Τ. Ε. Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Τ. Ε. Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ «D M S 1. 1» Σ Υ Σ Κ Ε Υ Η Π Α Ρ Α Γ Ω Γ Η Σ Μ Ο Υ Σ Ι Κ Ω Ν Μ Ε Λ Ω Δ Ι Ω Ν MUSICAL MELODIES PRODUCTION DEVICE Από τους σπουδαστές: ΚΑΡΑΟΓΛΑΝΙΔΗ ΔΗΜΗΤΡΙΟ (Α.Ε.Μ. 1096) ΚΑΡΑΟΓΛΑΝΙΔΗ ΜΙΧΑΗΛ (Α.Ε.Μ. 825) ΦΟΥΝΤΟΥΚΙΔΗ ΙΟΡΔΑΝΗ (Α.Ε.Μ. 2063) Επιβλέπων: Δρ. ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΠΟΓΑΡΙΔΗΣ Καβάλα 2013 1

Πτυχιακή Εργασία 2

«Όταν μια παλιότερη τεχνολογία δίνει τη θέση της σε μια καινούργια, η παλιότερη επιστρέφει σαν τέχνη» Marshall McLuhan, 1911-1980, Καναδός επικοινωνιολόγος 3

Πτυχιακή Εργασία 4

Ευχαριστίες Με το πέρας της παρούσας εργασίας, με την οποία ολοκληρώνεται ο κύκλος σπουδών μας στο τμήμα της Βιομηχανικής Πληροφορικής, θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε θερμά όλο το εκπαιδευτικό προσωπικό του τμήματος της Βιομηχανικής Πληροφορικής του Τ.Ε.Ι. Καβάλας, για τις γνώσεις που μας παρείχε όλα αυτά τα χρόνια, και ιδιαίτερα τον καθηγητή μας, κ.πογαρίδη Δημήτριο, ο οποίος μας έδωσε και την ευκαιρία να εργαστούμε πάνω στη συγκεκριμένη πτυχιακή εργασία. Επίσης, ευχαριστούμε τους πολύ καλούς μας φίλους Στέλιο, Μανώλη και Γιώργο, για την πολύτιμη βοήθειά τους κατά τη διάρκεια των εργασιών μας, πάνω στο συγκεκριμένο project. Τέλος, θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε όλους όσους μας στάθηκαν, όλα αυτά τα χρόνια των σπουδών μας. Η εργασία αφιερώνεται σε αυτούς. 5

Πτυχιακή Εργασία 6

Περίληψη Η συνεχής και ραγδαία εξέλιξη της τεχνολογίας στη ζωή του σύγχρονου ανθρώπου, δεν θα μπορούσε να αφήσει ανεπηρέαστο το χώρο της μουσικής βιομηχανίας. Παρατηρείται τα τελευταία χρόνια μία στροφή, και ένα ιδιαίτερο ενδιαφέρον του κόσμου για την ηλεκτρονική μουσική. Παράλληλα, έχει αυξηθεί κατακόρυφα η παραγωγή και η χρήση των ηλεκτρονικών μουσικών οργάνων. Επίσης, επανάσταση στο τομέα της μουσικής, έχει φέρει η μετατροπή των κλασικών μουσικών οργάνων σε ηλεκτρονικά, αλλά και η παραγωγή ολοένα και περισσοτέρων νέων, πρωτότυπων και καινοτόμων ηλεκτρονικών μουσικών οργάνων, τα οποία δημιουργούνται για να αντικαταστήσουν, ή να υποκαταστήσουν σε ορισμένες περιπτώσεις, κλασικά μουσικά όργανα όπως η κιθάρα, τα ντραμς κ.α. Ένα από αυτά τα ηλεκτρονικά μουσικά όργανα είναι και το Drum Machine, ένα όργανο που δημιουργήθηκε για να μιμείται τον ήχο των κλασικών ντραμς. Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η κατασκευή μιας πρωτότυπης ηλεκτρονικής συσκευής παραγωγής μουσικών μελωδιών εμπνευσμένη από τον τρόπο λειτουργίας των Drum Machines. Στην εργασία αυτή παρέχεται στον αναγνώστη ένα πλούσιο θεωρητικό υπόβαθρο, όσον αφορά την ιστορική εξέλιξη της μουσικής και των μουσικών οργάνων, αλλά γίνεται και μια εκτενής ανάλυση στον τρόπο λειτουργίας των σύγχρονων ηλεκτρονικών μουσικών οργάνων, αλλά και μία πλήρης περιγραφή της κατασκευής αυτής της συσκευής παραγωγής μουσικών μελωδιών, καθώς και της χρήσης αυτής. 7

Πτυχιακή Εργασία Abstract The continuous and rapid technological progress in modern man s life could not leave the area of music industry unaffected. It is observed in the last few years a turn and a particular interest of the people towards electronic music. At the same time, the production and use of electronic musical instruments has increased dramatically. Also, the conversion of classical musical instruments into electronic ones, as well as the production of an ever increasing number of new, original and innovative electronic musical instruments, that are constructed to replace or to substitute in certain cases classical musical instruments such as the guitars, the drums etc, has brought a revolution in the music area. One of these electronic musical instruments is the Drum Machine, an organ constructed to mimic the sound of the classical drums. The subject matter of this project is the construction of an innovative electronic device which produces musical melodies, inspired by the way the Drum Machines function. In this paper a rich theoretical background, concerning the historical evolution of music and musical instruments, is provided to the reader, as well as a comprehensive analysis on how the modern electronic musical instruments function, and a complete description of the construction of this musical melodies production device and its use. 8

