la estación estática de
pedales, logrando el objetivo de ISFx.
Ilustración 19. Diseño tentativo de subsistema de selección de efecto.
En lo que respecta a la comunicación de esta unidad, al igual que el accesorio de expresión,
se realiza directamente con el subsistema de procesamiento de audio, bajo el mismo protocolo
UDP. El microcontrolador dentro de su lógica tiene las definiciones de los patrones disponibles,
previamente personalizados por el intérprete en una plataforma web o aplicación móvil para su
celular. Éste componente está programado para esperar el patrón que ingrese el usuario, por lo
tanto es importante definir que se debe hacer una calibración inicial para reconocer el gesto de
impacto en esta unidad y de esta forma que no se vea afectado el desplazamiento del artista en su
escenario. Los patrones están definidos como una combinación de tres gestos en total, desde el
39
momento en que el usuario realiza el primer gesto, el usuario cuenta con un tiempo de 3 segundos
para realizar un patrón correcto, en el caso contrario se reinicia el contador de gestos, quedando
así en el estado de espera inicial. Dado el caso en que el patrón realizado sea el correcto, se
manda un mensaje de control al subsistema de procesamiento de audio, donde cada mensaje
de control está referenciado a un efecto de sonido, proporcionando así la selección de la síntesis
de interés a la señal (selección de efecto).
Finalmente, este subsistema posee un botón de encendido para su control, al igual que una
luz LED que indica su estado operativo (on/off) y adicionalmente un motor vibrador para brindarle
retroalimentación al usuario indicándole que el cambio de efecto fue exitoso.
40
A continuación una vista general del comportamiento y funcionalidad del subsistema de
selección de efectos, expresada en un diagrama de flujo: sisarrras el sisarrito que es lo que pasa
que
Ilustración 20. Diagrama de flujo - Subsistema de selección de efecto.
41
4.4 Mapeo gestual presente en ISFx
En este punto del documento, quizá sea para interés del lector la forma en que se realiza el
mapeo gestual al igual que su sustento matemático, reflejando la interacción entre el
acelerómetro y la respuesta audible en el efecto de interés. Ahora bien, este proceso se puede
analizar matemáticamente bajo la siguiente transformación lineal: estoy escribiendo aqu
𝑦 = (𝑥 − 𝑎)𝑑 − 𝑐
𝑏 − 𝑎+ 𝑐
Considere lo siguiente, los valores en el rango [𝑎, 𝑏] son ángulos recibidos del acelerómetro
presente en el subsistema de expresión y se requiere transformar estos a el rango deseado de
interacción con un parámetro de un efecto definido como [𝑐, 𝑑]. La entrada de esta función no es
más que una medida dentro del rango [𝑎, 𝑏], y su imagen como resultado es el mapeo a un valor
coherente dentro de la escala de interacción deseada. Suponiendo entonces que el efecto para
este ejemplo fuese un filtro pasa bajo y quisiéramos realizar el mapeo gestual de tal forma que el
umbral establecido entre los ángulos -17º y 90º (medidas del acelerómetro) se vea reflejado
auditivamente como el movimiento de la frecuencia de corte del filtro entre 0 y 127 Hz, se
requiere entonces realizar esta transformación lineal para lograr dicha interacción.
42
Ahora bien, poniendo en práctica esta transformación lineal resolvemos lo siguiente:
𝑥 = 17º
[𝑎, 𝑏] = [−17º, 90º]
[𝑐, 𝑑] = [0,127]
𝑦 = (𝑥 − 𝑎)𝑑 − 𝑐
𝑏 − 𝑎+ 𝑐
𝑦 = (17 − (−17))127 − 0
90 − (−17)+ 0
𝑦 = 40,35
Como se puede observar, el valor correctamente transformado para este ejemplo termina
siendo 40,35 (queriendo reflejarlo dentro del rango establecido para la interacción).
En lo que respecta a la forma de implementar esta transformación lineal en el software PD-
EXTENDED, esto se logra a través del objeto [maxlib/scale], como se muestra a continuación:
43
Para este ejemplo, se hace uso de una señal básica de ruido blanco, la cual procesada con el
filtro pasa bajos de un polo definido en el software. Como se observa, se recibe el valor del eje Y
(pitch) del acelerómetro y se transforma linealmente como fue expuesto anteriormente de
manera matemática. El objeto [maxlib/scale] tiene definidos como parámetros de entrada:
𝑎, 𝑏, 𝑐 𝑦 𝑑 correspondientes a los rangos a ser mapeados.
En lo que refiere a la forma matemática en la que esta diseñado este filtro pasa bajo, el lector
puede considerar la ecuación de diferencia: aquí agrego texto sin sentido para acomodarlo bien.
𝑦(𝑛) = 𝑥(𝑛) + 𝑥(𝑛 − 1)
44
Donde:
𝑥 es la entrada de la señal
y es la salida de la señal
n es el número de sample de la señal
n-1 es una referencia al sample anterior.
Puede ser representada en el siguiente diagrama de bloque:
Donde 𝑧−1 hace referencia a el delay en un sample de la señal.