Περιεχόμενα Ευχαριστίες... 5 Περίληψη... 7 Abstract... 8 Περιεχόμενα... 9 Πίνακας εικόνων... 13 Πρόλογος... 15 Κεφάλαιο Ι Εισαγωγή 1.1 Τα Drum Machines... 17 1.2 Ιστορική αναδρομή... 18 1.2.1 Η γέννηση της μουσικής και των μουσικών οργάνων... 18 1.2.2 Τα πρώτα κρουστά μουσικά όργανα... 19 1.2.3 Η ντραμς (drum set)... 20 1.2.4 Η ηλεκτρονική ντραμς (electronic drum set)... 21 Κεφάλαιο ΙΙ Η ιστορική εξέλιξη και η λειτουργία των drum machines 2.1 Music Sequencers... 25 2.1.1 MIDI... 25 2.1.2 CV/Gate.. 26 2.1.3 DAW.. 26 2.2 Διαχωρισμός των sequencers.. 27 2.2.1 Sequencers πραγματικού χρόνου (real-time sequencers)... 27 2.2.2 Αναλογικά sequencers (analog sequencers)... 27 9

Πτυχιακή Εργασία 2.2.3 Sequencers βήματος (step sequencers)... 27 2.2.4 Sequencers λογισμικού (software sequencers)... 27 2.3 Ιστορική εξέλιξη των drum machines... 28 2.3.1 Σύνθεση των ήχων.. 29 2.3.2 Προγραμματιζόμενα drum machines.. 30 2.3.3 Οι συσκευές TR-808 και TR-909 της Roland... 30 2.3.4 Η επανάσταση του MIDI... 30 2.3.5 Προγραμματισμός των drum machines.. 31 Κεφάλαιο ΙΙΙ Απαιτήσεις και προδιαγραφές του συστήματος 3.1 Περιγραφή του συστήματος... 33 3.2 Απαιτήσεις του συστήματος... 33 10 Κεφάλαιο IV Κατασκευή και ηλεκτρονική σχεδίαση του συστήματος 4.1 Το project... 35 4.2 Περιγραφή της κατασκευής... 35 4.2.1 Σχεδιασμός της κατασκευής... 35 4.2.2 Υλοποίηση της κατασκευής... 37 4.3 Ηλεκτρονική σχεδίαση του συστήματος... 39 4.3.1 Διακόπτες (buttons)... 39 4.3.2 Κυκλώματα... 39 4.3.3 Μικροελεγκτής... 43 4.3.4 Οθόνη... 43 4.3.5 Ηχεία... 44 4.3.6 Φορητός υπολογιστής (laptop)... 44 4.4 Τελικές προσθήκες και τροποποιήσεις... 45 4.5 Ο μικροελεγκτής Arduino... 46 4.5.1 Μικροελεγκτής... 47 4.5.2 Είσοδοι / Έξοδοι... 48 4.5.3 Ενσωματωμένα κουμπιά και LED... 50 4.5.4 Τροφοδοσία... 51

4.5.5 Χαρακτηριστικά... 52 4.5.6 Λόγοι επιλογής ενός Arduino... 52 Κεφάλαιο V Λογισμική σχεδίαση του συστήματος 5.1 Λογισμική σχεδίαση... 55 5.2 Java... 56 5.2.1 Τα χαρακτηριστικά της Java... 56 5.2.2 H εικονική μηχανή της Java... 57 5.2.3 Ο συλλέκτης απορριμμάτων (Garbage Collector)... 57 5.2.4 Επιδόσεις... 58 5.2.5 Ολοκληρωμένο περιβάλλον ανάπτυξης (IDE)... 58 5.3 Arduino IDE... 58 5.3.1 Blinking Led Ένα απλό παράδειγμα... 61 5.4 Processing... 64 5.4.1 Σύγκριση με Java (Επεξεργασία)... 65 5.4.2 Γραμματική και συντακτικό του Processing... 65 5.4.3 Processing PDE (Processing Development Environment) 66 Κεφάλαιο VI Αποτελέσματα-Προτάσεις για περεταίρω εργασίες στο σύστημα 6.1 Αποτελέσματα... 69 6.2 Προτάσεις για περεταίρω εργασίες στο σύστημα... 69 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι Κώδικας συστήματος... 73 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙI Κοστολόγιο... 87 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙIΙ Οδηγός χρήστη. 89 Βιβλιογραφία... 91 11

Πτυχιακή Εργασία 12

Πίνακας εικόνων Α/Α ΕΙΚΟΝΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Σελ. 1 Εικόνα 1.1 Το θρυλικό Drum Machine, Roland TR808... 17 2 Εικόνα 1.2 Το τύμπανο, ένα πανάρχαιο κρουστό όργανο... 19 3 Εικόνα 1.3 Ένα σύγχρονο drum set... 21 4 Εικόνα 1.4 Μια κλασική ηλεκτρονική ντραμς... 22 5 Εικόνα 1.5 Yamaha DD-65 electronic drum set... 23 6 Εικόνα 1.6 Ένα σύγχρονο ηλεκτρονικόdrum Machine, το Performance Pad Pro της Alesis.. 23 7 Εικόνα 2.1 FL Studio v.10, ένα DAW της Image Line... 26 8 Εικόνα 2.2 Το Rhythmicon, η πρώτη συσκευή παραγωγής μουσικών μελωδιών... 29 9 Εικόνα 2.3 Το εσωτερικό του Sideman της Wurlitzer... 29 10 Εικόνα 2.4 Το Compute Rhythm (1972) της Εko... 30 11 Εικόνα 2.5 Το TR-909 της Roland... 30 12 Εικόνα 4.1 Αρχικό σχέδιο της κατασκευής... 36 13 Εικόνα 4.2 Το ξύλινο κουτί... 38 14 Εικόνα 4.3 Η επιφάνεια με τους διακόπτες... 38 15 Εικόνα 4.4 Ένας από τους διακόπτες του DMS 1.1... 39 16 Εικόνα 4.5 Τα κυκλώματα του DMS 1.1... 40 17 Εικόνα 4.6 Ο μικροελεγκτής Arduino Uno... 41 18 Εικόνα 4.7 Τα ηχεία του DMS 1.1... 41 19 Εικόνα 4.8 Το εξωτερικό του DMS 1.1, μετά την ολοκλήρωση της κατασκευής του... 43 20 Εικόνα 4.9 Το εσωτερικό του DMS 1.1, μετά την ολοκλήρωση της κατασκευής του... 44 21 Εικόνα 4.10 Ο μικροελεγκτής ATmega328... 45 22 Εικόνα 4.11 Τα κύρια μέρη του Arduino Uno... 46 23 Εικόνα 5.1 Το λογότυπο της Java... 54 24 Εικόνα 5.2 Το προγραμματιστικό περιβάλλον του Arduino... 57 25 Εικόνα 5.3 Το toolbar του Arduino IDE... 58 26 Εικόνα 5.4 Ένα παράδειγμα στο Arduino IDE... 60 27 Εικόνα 5.5 Το λογότυπο της Processing... 62 28 Εικόνα 5.6 Το προγραμματιστικό περιβάλλον του Processing... 65 29 Εικόνα 5.7 Το toolbar του PDE... 66 30 Εικόνα 6.1 To Drum Machine Roland TR-808, κατασκευασμένο από αληθινά μουσικά όργανα... 69 31 Εικόνα 6.2 Ένα Drum Machine ενσωματωμένο σε ένα T-shirt... 69 13