Considere
𝑧−1 𝑥(𝑛) = 𝑥(𝑛 − 1)
Lo anterior refiere a una representación matemática formal del ejemplo presentado
anteriormente con la justificación formal de la funcionalidad del mapeo gestual (ilustración tal),
sin embargo el autor consideró para pruebas directas hacer el uso de estructuras de PD-
EXTENDED funcionales, libres para su uso.
45
5. Pruebas y Resultados
El desempeño de este proyecto hasta ahora ha sido manejado bajo el modelo MVP6, donde
constantemente se hace una retroalimentación del usuario final dando así un ciclo de desarrollo y
prueba hacia el producto final deseado (Munch, y otros, 2013). ISFx ha sido sometido a prueba
bajo diferentes escenarios, que van desde laboratorios y lugares controlados, hasta la
aleatoriedad y el caos que existe en un performance o presentación en vivo.
Las primeras pruebas de este proyecto fueron realizadas en la universidad de San Buenaventura
Cali, en donde se invitaron músicos cercanos al autor, con una mente abierta hacia la
experimentación sonora. Los participantes fueron expuestos al sistema ISFx con información
básica sobre su forma de operación. De igual forma se les alentaba a experimentar con las
posibilidades que descubrían en el camino, para probar así que tan usable resultaba la interfaz de
control de esta versión en particular.
6 MVP: Producto mínimo viable (Minimum Viable Product)
46
Ilustración 21. Primeras pruebas de ISFx en la Universidad de San Buenaventura.
Es importante aclarar que esta primera versión, aunque compartía el principio de propuesta
de nueva expresión de mapeo gestual de efectos por inclinación, tenía un enfoque diferente a lo
expuesto en este documento como versión actual.
47
En comparación con la versión reciente una de las mayores diferencias reside en el modo en
que se adquiere el gesto. La versión previa hacía uso de un dispositivo móvil como interfaz de
control y selección de los efectos disponibles, donde el usuario podía ajustar los parámetros de
cada efecto. Sin embargo, el dispositivo móvil cumplía a su vez la función de actuar como la
Ilustración 22. Esquema de sistema general de primera versión de ISFx.
48
unidad de control gestual del sistema, debido a las lecturas que proporciona su acelerómetro
interno, que provechosamente eran usadas para realizar el mapeo gestual con el efecto de
interés.
Es aquí donde surge una problemática directa con el diseño del sistema, el dispositivo móvil debía
ser colocado a una distancia “operable” para el intérprete, lo cual restringía absolutamente la
posibilidad de experimentar con el posicionamiento en lugares diferentes de interés del
dispositivo como unidad de control gestual.
Ahora bien, una problemática se detecta después de las primeras pruebas, el sistema resulta
tener problemas de usabilidad debido a que la operación de cambio de efectos (que se realiza a
través de la interfaz gráfica) no es funcional para un músico; esto simplemente porque ocupa las
manos del usuario, que se utilizan para la interpretación del instrumento musical.
Ilustración 23. Interfaz Gráfica Usuario (GUI), primera versión ISFx.
49
Cuando se detecta la imposibilidad de usar las manos para seleccionar el efecto y
controlarlo, se entiende perfectamente el porqué de todas las estaciones para efectos están
destinadas para manejarse con los pies. Pero para cumplir el objetivo de ISFx de liberar al músico
de una estación de pedales y brindarle una forma natural de expresión, se decide dividir las
acciones de selección de efectos y expresión o control de estos en dos piezas de hardware
diferentes, permitiendo ubicar la selección de efectos en el pie del usuario y la expresión de estos
en otra parte de su cuerpo o de su instrumento. Es así como se consigue liberar al músico de su
estación de pedales, aunque no obstante, en la primera versión de ISFx el sistema implicaba el
uso de una computadora portátil Macintosh, lo que automáticamente volvía a amarrar a un
objeto estático y fuera de la escala acostumbrada de elementos que carga el músico dentro de su
equipo.
Debido a esta situación se empieza a buscar la manera de portar la información que maneja
la computadora en una escala menor, realizando la experimentación y documentación apropiada
en el campo de los sistemas embebidos, y es a partir de estos cambios que ISFx se convierte en un
sistema compuesto de tres subsistemas que se comunicarán de forma permanente.
50
5.1 Pruebas técnicas:
Ilustración 24. Sistema embebido Raspberry Pi B.
En primera instancia, el desarrollo inicia con el sistema embebido Raspberry Pi versión B con
su distribución oficial “Raspbian” (Debian Wheezy7) como sistema operativo, donde se realiza la
instalación del software PD-EXTENDED y se monta la síntesis de audio desarrollada. De esta
forma se concibe la primera versión de la unidad de generación de audio del proyecto, gracias a
la integración de la interfaz de audio en el sistema embebido. No obstante, en este punto se
identifica una problemática de alta latencia (Alrededor de 30 – 50 milisegundos) entre el proceso
presente entre la interpretación del instrumento y la generación del sonido (DSP), lo que afecta el
desempeño del sistema frente a la funcionalidad a tiempo real. El principal motivo de esta
7 Debian es una distribución libre de Linux que hace parte del proyecto GNU de software libre.
51
latencia se encuentra relacionado directamente con las características técnicas del sistema
embebido, que consta de un procesador ARM11 que corre a 700Mhz y 512MB de memoria RAM, y
que no suplen los recursos necesarios para un óptimo trabajo de la interfaz de audio. Vale la pena
resaltar que en este punto, se le intenta realizar un ajuste de overclock 8al sistema embebido
ganando alrededor de 2-5 milisegundos.
Es aquí donde se toma la decisión de hacer el montaje del denominado subsistema de
procesamiento de audio en una placa de sistema embebido con mejores características, para de
esta forma asegurar una latencia mínima imperceptible para el usuario, que se considera
cualquier medida por debajo de al menos 25ms. (Rosedale, 2013)
Desde aquí, se realiza el montaje del subsistema sobre la tarjeta embebida Pandaboard que
en sus características técnicas cuenta con un procesador dual-core ARM Cortex de 1.2 GHz y una
memoria RAM de 1GB, donde se obtiene un resultado aceptable de 25ms de latencia. Sin
embargo esta implementación se hace temporalmente mientras se hace disponible la placa
UDOO identificada como la ideal para este proyecto debido a sus favorables características
técnicas, expuestas en la sección 2.3.1, marco teórico de este documento.
8 Proceso donde se exige un componente, computador o maquina en general a operar más rápido que la frecuencia establecida por la manufactura del propio hardware. Esto trae consigo consecuencias donde se puede comprometer la vida útil del componente.
52
Ilustración 25. Configuración Pd-extended en UDOO.
Es así como en la versión más reciente del subsistema de procesamiento de audio,
consigue una calidad fiel del audio procesado a través de la interfaz , con una latencia entre 15ms
y 20ms, bastante aceptable para el intérprete y la ejecución en vivo.
Vale la pena aclarar, que las medidas anteriormente dadas son reportadas por el software
usado PD-EXTENDED, sin embargo surge como sugerencia externa realizar unas pruebas de la
respuesta del sistema ISFx haciendo uso de un osciloscopio digital, buscando medir el desfase
temporal entre la señal de entrada y de salida del dispositivo. Esta prueba se llevó a cabo en un
53
laboratorio de la universidad San Buenaventura, y de ella se aprecian los siguientes resultados:
Ilustración 26. Pruebas con entrada/salida de ISFx en osciloscopio.
Haciendo uso de un generador de onda cuadrada, esta señal fue conectada a la interfaz de
audio del subsistema de procesamiento de audio y el canal dos del osciloscopio, teniendo en
cuenta la polaridad del cableado así como el uso de una tierra común. Igualmente se realizaron las
respectivas conexiones para realizar la lectura de la salida del subsistema en el osciloscopio en el
canal 2.
54
Ilustración 27. Mediciones señal cuadrada procesada en ISFx.
Sssssssssssssssssssssfsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsggsgsgsgsgsgsgsg
Como se puede observar en la parte inferior (canal dos del osciloscopio), se tiene una medida
de la señal de entrada y como es explícito en la ilustración 23, se observa un retraso con la señal
de salida (que corresponde a la señal resultante del dispositivo ISFx) ubicada en la parte superior.
A continuación, se realizó el proceso de usar la herramienta Cursor del osciloscopio, para
establecer un área de medida, obteniendo los tiempos en las dos referencias ubicadas (se
observan como unas asíntotas punteadas en la ilustración), al igual que su diferencia, a lo cual se
obtuvo el valor de 1.500ms. Como conclusiones de ésta experimentación directa se puede decir lo
siguiente: sdddddddddsdsdsdsdsdsdsdsdhjhsdjhsdjhsdjhsdjhsdjhsdjhsdjhsdjhsdjhsdjh
1500 milisegundos es una medida muy lejos de lo real ya que como ha sido expuesto
con anterioridad, un músico o interprete ante esta cantidad de tiempo en latencia
55
del proceso, se enfrentaría contra una respuesta intolerable para ejecutar su
instrumento. (Rosedale, 2013)
Como se observa en las medidas del osciloscopio, claramente hay una reducción
importante de calidad entre la señal de entrada y la señal de salida de ISFx. Sin
embargo no sobra aclarar, que esto será parte de los trabajos futuros a este
proyecto, donde se busque hacer una implementación más formal del
procesamiento de la señal de audio, en un lenguaje de programación formal robusto
como C++.
56
Adicionalmente a las pruebas realizadas con el montaje del subsistema de procesamiento de
audio, se realizó experimentación frente a la forma de comunicación entre los diferentes
subsistemas en ISFx, a continuación se exponen las dos propuestas principales implementadas en
las diferentes etapas del proceso de desarrollo
Primera etapa:
Ilustración 28. Primera etapa. Accesorio de selección de efecto.
57
En lo que respecta a la primera propuesta de comunicación entre los subsistemas, se planteó
hacer uso de tecnología Bluetooth como enlace entre el accesorio de expresión y el accesorio de
selección de efecto. Para esta implementación se usaron los módulos HC-05 (Bluetooth Master) y
HC-06 (Bluetooth Slave) donde con el objetivo de configurar y automatizar el “apareamiento”
entre los dos componentes se realizó la programación vía comandos AT 9, estableciendo el enlace
a través de la dirección MAC10, de esta forma cada vez que el componente Slave quedase visible
para el Master, este automáticamente entabla la conexión entre ambas partes. No sobra aclarar
que esta conexión es de tipo SERIAL y por lo tanto resulta mucho mas complicado establecer el
protocolo de comunicación entre las dos partes (Orden), así como la transferencia, recepción y
traducción de la información intercambiada.