Πτυχιακή Εργασία 14

Πρόλογος Αντικείμενο της παρούσας εργασίας αποτελεί η κατασκευή μίας ηλεκτρονικής συσκευής παραγωγής μουσικών μελωδιών, εμπνευσμένη από τη λειτουργία των κλασσικών Drum Machines. Η λειτουργία της συσκευής, η οποία ονομάστηκε από τους δημιουργούς της DMS 1.1 (Drum Machine Simulator), ελέγχεται από έναν μικροελεγκτή Arduino, κατάλληλα προγραμματισμένο. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια πρώτη αναφορά στα Drum Machines, και παρουσιάζεται η ιστορική εξέλιξη των μουσικών οργάνων, εστιάζοντας στα πρώτα κρουστά, και καταλήγοντας στα ντραμς. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μία ανάλυση του τρόπου λειτουργίας των Drum Machines, καθώς και όλων των συσκευών τύπου sequencer. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι στόχοι της εργασίας, και παρατίθενται οι απαιτήσεις και οι προδιαγραφές του συστήματος, όπως αυτές ορίστηκαν από τους δημιουργούς της. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναλύεται η ηλεκτρονική σχεδίαση του συστήματος, και περιγράφονται τα στάδια κατασκευής της συσκευής. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στη λογισμική σχεδίαση του συστήματος, και πιο συγκεκριμένα στο λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε. Το έκτο κεφάλαιο αποτελείται από προτάσεις των δημιουργών του DMS 1.1 για περεταίρω εργασίες στο σύστημα. Στο ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι παρατίθεται ο κώδικας του συστήματος. Στο ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙ παρουσιάζονται τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για την ολοκλήρωση του DMS 1.1. 15

Πτυχιακή Εργασία 16

ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ι ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 ΤΑ DRUM MACHINES Το Drum Machine είναι ένα ηλεκτρονικό μουσικό όργανο, το οποίο σχεδιάστηκε για να μιμείται τον ήχο των ντραμς ή άλλων κρουστών οργάνων. Αν και είναι ένα ηλεκτρονικό μουσικό όργανο, το Drum Machine δεν χρησιμοποιείται μόνο στην ηλεκτρονική, αλλά και σε άλλα είδη μουσικής. Σε πολλές περιπτώσεις έχει υποκαταστήσει ακόμα και πραγματικούς ντράμερς και χρησιμοποιείται ευρέως, πλέον, σε ηχογραφήσεις τραγουδιών ή και σε ζωντανές συναυλίες. Αν και τα χαρακτηριστικά διαφέρουν από μοντέλο σε μοντέλο, πολλά σύγχρονα Drum Machines μπορούν να παράγουν μοναδικούς ήχους, προσφέροντας την δυνατότητα στους χρήστες τους να συνθέτουν τους δικούς τους μοναδικούς ρυθμούς. Εικόνα 1.1 Το θρυλικό Drum Machine, 17