9 AT es un conjunto de comandos estandarizado para el control y configuración de módems desarrollado por Hayes.
10 La dirección MAC es un identificador único de 48 bits del hardware de red, asignado por el fabricante. MAC: Media Access Control
58
Es así como en esta etapa, sobre el microcontrolador presente en el subsistema de selección
de efecto recaen tres responsabilidades: Entablar la comunicación y recibir la información
proveniente del subsistema de expresión (Principalmente los datos del Acelerómetro), Tener la
lógica definida para los sensores piezoeléctricos (Detección de patrones de golpe) y
Comunicación final con el subsistema de cerebro (Como si fuese un mediador).
Como se puede analizar, esta propuesta no resulta funcional debido principalmente a que se
encuentra una sobrecarga de funciones para el microcontrolador del subsistema de selección de
efecto, resultando así en una comunicación interrumpida que sin duda alguna se aleja de los
Ilustración 29. Primera etapa. Esquema propuesta Bluetooth/WIFI
59
resultados deseados con el desarrollo de este proyecto, donde claramente es sumamente
importante el factor tiempo real. Adicionalmente cabe resaltar que la conexión Bluetooh SERIAL
no es la mejor opción en cuanto a rango de distancia operable, ya que la versión BTv2 (versión
usada por los componentes HC-05 y HC-06) solo cuenta con 10mts (en el mejor de los casos),
altamente propensos a ser interrumpidos por los obstáculos del entorno, así como trabaja con
una tasa de transferencia de 3Mbits/s, la cual resulta pequeña a comparación de la conexión
común WIFI (En teoría estipulada como 54Mbit/s).sdsdsdsdsasdasdsadddddddd
dddddddddd
Ilustración 30. Accesorio de subsistema de expresión en la Primera Etapa.
Segunda etapa:
En esta segunda etapa se realiza la transición al esquema general planteado en la Ilustración
7 (Esquema general del sistema ISFx), donde se reemplaza la comunicación SERIAL (vía
Bluetooth) entre los dos subsistemas, por el protocolo UDP (vía WLAN). Esto se consigue
mediante la implementación en el sistema de microcontroladores que integran un modulo WIFI.
60
Es de esta forma es como se logra una comunicación estable, agíl y efectiva entre los dos
subsistemas, permitiendo apoyar el sentido de hacer todo el sistema ISFx capaz de responder a
tiempo real a la interacción del usuario final, tal y como lo debe hacer un procesador de efectos en
escena.
Ahora bien, una vez asegurada la comunicación entre los subsistemas, se empiezan a realizar
pruebas para la integración propicia entre la funcionalidad subsistema de expresión y el
subsistema de procesamiento de audio. Para estas pruebas se hace uso de filtros básicos a la
señal de entrada, entre los cuales se destaca el uso de un Filtro Paso Bajo y un Filtro Paso Alto.
A continuación se explica la prueba realizada con el filtro Paso Bajo en el software PD-
EXTENDED:
En este software podemos encontrar el objeto [lop ~] , que recibe dos parámetros: La señal a
procesar y la frecuencia de corte.
61
Ilustración 31. Primeras pruebas de mapeo gestual.
Esta prueba consistió en realizar un mapeo gestual directo, donde el valor “puro” de la
inclinación del eje Yaw (Z) obtenido del acelerómetro, se reflejaba inmediatamente en la
frecuencia de corte del filtro pasa bajo. De esta prueba se concluye la necesidad de establecer un
umbral, al igual que procurar realizar una calibración con el usuario, definiendo el punto más bajo
de la expresión en su gesto, así como el más alto.
62
Adicionalmente, en este punto del proceso se realiza una investigación de campo cualitativa
en donde bajo una encuesta dirigida a una muestra no probabilística11 de 37 músicos activos en el
medio nacional, se obtienen datos reveladores que respaldan la problemática identificada sobre
el anclaje a la estación de pedales durante la interpretación en escena. Cada músico que hizo
parte de esta muestra comparte características importantes que competen al nicho y mercado
objetivo de este proyecto, entre las cuales se destacan la alta frecuencia de presentaciones y
performances en vivo, el alto nivel de ejecución de su instrumento y el gusto por los
procesos/efectos en la interpretación del mismo.
A continuación se muestran los resultados pertinentes de la encuesta realizada, agrupados
de acuerdo con las preguntas respectivas:
11 Técnica de muestreo donde la selección es un proceso no aleatorio donde el criterio se da en función a interés de la investigación a realizar.
63
Ilustración 32. Respuestas de la muestra ante la consulta sobre el instrumento que se interpreta.
Se puede observar que el listado de instrumentos disponibles para la selección tiene la
característica en común que los instrumentos son aptos para el uso de procesos/efectos en
escena. Resulta interesante que el 78.3 % de esta muestra son intérpretes de cuerdas (Guitarra y
Bajo eléctrico), uno de los nichos más maduros en el uso de procesadores en vivo.
64
Ilustración 33. Respuestas de la muestra ante la consulta sobre el uso de efectos en la
interpretación.