Πτυχιακή Εργασία Roland TR-808 1.2 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ Πριν από οποιαδήποτε ανάλυση της ιστορικής πορείας και εξέλιξης των Drum Machines, αξίζει να γίνει μια σύντομη αναφορά στο πώς φτάσαμε από τα πρώτα μουσικά όργανα στα σύγχρονα, αλλά και τη συνεχή πορεία προς την ηλεκτρονική μουσική. 1.2.1 Η γέννηση της μουσικής και των μουσικών οργάνων Ο άνθρωπος, ως κοινωνικό ον, είχε από αρχαιοτάτων χρόνων την έμφυτη ανάγκη να επικοινωνεί με τους άλλους ανθρώπους και να δημιουργεί μικρές κοινωνίες. Οι πρώτοι άνθρωποι δεν μπορούσαν να εκφραστούν με τον λόγο, όπως ο σύγχρονος άνθρωπος, και για το λόγο αυτό χρησιμοποιούσαν άλλες μεθόδους, όπως κραυγές, νοήματα αλλά και παράγοντας κάποιους ήχους χρησιμοποιώντας διάφορα αντικείμενα. Από τη στιγμή που ο άνθρωπος πέρασε από την παραγωγή ήχων με το σώμα του (χτυπώντας τα χέρια ή το κεφάλι του) στην παραγωγή ήχων με αντικείμενα, μπορούμε να πούμε ότι τα πρώτα μουσικά όργανα αποτελούσαν γεγονός, μιας και κάθε αντικείμενο που μπορεί να παράγει ήχο θεωρείται μουσικό όργανο. Τα πρωτόγονα όργανα είχαν πιθανότατα στόχο να μιμηθούν ήχους της φύσης, και ο σκοπός τους ήταν τελετουργικός και όχι η ψυχαγωγία. Κάποιος, για παράδειγμα, που έπαιζε μία φλογέρα για να σηματοδοτήσει το ξεκίνημα του κυνηγιού, το έκανε χωρίς να έχει κατά νου την σύγχρονη έννοια της δημιουργίας μουσικής. Τα πρώτα μουσικά όργανα ήταν φτιαγμένα από υλικά που βρίσκονταν στη φύση, όπως όστρακα ή μέρη φυτών. Σχεδόν όλα τα υλικά της φύσης, έχουν χρησιμοποιηθεί τουλάχιστον από έναν πολιτισμό για την κατασκευή μουσικών οργάνων. Καθώς ο άνθρωπος προόδευε, εξελισσόταν παράλληλα και η χρήση των μουσικών οργάνων, ώσπου κάποια στιγμή φτάσαμε στη δημιουργία μελωδιών, οι οποίες αποτέλεσαν και την απαρχή της μουσικής. Η μουσική χρονολογεί και εξελίσσει την ιστορία της ως παράλληλη με εκείνη της Γλώσσας. Καθώς ο έναρθρος λόγος ως ηχητικό μέσο δεν δύναται να αποδώσει το φάσμα των αποχρώσεων των ανθρώπινων σκέψεων και συναισθημάτων, ο άνθρωπος ανέπτυξε ένα νέο ηχητικό μέσο έκφρασης, τον Μουσικό Λόγο. Καθώς η Γλώσσα χρησιμοποιείται στην έκφραση παραστάσεων και εννοιών στην ονομασία των πραγμάτων, έτσι και η μουσική αποδεικνύεται ως απαραίτητη ανάγκη της ζωής των ανθρώπων. 18

1.2.2 Τα πρώτα κρουστά μουσικά όργανα Από τα βασικότερα μουσικά όργανα υπήρξαν, αλλά εξακολουθούν να είναι μέχρι και σήμερα, τα κρουστά. Σύμφωνα με πληροφορίες ιστορικών, η απαρχή έγινε από τα πλέον αρχαία χρόνια. Πιο συγκεκριμένα, οι πρώτες αναφορές για την χρήση κρουστών οργάνων είναι από το 2500π.Χ., όπου αρχαίοι Αφρικανοί χτυπούσαν (έκρουαν) διάφορα πράγματα, κυρίως το ξύλο, την πέτρα και το σίδερο, για να μπορέσουν να επικοινωνήσουν. Επίσης, οι πρώτες φυλές που κατοίκησαν στην Κίνα, χτυπούσαν την πέτρα και το ξύλο, δημιουργώντας έτσι τις πρώτες κοινωνίες. Σημαντική ήταν και η συνεισφορά των αρχαίων Ελλήνων, οι οποίοι όχι μόνο άρχισαν να δημιουργούν κρουστά όργανα, αλλά και τα πουλούσαν, όπως αναφέρουν διάφοροι ιστορικοί. Κάποια από τα βασικά αρχαία ελληνικά κρουστά όργανα, τα οποία αποτέλεσαν και προστάδιο των μετέπειτα κρουστών μουσικών οργάνων, ήταν: Το τύμπανο, όργανο το οποίο, όπως και όλα εξάλλου τα κρουστά εκείνης της εποχής, δεν χρησιμοποιείτο για καθαρά μουσικούς σκοπούς, αλλά κυρίως σε τελετές και λατρευτικού χαρακτήρα θρησκευτικές εκδηλώσεις. Αρκετά αργότερα, το τύμπανο χρησιμοποιήθηκε από τον στρατό, για να δίνει τον βηματισμό σε περιπτώσεις πολέμου Τα κρόταλα (ή κρέμβαλα), ξύλινα κρουστά, αντίστοιχα με τις σημερινές καστανιέτες Τα κύμβαλα, τα οποία ήταν κατασκευασμένα από μέταλλο, και παρόλο που χρησιμοποιούνταν ευρέως, δεν θεωρούνταν όργανα με ουσιαστική αξία Το σείστρο, το οποίο ήταν κρουστό αφρικανικής προέλευσης και αποτελούσε ένα είδος ρυθμικής συνοδείας. Εικόνα 1.2 Το τύμπανο, ένα πανάρχαιο κρουστό όργανο 19

Πτυχιακή Εργασία 1.2.3 Η ντραμς (drum set) 20 Η δημιουργία της ντραμς (ή των ντραμς) ξεκίνησε στα τέλη του 19 ου αιώνα, και η πρώτη ολοκληρωμένη drums χρονολογείται στο 1887. Εκείνη την εποχή είχε ξεκινήσει η «μεγάλη μετανάστευση» των Αφρικανών, των Βραζιλιάνων και των Κουβανών προς την Αμερική. Μαζί τους κουβάλησαν και έναν μεγάλο σε πλούτο πολιτισμό, ο οποίος περιελάμβανε εθνικές παραδόσεις των χωρών τους, έθιμα και μουσικά όργανα. Οι Αφρικανοί έφεραν στη νέα τους πατρίδα μία νέα μουσική παράδοση, καθώς και κάποια κρουστά όργανα, όπως το μπόνγκο (το οποίο αργότερα θα «μεταλλαχθεί» και θα αποτελέσει ένα από τα βασικά όργανα που απαρτίζουν τη drums, το floor tom), το ντέφι, το τρίγωνο, καθώς και πολλά άλλα. Επίσης εφηύραν και νέους τρόπους παραγωγής ρυθμού, όπως το χτύπημα των τυμπάνων με ξύλα (μετέπειτα μπαγκέτες). Από τα πρώτα χρόνια της «μεγάλης μετανάστευσης» (γύρω στο 1885), μικρές ομάδες από μαύρους μουσικούς άρχισαν να δημιουργούνται και να ξεκινούν εμφανίσεις σε διάφορα μπαρ της Αμερικής. Κάπως έτσι δημιουργήθηκε ένα νέο μουσικό ρεύμα, που ονομάστηκε blues. Παράλληλα όμως, δημιουργήθηκε και ένα μεγάλο πρόβλημα, το οποίο αφορούσε την πληρωμή των μουσικών. Το πρόβλημα εστιαζόταν στο γεγονός ότι οι μπάντες της εποχής αυτής, αριθμούσαν ένα μεγάλο πλήθος μουσικών, οι οποίοι σε πολλές περιπτώσεις ξεπερνούσαν τους δέκα. Αυτό συνέβαινε γιατί υπήρχαν πάρα πολλοί κρουστοί σε κάθε μπάντα, μιας και ο ένας έπαιζε gran cassa, ο άλλος ντέφι, ένας άλλος πιατίνια, άλλος τύμπανα, άλλος τρίγωνο, άλλος κλακέτες κλπ. Γεννήθηκε, λοιπόν, η ανάγκη να ενωθούν όλα αυτά τα κρουστά σε ένα, και να μη χρειάζονται όλοι αυτοί οι κρουστοί, αλλά μόνο ένας. Κάπως έτσι αρχίζει να δημιουργείται η drums, η οποία αποτελεί έναν συνδυασμό τυμπάνων και κυμβάλων, χωρίς να αποκλείονται και άλλα όργανα (τρίγωνα, κουδούνια κ.α.), σύμφωνα πάντα με τις ανάγκες και την επιθυμία του εκάστοτε drummer. Η βασική μορφή της όμως, παγιώθηκε σε μία γκρανκάσα (μεγάλο τύμπανο με ποδόπληκτρο), ένα ταμπούρο (τύμπανο με συρμάτινες χορδές που πάλλονται πάνω στη μεμβράνη) και ένα ή περισσότερα κύμβαλα. Για τη χρήση της, οdrummer χρησιμοποιεί εξίσου τα χέρια και τα πόδια του, τόσο για τις μπαγκέτες όσο και για τα πεντάλ. Το συγκρότημα αυτό των κρουστών είχε αρχικά τον σπουδαιότατο ρόλο να κρατάει τον χρόνο, να δίνει δηλαδή τον ρυθμικό τονισμό πάνω στον οποίο αναπτύσσεται η μουσική της ορχήστρας, μετέπειτα όμως, απέκτησε και μελωδική

αυτονομία, δίνοντας την δυνατότητα στον drummer να δημιουργεί τις δικές του μελωδίες. Εικόνα 1.3 Ένα σύγχρονο drum set Τα χρόνια που ακολούθησαν παρατηρήθηκε μια ολοένα και αυξανόμενη εξέλιξη στην κατασκευή των drums. Δημιουργήθηκαν εταιρίες παραγωγής drums και επήλθαν συνεχείς αλλαγές και προσθήκες στο όργανο αυτό. Η εποχή του ροκ έφερε την επανάσταση στον κατασκευαστικό τομέα. Τα μεταλλικά εξαρτήματα, όπως τα πεντάλ, τα στεφάνια κ.α., έγιναν πολύ πιο γερά και ανθεκτικά, έτσι ώστε να αντέχουν στα «αλύπητα» χτυπήματα των rock drummers. Τέλος, τα δέρματα αντικαταστάθηκαν από πλαστικές ύλες, για μεγαλύτερη σταθερότητα και αντοχή στον χρόνο. 1.2.4 Η ηλεκτρονική ντραμς (electronic drum set) Εξέλιξη της ακουστικής ντραμς αποτελεί η ηλεκτρονική, η οποία έχει παρόμοιο σχήμα και σχεδόν ίδιο τρόπο παιξίματος, διαφέρει όμως στο γεγονός ότι ο ήχος δεν είναι φυσικός αλλά παράγεται μέσω ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Οι επιφάνειες προς κρούση προσομοιώνουν τις αντίστοιχες των ακουστικών, και μετασχηματίζουν τα χτυπήματα σε ηλεκτρικό σήμα, του οποίου η ένταση εξαρτάται από την ισχύ της κρούσης. Το σήμα μεταβιβάζεται σε μια ηλεκτρονική ενότητα που φροντίζει για τη σύνθεση ήχων ή αναπαραγωγή ηχητικών δειγμάτων. Η ηλεκτρονική ντραμς βρίσκεται στο εμπόριο ως ολοκληρωμένο σύνολο, αλλά και ως μεμονωμένα κομμάτια που μπορούν να προστεθούν σε ένα σύνολο 21

Πτυχιακή Εργασία ακουστικών τυμπάνων, προσφέροντας με τον τρόπο αυτό μεγαλύτερη ποικιλία και ευελιξία στον ντράμερ. Αξίζει επίσης να σημειωθεί, η δυνατότητα τοποθέτησης αισθητήρων ενεργοποίησης σε τύμπανα μιας ακουστικής ντραμς. Με αυτόν τον τρόπο ένας ηλεκτρονικός ήχος ντραμς θα παράγεται και θα ακούγεται ταυτόχρονα με τον κλασικό ήχο που θα παράγεται από το χτύπημα του τυμπάνου. Η ηλεκτρονική ντραμς προσφέρει και κάποιες επιπλέον δυνατότητες, κυρίως σε ζωντανές παραστάσεις. Για παράδειγμα, σε χώρους με κακή ακουστική, μπορούν να τοποθετηθούν αισθητήρες σε καθένα από τα τύμπανα, και όταν αυτοί ενεργοποιούνται θα παράγουν ένα παρόμοιο ήχο, ο ποίος μπορεί να ενισχυθεί σε οποιοδήποτε βαθμό, και χωρίς τα προβλήματα με τα κοινά μικρόφωνα. Έτσι παρέχεται στο κοινό καλύτερη ποιότητα ήχου. Εικόνα 1.4 Μια κλασική ηλεκτρονική ντραμς Με την πάροδο του χρόνου η ηλεκτρονική ντραμς εξελίχθηκε ακόμη περισσότερο, και σε πολλές περιπτώσεις άλλαξε ακόμη και εμφάνιση για να καλύψει τις ανάγκες των μουσικών αλλά και του καταναλωτικού κοινού, καθώς η χρήση της δεν περιορίστηκε σε καθαρά επαγγελματικούς σκοπούς. Έτσι δημιουργήθηκαν κάποιες ηλεκτρονικές συσκευές παραγωγής μουσικής, αρκετές από τις οποίες 22