Notablemente entre la muestra la mayoría de músicos (un 75.7% de la muestra) hace uso de
efectos en la interpretación de su instrumento, ratificando así la alta demanda de la funcionalidad
de estos dispositivos durante el performance musical en vivo.
Ilustración 34. Respuestas de la muestra ante la consulta sobre la predilección sobre el tipo de
efectos.
65
Ante la consulta sobre el tipo de procesos/efectos predilectos en la muestra resulta
interesante observar como las opciones “Análogo” e “Hibrido” obtienen porcentajes
cercanamente similares. Es importante tener en cuenta que la opción de efectos de tipo “Hibrido”
refiere a las estaciones de pedales donde el usuario posee una mezcla entre los procesos digitales
y análogos, para el tratamiento de señal.
Finalmente, ante la consulta sobre las desventajas que el usuario encuentra en el uso de
procesadores de efectos para su instrumento, se encuentran dos aspectos importantes a analizar.
El primero hace referencia al costo de éstas herramientas para los intérpretes con un porcentaje
de 54.1%, reafirmando el alto valor de éstos dispositivos en el mercado. Cabe resaltar que en lo
que compete al mercado nacional, el precio final se ve altamente influenciado e incrementado por
valores adicionales, entre los cuales encontramos: aranceles y envíos.
Ilustración 35. Respuestas de la muestra ante la consulta sobre las desventajas del uso de los procesadores de
efectos.
66
El segundo aspecto tiene que ver con la problemática de la dependencia de la estación de
pedales en el escenario, ratificado con un porcentaje de 24.3% sobre la muestra por usuarios que
encuentran su movimiento en escena limitado por esta falencia. Gracias a esta retroalimentación
surge la idea de implementar el subsistema de selección de efecto como propuesta de solución a
esta problemática.
5.2 Pruebas de satisfacción de usuario en prototipo final.
A continuación se desea compartir resultados de una encuesta de satisfacción realizada para
evaluar la satisfacción del usuario final frente a la última versión del prototipo. Para este ejercicio
la muestra consistió de los músicos más activos en el proceso de evolución de este proyecto,
teniendo en cuenta que cada uno de los encuestados usó este dispositivo ISFx en instrumentos
musicales diferentes, entre los que se encuentran: Trompeta, guitarra eléctrica, bajo eléctrico,
violín, saxofón y hasta la propia voz. He aquí las respuestas:
Ilustración 36. Resultados de evaluación de la inclinación como nueva forma de control gestual de
expresión.
67
Ante la consulta de la propuesta del uso de la inclinación como una nueva forma de control
gestual de expresión, la muestra se mostró bastante receptiva a esta funcionalidad.
Ilustración 37. Respuestas de la muestra ante la consulta sobre la naturalidad de la usabilidad de
ISFx.
La muestra en su totalidad igualmente considera que esta propuesta de control gestual de
expresión hace parte del movimiento corporal natural implícito en su mecánica de interpretación.
Ilustración 38. Resultados de evaluación de la propuesta de patrones punta-talón para selección
de efectos.
68
En lo que respecta a la propuesta para el subsistema de selección de efecto mediante
patrones tipo punta-talón, se pueden observar resultados aceptables, estableciendo que esta idea
se puede trabajar futuramente para seguir afrontando la problemática del libre desplazamiento
del interprete en el escenario.
Ilustración 39. Resultados ante consulta interés en versión final comercial de dispositivo ISFx.
Finalmente, es importante destacar el gran interés del 100% de la muestra en acceder en el
futuro a una versión final comercial del proyecto. Resultados sumamente satisfactorios para el
autor, que sin duda continuará con este proyecto como parte de su emprendimiento personal.
69
6. Conclusiones y Trabajos Futuros
Tras haber concluido éste proceso investigativo, surgen las siguientes apreciaciones
importantes sobre este proyecto:
INFINIT SOUND Fx demuestra ser un producto viable, cuya propuesta de solución ante
las problemáticas principales tratadas se muestra funcional y captura la atención del
usuario final (interprete / músico), que demuestra incluso hoy un interés entusiasta en
obtener la versión final comercial de este procesador de efectos con una nueva forma de
expresión y control.
Es importante resaltar el uso de nuevas tecnologías para el desarrollo como lo son las
placas de sistemas embebidos, cuyo conocimiento resulta ser un gran aporte que brinda
esta experiencia académica, y que sin duda hará parte de futuros proyectos tecnológicos
del autor.
Para el desarrollo de este proyecto resultó sumamente importante implementar la
metodología MVP, ya que la retroalimentación constante recibida por parte del usuario
final ayudó a moldear ideas para el trabajo futuro de ISFx. Estas ideas serán
implementadas a mediano plazo, buscando lograr un producto final estable, robusto y
70
amigable para el intérprete, músico y artista en vivo asiduo a los procesadores de
efectos.
A continuación se comparten apreciaciones consideradas para el futuro desarrollo de este
proyecto:
Se desarrollará una interfaz amigable de configuración de los subsistemas, donde el
usuario pueda calibrar el subsistema de expresión estableciendo su posición y nivel
inicial, al igual que definir los parámetros de los diferentes efectos a ser controlados.