θυμίζουν ορισμένα drum machines, δεν μπορούμε να πούμε όμως ότι αποτέλεσαν προστάδιο αυτών, μιας και τα drum machines υπήρχαν από την δεκαετία του 1930 (όχι βέβαια με την μετέπειτα μορφή τους) και δεν είχαν όλα -και πάντοτε- τον ίδιο τρόπο λειτουργίας. Εκτενέστερη αναφορά στην ιστορική εξέλιξη αλλά και τη λειτουργία των drum machines γίνεται στο επόμενο κεφάλαιο. Εικόνα 1.5 Yamaha DD-65 electronic drum set Εικόνα 1.6 Ένα σύγχρονο ηλεκτρονικόdrum Machine, το Performance Pad Pro της Alesis 23

Πτυχιακή Εργασία 24

ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ Η ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΚΑΙ Η ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ DRUM MACHINES Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζεται ο τρόπος λειτουργίας των περισσοτέρων drum machines. Γίνεται μια πλήρης αναφορά στα music sequencers, έτσι ώστε να γίνει κατανοητή η λειτουργία τους, ενώ στη συνέχεια γίνεται μια ιστορική αναδρομή και αναλύεται η εξέλιξη των drum machines στο πέρασμα των χρόνων. 2.1 MUSIC SEQUENCERS Τα Music Sequencers (προγράμματα επεξεργασίας μουσικών ακολουθιών), ή απλά Sequencers, είναι συσκευές ή εφαρμογές λογισμικού, οι οποίες μπορούν να ηχογραφούν, να επεξεργάζονται και να αναπαράγουν μουσική με το να διαχειρίζονται νότες και διάφορα άλλα δεδομένα και πληροφορίες που δέχονται, σε διάφορες μορφές, κυρίως MIDI ή CV/Gate, και δεδομένα ήχου ή αυτοματισμού για DAW. Τα Music Sequencers κατηγοριοποιούνται συχνά με βάση τον τύπο των δεδομένων που διαχειρίζονται σε: ΜIDI sequencers, για δεδομένα τύπου MIDI, Analog sequencers, για δεδομένα CV/Gate, και Audio sequencers (συμπεριλαμβανομένων των DAW), για δεδομένα ήχου ή αυτοματισμού. 2.1.1 MIDI To MIDI (Musical Instrument Digital Interface) είναι ένα πρωτόκολλο της βιομηχανίας των ηλεκτρονικών μουσικών οργάνων, που επιτρέπει μια μεγάλη ποικιλία ψηφιακών μουσικών οργάνων, ηλεκτρονικών υπολογιστών και άλλες σχετικές συσκευές να συνδεθούν και να επικοινωνούν μεταξύ τους και εγγυάται την συμβατότητα ανάμεσα σε αυτά. 25

Πτυχιακή Εργασία 2.1.2 CV/Gate To CV/Gate είναι μια σύντμηση των λέξεων Control Voltage/Gate (Έλεγχος Τάσης/Πύλη) και αποτελεί μια αναλογική μέθοδο για τον χειρισμό των synthesizers, των drum machines, καθώς και άλλων παρόμοιων συσκευών με εξωτερικά sequencers. Το CV υποδεικνύει το ποιά νότα θα παιχθεί, καθώς υπάρχει διαφορετική τάση για κάθε πλήκτρο που πιέζεται, ενώ το Gate το πότε θα αρχίσει μία νότα να παίζεται, ελέγχοντας στην ουσία την λειτουργία on/off. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιήθηκε ευρέως από την δεκαετία του 1960 μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 1980, αλλά πλέον έχει αντικατασταθεί από το πρωτόκολλο MIDI, το οποίο είναι πιο αξιόπιστο, έχει πιο πλούσια χαρακτηριστικά και υποστηρίζει ευκολότερα την πολυφωνία. 2.1.3 DAW To DAW (Digital Audio Workstation) είναι ένα ηλεκτρονικό σύστημα, σχεδιασμένο κυρίως για την καταγραφή, επεξεργασία και αναπαραγωγή ψηφιακού ήχου. Τα αρχικά DAWs ήταν συστήματα βασισμένα σε μικροεπεξεργαστή και περιλάμβαναν κονσόλα μίξης, επιφάνεια ελέγχου, μετατροπέα ήχου και αποθήκευση δεδομένων σε μία συσκευή, όμως με την εξέλιξη των Η/Υ, τα σύγχρονα DAWs αποτελούν λογισμικό σε υπολογιστές με τουλάχιστον μία συσκευή για την εισαγωγή των δεδομένων ήχου. Εικόνα 2.1 FL Studio v.10, ένα DAW της Image Line 2.2 ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ SEQUENCERS 26

Εκτός από τον τύπο των δεδομένων που διαχειρίζονται, τα Music Sequencers χωρίζονται και σε διάφορες άλλες κατηγορίες, βάσει του τρόπου κατασκευής και υποστήριξης. 2.2.1 Sequencers πραγματικού χρόνου (real-time sequencers) Ηχογραφούν τις μουσικές νότες σε πραγματικό χρόνο, όπως οι κοινές ηλεκτρονικές συσκευές ηχογράφησης, και αναπαράγουν τις νότες αυτές τροποποιημένες ως προς κάποια χαρακτηριστικά τους. Για την επεξεργασία του ήχου απαιτείται ιδιαίτερη δεξιότητα ώστε να επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα. Η μέθοδος αυτή έχει παρόμοια χρήση με τις απλές συσκευές ηχογράφησης, και συναντάται συνήθως σε sequencers λογισμικού DAW κ.α. 2.2.2 Αναλογικά sequencers (analog sequencers) Υλοποιούνται με τη χρήση αναλογικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων και αναπαράγουν μουσικές νότες, επεξεργασμένες από κάποιες σειρές από διακόπτες ελέγχου (knobs ή sliders), που αντιστοιχούν σε κάθε μουσική νότα (step), και το χρονικό διάστημα ανάμεσα σε κάθε νότα (μήκος κάθε βήματος) μπορεί να ρυθμίζεται. Βασική τους χρήση είναι η παραγωγή επαναλαμβανόμενων μουσικών νοτών και χρησιμοποιούνται τόσο για σύνθεση όσο και για ζωντανές παραστάσεις. 2.2.3 Sequencers βήματος (step sequencers) Εδώ, το βήμα, δηλαδή το χρονικό όριο ανάμεσα στις νότες είναι σταθερό. Τα step sequencers αναπαράγουν αυστηρώς περιορισμένα μοτίβα από νότες, χρησιμοποιώντας ένα πλέγμα από οχτώ (8) ή δεκαέξι (16) συνήθως βήματα, καθένα από τα οποία αποτελεί το 1/8 ή 1/16 του μέτρου, αντίστοιχα. Αυτά τα μοτίβα συνδέθηκαν αργότερα μεταξύ τους για να δημιουργηθούν μεγαλύτερες συνθέσεις. Τέτοιου είδους sequencers συναντώνται κυρίως σε drum machines και groove boxes. 2.2.4 Sequencers λογισμικού (software sequencers) Αποτελούν μία κατηγορία εφαρμογών λογισμικού που παρέχουν τη λειτουργικότητα των music sequencers, ενώ συχνά προσφέρονται και ως χαρακτηριστικό των DAW ή των ολοκληρωμένων περιβαλλόντων παραγωγής μουσικής. Οι δυνατότητες που παρέχονται είναι πολλές και εξαρτώνται από το κάθε λογισμικό. Μπορεί ακόμα να προσομοιωθεί και ένα αναλογικό sequencer σε αυτά. Ο 27

Πτυχιακή Εργασία χρήστης χειρίζεται τα software sequencers μέσω GUI (Graphical User Interfaces) ή εξειδικευμένες συσκευές εισόδου, όπως για παράδειγμα το midi controller. 2.3 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ DRUM MACHINES Η πρώτη απόπειρα δημιουργίας μιας συσκευής παραγωγής μουσικών μελωδιών, η οποία αργότερα θα αποτελούσε τη βάση για τα μετέπειτα drum machines, έγινε στις αρχές της δεκαετίας του 1930 (1930-32). Το Rhythmicon, όπως ονομάστηκε, κατασκευάστηκε από τον Leon Theremin έπειτα από απαίτηση του Henry Cowel, ο οποίος ήθελε ένα μουσικό όργανο, με το οποίο θα δημιουργούσε μουσικές συνθέσεις με διάφορα μοτίβα, κάτι που δεν μπορούσε να κάνει με τα τότε υπάρχοντα πληκτροφόρα όργανα. Το όργανο αυτό μπορούσε να παράγει δεκαέξι διαφορετικούς ρυθμούς (με τον καθένα να έχει διαφορετικό βήμα), είτε παίζοντας τον καθένα ανεξάρτητα ή σε οποιονδήποτε μεταξύ τους συνδυασμό. Όταν το Rhythmicon παρουσιάστηκε το 1932, το κοινό το υποδέχτηκε με ιδιαίτερο ενδιαφέρον, όμως γρήγορα ξεπεράστηκε και ξεχάστηκε για δεκαετίες. Χρειάστηκε να φτάσουμε στο 1959 για να κατασκευαστεί ένα αξιόλογο όργανο βασισμένο στο Rhythmicon, όταν και δημιουργήθηκε το Sideman από την Wurlitzer, ένα ηλεκτρομηχανικό drum machine, το οποίο μάλιστα, αποτέλεσε και το πρώτο που κατασκευάστηκε για εμπορικό σκοπό. Το Sideman πρόσφερε στον χρήστη δώδεκα προκαθορισμένα ρυθμικά μοτίβα με διάφορα τέμπο, τα οποία παράγονταν ηλεκτρονικά. Ο ήχος αναπαράγονταν από μία σειρά από σωλήνες κενού, οι οποίοι παρήγαγαν δέκα προκαθορισμένους ηλεκτρονικούς ήχους τυμπάνου. Ένας περιστρεφόμενος δίσκος βοηθούσε στην παραγωγή μιας αλληλουχίας τέτοιων ήχων. Με τη χρήση ενός περιστρεφόμενου κουμπιού, υπήρχε η δυνατότητα επιλογής μουσικών συνδυασμών. Η ταχύτητα (tempo) των μοτίβων ελεγχόταν από έναν διακόπτη, ο οποίος μπορούσε να αλλάξει τη ταχύτητα περιστροφής του δίσκου. Το Sideman διέθετε ακόμη και μία σειρά από δέκα κουμπιά, με τα οποία γινόταν χειροκίνητα η ενεργοποίηση των ήχων. Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1960, οι μηχανές παραγωγής μελωδιών εξελίχθηκαν αρκετά ως προς τον τρόπο λειτουργίας τους, το μέγεθός τους περιορίστηκε σημαντικά και πολύ σύντομα είχαν διαδοθεί ευρέως. Έτσι το 1867 η Ace Electronics ανέπτυξε μία πρωτότυπη συσκευή, το FR-1 Rhythm Ace, το οποίο και προωθήθηκε στην αγορά. Διέθετε δεκαέξι προκαθορισμένα μοτίβα και τέσσερα 28