Adicionalmente se le otorgará al usuario la posibilidad de definir sus propios patrones
por efecto, los cuales serán actualizados en el subsistema de selección de efecto.
Esta interfaz está pensada para ser operada a través de una aplicación para un
dispositivo móvil, que estará disponible para las plataformas: Android – IOS.
En lo que respecta al diseño de hardware del producto, se buscará llevarlo a un nivel
de componentes de superficie, garantizando de esta forma absoluta portabilidad y
adaptabilidad. De igual forma se buscará estructurar, diseñar e imprimir en 3D toda
carcasa para cada subsistema del proyecto.
71
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74
8. Anexos
A continuación se comparten anexos importantes que servirán de guía para el lector, si desea
aventurarse al desarrollo enfocado en este proyecto. Aquí escribo cualquier cosa para acomodar .
8.1 Código de fuente PD-Extended:
Efecto de sonido tipo Wah con integración de acelerómetro.
#N canvas 167 63 532 500 10;
#X obj 21 379 vcf~;
#X obj 20 -18 adc~;
#X obj 15 414 dac~;
#X floatatom 112 343 5 0 0 0 - - -;
#X obj 112 210 vsl 15 128 0 20 0 0 empty empty empty 0 -9 0 10 -262144
-1 -1 3400 1;
#X obj 87 21 +~ 1;
#X obj 88 42 *~ 0.5;
#X obj 87 0 osc~ 2;
#X obj 189 77 hsl 128 15 700 6000 0 0 empty empty empty -2 -8 0 10
-262144 -1 -1 2400 1;
#X obj 143 150 hsl 128 15 0 700 0 0 empty empty empty -2 -8 0 10 -262144
-1 -1 3800 1;
#X floatatom 140 169 6 0 0 0 - - -;
#X floatatom 141 111 6 0 0 0 - - -;
#X obj 141 92 -;
#X obj 141 70 bang;
75
#X obj 41 176 +~ 200;
#X obj 40 94 *~ 1500;
#X text 138 17 <-- LFO (Low-Frequency Oscillator;
#X text 322 75 <-- Maximum of the freq. range;
#X text 276 147 <-- Minimum of the freq. range;
#X text 149 300 <-- "Q";
#X text 60 380 <-- Voltage-Controlled band-pass filter;
#X obj 92 -29 hsl 128 15 0.5 4 0 0 empty empty empty -2 -8 0 10 -262144
-1 -1 11500 1;
#X text 273 427 Pierre Massat \, GuitarExtended \, 2012.s;
#X obj 184 201 loadbang;
#X msg 182 226 5.3;
#X connect 0 0 2 1;
#X connect 0 0 2 0;
#X connect 1 0 0 0;
#X connect 4 0 3 0;
#X connect 4 0 0 2;
#X connect 5 0 6 0;
#X connect 6 0 15 0;
#X connect 7 0 5 0;
#X connect 8 0 12 0;
#X connect 9 0 10 0;
#X connect 9 0 12 1;
#X connect 9 0 13 0;
#X connect 9 0 14 1;
76
#X connect 12 0 11 0;
#X connect 12 0 15 1;
#X connect 13 0 12 0;
#X connect 14 0 0 1;
#X connect 15 0 14 0;
#X connect 21 0 7 0;
#X connect 23 0 24 0;
#X connect 24 0 4 0;
Efecto de sonido tipo LPF (Low pass filter) con integración de acelerómetro.
#N canvas 66 124 869 446 10;
#X floatatom 375 25 5 0 0 0 - - -;
#X obj 333 117 lop~;
#X obj 372 -4 r valorPitchAcc;
#X obj 327 178 dac~;
#X obj 423 255 tabwrite~ lop;
#X obj 466 213 metro 100;
#X obj 485 170 bng 15 250 50 0 empty empty empty 17 7 0 10 -262144
-1 -1;
#N canvas 0 22 450 300 (subpatch) 0;
#X array lop 1000 float 3;
#A 0 -0.0348689 -0.0344858 -0.0345268 -0.0329337 -0.0317927 -0.0309804
-0.0304884 -0.0292316 -0.0236381 -0.0275218 -0.0220679 -0.0191811 -0.0147099
-0.0115026 -0.00998306 -0.011784 -0.0138826 -0.0172364 -0.0137562 -0.0176887
-0.0190482 -0.0139208 -0.0087434 -0.00356109 0.00138821 0.00522631
77
0.00293933 0.000293683 -0.00523113 -0.0107932 -0.0148272 -0.0150063
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-0.0153627 -0.0182239 -0.0217352 -0.0172594 -0.0180888 -0.0135122 -0.0155636
-0.018757 -0.0182781 -0.0135735 -0.0173965 -0.0164708 -0.0147258 -0.0196303
-0.0221791 -0.0218003 -0.0226685 -0.0254026 -0.0225831 -0.0201702 -0.0203971
-0.016763 -0.02133 -0.0259557 -0.0265954 -0.0237454 -0.0236982 -0.0285865
-0.0321106 -0.030697 -0.0356038 -0.0390616 -0.0401805 -0.0431369 -0.0421229
-0.0393974 -0.0417775 -0.04698 -0.0486134 -0.0431877 -0.041052 -0.0434473
-0.0447217 -0.0478691 -0.0507253 -0.0454737 -0.0422264 -0.0402746 -0.0455954
-0.0468431 -0.0483939 -0.0444385 -0.0471697 -0.0440767 -0.0429114 -0.0378421