κουμπιά για να παράγεται χειροκίνητα καθένας από τους τέσσερις ήχους (μπάσο, κύμβαλο, claves, cowbell). Ακόμη, τα μουσικά μοτίβα μπορούσαν να ενωθούν μεταξύ τους πιέζοντας πολλαπλά κουμπιά ταυτόχρονα, και οι συνδυασμοί των ρυθμικών μοτίβων ξεπερνούσαν τους εκατό. Σε μεταγενέστερες εκδόσεις η ένταση του ήχου κάθε οργάνου μπορούσε να ρυθμιστεί μέσω ειδικών κουμπιών. Εικόνα 2.2 Το Rhythmicon, η πρώτη συσκευή παραγωγής μουσικών μελωδιών Εικόνα 2.3 Το εσωτερικό του Sideman της Wurlitzer 2.3.1 Σύνθεση των ήχων Μία πολύ βασική διαφορά ανάμεσα στις παλαιότερες συσκευές και τον πιο μοντέρνο εξοπλισμό, είναι το γεγονός ότι χρησιμοποιούν σύνθεση ήχου αντί για ψηφιακή δειγματοληψία για την παραγωγή των ήχων τους. Για παράδειγμα, ο ήχος από ένα snare drum δημιουργείται με «λευκό θόρυβο», ενώ ο αντίστοιχος από ένα bass drum με ημιτονοειδής ή άλλες κυματομορφές. Αυτό σημαίνει ότι, καθώς ο ήχος που παραγόταν δεν αντιπροσώπευε επακριβώς τον ήχο του πραγματικού οργάνου, κάθε μοντέλο έτεινε να έχει έναν μοναδικό χαρακτήρα, κάνοντάς το ξεχωριστό. Στα μοντέλα που ακολούθησαν ο ήχος έγινε ψηφιακός. 2.3.2 Προγραμματιζόμενα drum machines 29

Πτυχιακή Εργασία Το 1972 η Eko κατασκεύασε το Compute Rhythm(1972), το οποίο υπήρξε και το πρώτο προγραμματίσιμο drum machine. Διέθετε έξι σειρές από διακόπτες τύπου push-button, τα οποία έδιναν την δυνατότητα στον χρήστη να δημιουργεί χειροκίνητα τα δικά του μουσικά μοτίβα. Ο χρήστης μπορούσε επίσης να επεξεργαστεί και άλλους προ-προγραμματισμένους ρυθμούς. Άλλα παρόμοια μοντέλα προγραμματίσιμων drum machines διέθεταν μνήμη, και ο χρήστης μπορούσε να αποθηκεύσει τις δικές του μουσικές συνθέσεις. Εικόνα 2.4 Το Compute Rhythm (1972) της Εko Εικόνα 2.5 Το TR-909 της Roland 2.3.3 Οι συσκευές TR-808 και TR-909 της Roland Αξίζει να σταθούμε σε ένα συγκεκριμένο μοντέλο προγραμματίσιμου drum machine, το θρυλικό TR-808 της Roland, το οποίο ενέπνευσε την ιδέα γύρω από την παρούσα εργασία. Το TR-808 δημιουργήθηκε το 1980, μια περίοδο όπου ο ψηφιακός ήχος κυριαρχούσε στα drum machines. Παρόλο που το ίδιο (αλλά και ο διάδοχός του το TR-909) δεν διέθετε ψηφιακό ήχο, έγινε πολύ γρήγορα το διασημότερο όργανο σε μουσικά είδη που άνθιζαν την εποχή εκείνη όπως electro, house, techno, R&B και hip-hop, κυρίως λόγω του πολύ χαμηλού του κόστους αλλά και τον μοναδικό χαρακτήρα των πέντε στον αριθμό- αναλογικά παραγόμενων ήχων του. 2.3.4 Η επανάσταση του MIDI Επειδή τα πρώτα drum machines δημιουργήθηκαν πριν την εμφάνιση του MIDI το 1983, χρησιμοποιούσαν διάφορες μεθόδους για να συγχρονίσουν τις μελωδίες τους με άλλες ηλεκτρονικές συσκευές. Μερικά χρησιμοποιούσαν μία μέθοδο συγχρονισμού που ονομαζόταν DIN-Sync ή Sync-24 και άλλα τη μέθοδο CV/Gate. Γύρω στο 2000 τα αυτόνομα drum machines άρχισαν να γίνονται ολοένα 30

και λιγότερο δημοφιλή, και αντικαταστάθηκαν μερικώς από hardware samplers ελεγχόμενα από sequencers ή άλλα sequencers βασιζόμενα σε λογισμικό. 2.3.5 Προγραμματισμός των drum machines Ο προγραμματισμός των drum machines διαφέρει ανάμεσα στα διάφορα μοντέλα. Στα περισσότερα, αυτό μπορεί να γίνει σε πραγματικό χρόνο, με τον χρήστη να παράγει μελωδίες πιέζοντας κάποια πλήκτρα όπως θα έκανε και με μία ηλεκτρονική ντραμς (electronic drum kit). Σε άλλα, η παραγωγή μελωδιών πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας step sequencer, και η σύνθεση γίνεται σταδιακά, προσθέτοντας ξεχωριστούς ήχους σε συγκεκριμένα σημεία ενός πίνακα με δεκαέξι π.χ. βήματα, όπως στα μοντέλα TR-808 και TR-909. Τέλος, αν το drum machine έχει MIDI συνδεσιμότητα, τότε μπορεί κανείς να το προγραμματίσει με έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή ή κάποια άλλη συσκευή MIDI. 31