-0.0401228 -0.043479 -0.0406819 -0.0363963 -0.0306479 -0.0281477 -0.0314433
-0.0368341 -0.0406576 -0.0365654 -0.0389528 -0.0348578 -0.0364377 -0.0409054
-0.0356579 -0.04047 -0.0356149 -0.0399987 -0.0449211 -0.0411705 -0.0444222
-0.0439451 -0.0406429 -0.0425725 -0.0460658 -0.0434114 -0.0472716 -0.0466467
-0.0506949 -0.0545529 -0.0591417 -0.0601932 -0.057558 -0.0565016 -0.0571102
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78
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-0.0327663 -0.0296327 -0.0255344 -0.0234499 -0.0273294 -0.0218746 -0.0211263
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79
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0.00700607 0.0033298 0.00827425 0.00275542 0.00425048 0.00467572 0.00181317
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80
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0.730375 0.609372 -0.448763 0.950339 -0.866845 0.432397 0.463102 -0.325425
-0.560538 0.0780963 0.752394 -0.698521 0.397022 0.165319 -0.805574
-0.388234 -0.304544 0.343679 0.842346 -0.231523 0.763155 0.871673 0.074007
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-0.73483 -0.392098 -0.857478 -0.940887 -0.968676 0.624783 -0.899776
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0.0595788 0.511647 0.133377 -0.448342 -0.677076 0.291304 0.0125949
-0.860775 -0.317257 0.95325 0.899443 -0.718883 -0.812945 0.780887 -0.841409
0.446038 -0.7211 0.260253 -0.364334 -0.0931089 -0.906789 0.158148 0.204125
86
-0.431096 0.253691 -0.899741 0.812136 -0.702246 0.169688 0.649284 -0.970553
-0.252308 -0.166932 -0.116942 0.094261 0.689668 0.115094 -0.527322
-0.539884 0.839457 0.563295 -0.739373 -0.157243 -0.814217 0.698349
-0.661099 0.767009 -0.181557 -0.18905 0.627132 0.613655 0.256434 -0.741312
0.950713 -0.833689 -0.723921 -0.737079 0.618925 0.658298 0.239148 0.205655
-0.496941 -0.68048 -0.0790152 0.426412 -0.385454 -0.57666 0.838635
0.51911 -0.816926 -0.16655 -0.921035 0.128937 0.234722 -0.94925 -0.373205
-0.750776 -0.329921 0.760223 -0.806986 0.0183228 -0.157631 -0.122192
0.542715 -0.983521 0.635582 -0.902724 0.323311 0.0627093 -0.95741 -0.0628935
0.392669 -0.488328 0.243279 0.287359 0.647226 0.0505486 0.182673 0.456551
-0.649881 0.995912 -0.350945 -0.281468 0.959312 -0.909395 -0.147903
-0.640641 -0.544284 -0.199382 -0.499019 0.224171 -0.828685 -0.888043
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-0.652184 0.484501 -0.39012 0.0486773 -0.403495 0.0189 -0.472023 0.916415
0.0640022 -0.470168 -0.424315 0.0064349 -0.902816 -0.298698 -0.41794
0.159238 0.0893148 -0.395477 -0.475892 -0.686532 0.558172 0.244789
0.354907 0.302789 0.724168 0.608354 0.331736 -0.84724 -0.411521 0.209299
0.844198 -0.122291 0.511165 0.136418 -0.257656 -0.222393 0.289301 0.600081
0.164801 -0.765052 -0.264904 0.97912 0.866894 0.0116175 -0.245978 0.367695
0.048772 0.045772 0.922937 0.622177 0.683534 0.748712 0.568213 -0.0919832
-0.654646 0.801758 -0.656145 0.746622 0.537603 0.453124 -0.690367 0.562232
0.520977 0.314795 -0.490799 0.728795 0.641623 0.6594 -0.951772 0.116839
0.159261 -0.782914 -0.327484 -0.859648 0.575308 -0.527603 -0.153868
0.303651 -0.53899 -0.538855 0.329527 -0.751739 -0.214443 -0.932713
-0.742334 0.29979 0.744217 -0.1802 0.71815 0.514803 0.0864563 -0.810446
87
0.82934 0.227695 -0.0559358 -0.613811 -0.681514 0.0975694 0.15928 0.654992
0.599849 0.655113 -0.887081 -0.926234 0.352826 0.349466 0.0524914 0.849711
-0.399923 0.0951055 0.920336 -0.883705 0.285648 0.318711 -0.318261
-0.769869 0.353096 0.506048 -0.84694 0.567853 0.323615 -0.751165 -0.670141
0.822986 -0.625837 0.791625 -0.784979 0.802829 0.915582 0.0786794 0.146878
-0.274678 -0.329273 0.300838 0.627337 -0.984074 0.252588 0.9424 0.650005
0.604497 -0.757581 0.327997 -0.471686 -0.277841 0.76786 0.669466 -0.776358
0.198182 -0.418938 -0.387274 -0.826556 0.256854 -0.363186 0.284655
0.619374 0.81436 0.170665 -0.160038 0.43541 0.275652 -0.722948 0.508062
0.455977 -0.168673 0.987423 -0.860046 0.304078 -0.745496 -0.151636
-0.744909 -0.280588 -0.802308 0.999721 -0.411737 0.386505 -0.0103255
-0.247272 -0.863539 -0.737171 0.932376 0.66813 0.705763 -0.593067 0.0977416
0.134308 0.958201 0.306564 0.624611 0.445408 0.958641 -0.293206 -0.484405
-0.620542 -0.778345 0.938142 0.933945 -0.723498 -0.741603 -0.255295
0.000435531 -0.383283 -0.376523 0.612275 -0.909765 -0.901455 0.46184
0.596472 0.629779 -0.783187 0.555636 0.650863 0.393651 -0.65914 0.871096
0.455088 -0.698547 -0.707339 0.605411 0.742991 -0.285321 -0.575046
-0.266399 -0.869265 0.233595 0.199363 0.0553955 -0.555065 0.994112
-0.735476 0.742104 0.55078 -0.53534 0.0342098 0.383495 0.680156 0.743061
-0.234546 -0.465333 -0.740222 0.35341 -0.863322 -0.237073 0.239305
-0.457054 -0.674185 -0.805337 0.919473 -0.921076 0.588434 0.562221
0.280217 -0.454501 0.335866 -0.249221 0.808796 0.140591 0.713329 0.845221
-0.172082 -0.0272323 -0.321947 -0.322986 0.323865 -0.141886 -0.422596
-0.128918 -0.725381 0.61711 -0.77299 -0.60732 -0.522015 -0.128494 -0.511114
-0.405728 0.879719 -0.658804 0.349559 0.762401 -0.59835 0.641095 -0.50181
88
0.16457 -0.730194 -0.42199 0.404707 0.596113 0.84254 0.94752 -0.102081
-0.57293 -0.0613467 -0.169152 -0.756349 0.149065 0.665523 -0.608265
0.722863 0.422177 -0.252776 -0.826682 -0.290224 0.621818 0.352656 -0.104997
0.249999 0.885608 -0.576333 0.74934 0.138652 0.660248 0.50318 -0.801099
-0.501508 0.748394 0.0633186 -0.72685 0.858038 -0.144461 -0.666472
0.36532 0.729696 -0.363121;
#X coords 0 1 1000 -1 200 140 1;
#X restore 545 -110 graph;
#X obj 230 193 bng 15 250 50 0 empty empty empty 17 7 0 10 -262144
-1 -1;
#X obj 213 219 metro 100;
#X obj 239 34 noise~;
#X obj 211 250 tabwrite~ noiseLimpio;
#X obj 372 57 maxlib/scale -17 90 0 127;
#X floatatom 419 106 5 0 0 0 - - -;
#X connect 0 0 13 0;
#X connect 1 0 3 0;
#X connect 1 0 3 1;
#X connect 1 0 4 0;
#X connect 2 0 0 0;
#X connect 5 0 4 0;
#X connect 6 0 5 0;
#X connect 9 0 10 0;
#X connect 10 0 12 0;
#X connect 11 0 1 0;
89
#X connect 11 0 12 0;
#X connect 13 0 1 1;
#X connect 13 0 14 0;
8.2 Hardware (Diagramas y códigos de programación microcontroladores)
Conexión Piezos eléctricos
A continuación se muestra la implementación de un piezo eléctrico referencia MEAS. Es
necesario igualmente una resistencia de 10M Ohm.
90
Codigo Arduino
Const int sensorPin = A0;
int value = 0;
void setup(){
Serial.begin(9600);
}
void loop(){
value = analogRead(sensorPin);
//se establece umbral, si el valor del piezo es mayor a 700.
if(value>700){
Serial.write(value/4);
}
delay(20);
}
Conexión Acelerómetro
A continuación se muestra la implementación de un acelerómetro referencia MMA7361. Este
componente no necesita el uso de otros componentes electrónicos.
91
Codigo Arduino
void setup(){
Serial.begin(115200);
}
92
void loop(){
Serial.print(" Eje x: ");
Serial.println(analogRead(A1));
Serial.print(" Eje y: ");
Serial.println(analogRead(A2));
Serial.print(" Eje z: ");
Serial.println(analogRead(A3));
delay(100);
}
93
8.3 Cuestionario satisfacción de usuarios finales en ultima versión de ISFx.
1- Evalúe que tan acertada considera la medida de inclinación, como una nueva forma de
control gestual de expresión para sus efectos. Escala (1-No funciona y 5-Acertado)
2- ¿Podría afirmar que este tipo de expresión se relaciona con su movilidad corporal natural
de su instrumento? SI o NO
3- Evalúe que tan acertada considera la funcionalidad de realizar patrones tipo punta-talón
para el cambio de efectos inalámbrico. Escala (1-No funciona y 5-Acertado)
4- Evalúe el nivel de latencia que siente en la respuesta del dispositivo ISFx. Escala (1-
Imperceptible y 5-Inoperable)
5- ¿Consideraría acceder a una versión final comercial de este dispositivo? SI o No.
