Εφαρμογές Ηλεκτρονικού Υπολογιστή στη Μουσική ΑΝΑΣΤΑΣΟΠΟΥΛΟΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΑΝΤΩΝΙΑΔΗΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΔΕΜΑΡΤΙΝΟΥ ΕΛΙΣΑΒΕΤ ΔΗΜΟΠΟΥΛΟΣ ΠΛΑΤΩΝΑΣ ΖΑΦΕΙΡΟΠΟΥΛΟΥ ΜΥΡΤΩ ΘΑΜΠΕΤ ΜΑΡΙΑ ΚΑΡΑΓΙΑΝΝΗΣ ΒΑΣΙΛΗΣ ΚΟΜΝΗΝΟΣ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΛΙΒΑΝΗ ΒΑΣΙΛΙΚΗ ΜΑΚΡΗ ΣΟΦΙΑ ΜΑΡΑΓΚΑΚΗΣ ΑΝΔΡΕΑΣ ΜΠΙΛΑΛΗ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΑ ΣΠΕΤΣΙΕΡΗΣ ΑΘΑΝΑΣΙΟΣ ΤΕΡΠΙΝΑ ΑΓΓΕΛΙΚΗ ΧΡΗΣΤΙΔΗ ΙΩΑΝΝΑ Εκπαιδευτικός: ΝΙΚΟΛΟΣ ΔΗΜΗΤΡΗΣ 20/1/2014
Εισαγωγή Επιλέξαμε να ασχοληθούμε με τον υπολογιστή σε σχέση με τη μουσική. Οι νέοι ασχολούνται τόσο με τη μουσική όσο και με τους υπολογιστές καθημερινά. Η σχέση μεταξύ τους σίγουρα παρουσιάζει ενδιαφέρον. Μας απασχόλησαν τρία βασικά ερωτήματα: 1. Πως αναπαριστάται ο ήχος στον υπολογιστή 2. Με ποιον τρόπο μπορεί κανείς να συνθέσει μουσική στον υπολογιστή 3. Με ποιους τρόπους έχει αλλάξει ο τρόπος διάθεσης της μουσικής λόγω του διαδικτύου; Υπολογιστής και Ήχος Τα ηχητικά κύματα είναι κινήσεις μορίων ενός υλικού μέσου (π.χ. αέρας, νερό, στερεά) που διαδίδουν την ταλάντωση μιας ηχητικής πηγής σε ένα δέκτη. Τα χαρακτηριστικά των ηχητικών κυμάτων είναι: Περίοδος Μήκος κύματος Ταχύτητα (ίση με 343 m/s) Συχνότητα Πλάτος - Ένταση - Ακουστική Πίεση Αυτά τα κύματα αντιλαμβάνεται το ανθρώπινο αυτί ως ήχο. Όταν ακούμε μουσική στο σπίτι συνήθως χρησιμοποιούμε μια ηλεκτροακουστική αλυσίδα αναπαραγωγής ήχου όπως η παρακάτω: α) Συσκευές αναπαραγωγής (υπολογιστής, CD player, κασετόφωνο, πικάπ κ.λπ.) β) Ψηφιοαναλογικός μετατροπέας (προαιρετικός, μετατρέπει το σήμα από ψηφιακό σε αναλογικό όταν προέρχεται από ψηφιακές συσκευές αναπαραγωγής. Τις περισσότερες φορές είναι ενσωματωμένος σε αυτές αλλά διατίθεται και ως αυτόνομη συσκευή). γ) Συσκευές επεξεργασίας ήχου (π.χ. ισοσταθμιστές - equalizer, προαιρετικό, στις μέρες μας έχουν αντικατασταθεί πλήρως με ψηφιακή επεξεργασία σήματος στον υπολογιστή) δ) Ενισχυτές ( ενισχύουν το σήμα για να μπορέσει να ακουστεί από τα ηχεία) ε) Ακουστικές πηγές (ηχεία) Ακουστικές πηγές Ως ακουστική πηγή κατηγοριοποιείται οτιδήποτε μπορεί να παράγει ήχο. Παραδείγματα ηχητικών πηγών είναι τα έμβια όντα - οι άνθρωποι (ως ομιλητές) και τα ζώα, περιβαλλοντικά φαινόμενα (αέρας, βροχή, καταιγίδα), ανθρώπινες κατασκευές
(μηχανήματα, μουσικά όργανα, ηχεία κ.α.). Οι ακουστικές πηγές κατηγοριοποιούνται επίσης ανάλογα με το πώς διαδίδουν τον ήχο στο χώρο. Η ιδιότητα αυτή λέγεται κατευθυντικότητα. Μια παντοκατευθυντική πηγή διαδίδει τον ήχο ομοιογενώς προς όλες τις κατευθύνσεις όπως για παράδειγμα όταν σπάμε ένα μπαλόνι (κατ' αναλογία μια παντοκατευθυντική οπτική πηγή είναι ένας απλός λαμπτήρας). Αντίθετα, μια κατευθυντική πηγή στέλνει τη μεγαλύτερη ενέργεια του ήχου σε μια κατεύθυνση όπως όταν βάζουμε τα χέρια δεξιά και αριστερά από το στόμα για να φωνάξουμε σε κάποιον (κατ' αναλογία μια κατευθυντική πηγή φωτός είναι τα σποτ). Δύο κατηγορίες μεγαφώνων που χρησιμοποιούν αυτές τις δύο αρχές λειτουργίας είναι τα μεγάφωνα κώνου που είναι ελαφρώς κατευθυντικά (για μεσαίες και χαμηλές συχνότητες): και οι κόρνες που είναι πολύ κατευθυντικές και χρησιμοποιούνται κυρίως για μεσαίες και υψηλές συχνότητες:
Μικρόφωνα Το μικρόφωνο πήρε την ονομασία του από τον Ντέιβιντ Χιουζ, ο οποίος επινόησε μια διάταξη μεταφοράς ήχου που ήταν τόσο ευαίσθητη, που τη θεωρούσε κάτι σαν «μικροσκόπιο ήχου» και την ονόμασε «μικρόφωνο». Τα μικρόφωνα ταξινομούνται (α) ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας τους και (β) ανάλογα με την κατευθυντικότητα τους. Αν τα ταξινομήσουμε με τον τρόπο λειτουργίας τους θα καταλήξουμε στις τέσσερις παρακάτω κατηγορίες: 1. Δυναμικά μικρόφωνα 2. Μικρόφωνα ταινίας 3. Πυκνωτικά μικρόφωνα 4. Μικρόφωνα Κρυστάλλων Το δυναμικό μικρόφωνο αποτελείται από έναν ισχυρό μόνιμο μαγνήτη και ένα πηνίο τοποθετημένο ανάμεσα στους πόλους του, ώστε να κινείται ελεύθερα. Η λειτουργία του βασίζεται στο φαινόμενο της επαγωγής: όταν ηχητικά κύματα πέφτουν στο διάφραγμα, το πηνίο πάλλεται στο πεδίο του μαγνήτη, τέμνονται οι μαγνητικές γραμμές κι εμφανίζεται στα άκρα του πηνίου επαγωγική τάση. Το μικρόφωνο ταινίας αποτελείται από μια λεπτή πτυχωτή ταινία, συνήθως από αλουμίνιο, η οποία μπορεί και πάλλεται ελεύθερα μέσα στο ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργεί ένας ισχυρός μαγνήτης. Το μικρόφωνο αυτό έχει κατευθυνόμενη λήψη από δύο αντίθετες κατευθύνσεις και χρησιμοποιείται για ταυτόχρονη εξυπηρέτηση δύο ομιλητών, λόγω της καλής του απόκρισης. Το πυκνωτικό μικρόφωνο στηρίζει τη λειτουργία του στις μεταβολές χωρητικότητας ενός ενσωματωμένου πυκνωτή, σύμφωνα με τις μεταβολές της πίεσης που προκαλούνται από τα ηχητικά κύματα. Το μικρόφωνο κρυστάλλων χρησιμοποιεί μια λεπτή λωρίδα πιεζοηλεκτρικού υλικού, το οποίο είναι συνδεδεμένο με ένα διάφραγμα 1. Ψηφιοποίηση Η ψηφιοποίηση του ήχου γίνεται με δειγματοληψία και απαιτεί ειδικό υλικό και λογισμικό. H ψηφιοποίηση του ήχου γίνεται, από άποψη υλικού, από έναν μετατροπέα του αναλογικού σήματος σε ψηφιακό (ADC/Analog to DigitalConverter) που συχνά αποτελεί τμήμα ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος στην κάρτα ήχου. O ίδιος μετατροπέας μετατρέπει ξανά το σήμα σε αναλογικό (DAC/ Digital to Analog Converter) για να ακουστεί από τα ηχεία του συστήματος. H είσοδος του αναλογικού σήματος στο μετατροπέα γίνεται: είτε με μικρόφωνο, αν πρόκειται για ήχους από το περιβάλλον είτε από αναλογική συσκευή αναπαραγωγής ήχου, π.χ. κασετόφωνο. 1 http://music-musictechnology.weebly.com/uploads/1/8/8/9/18893255/_.pdf
O μετατροπέας λαμβάνει δείγματα από το εισερχόμενο αναλογικό σήμα μετρώντας το πλάτος σε τακτά χρονικά διαστήματα. Το στάδιο αυτό, καλείται δειγματοληψία και ο αριθμός των δειγμάτων ανά δευτερόλεπτο ρυθμός δειγματοληψίας (sampling rate). H δειγματοληψία του σήματος συνήθως γίνεται στις συχνότητες 8 KHz, 11.025 KHz, 22.05 KHz, 44.1 KHz. Οι τιμές που προκύπτουν αποθηκεύονται (στάδιο κωδικοποίησης) σε μορφή δυαδικού αριθμού με προκαθορισμένο πλήθος δυαδικών ψηφίων. Το πλήθος των ψηφίων του αριθμού αυτού καλείται εύρος δείγματος (sample width) και καθορίζει το πλήθος των δυνατών τιμών που μπορεί να αποθηκευτούν. Το σύνηθες εύρος δείγματος είναι των 8 και 16 bit. Για να αποθηκευτούν οι τιμές που προκύπτουν από την δειγματοληψία αυτές στρογγυλοποιούνται (στάδιο κβάντισης). 2 Συμπίεση ήχου Υπάρχουν αρκετές τεχνικές συμπίεσης ηχητικών δεδομένων. Η πιο γνωστή είναι το mp3 (MPEG Layer 3), η οποία ήταν η πρώτη που κατάφερε να συμπιέσει σε ικανοποιητικό βαθμό τα ψηφιακά αρχεία ήχου χωρίς μεγάλη ακουστή διαφορά. Για να το πετύχει αυτό εκμεταλλεύεται ένα φαινόμενο που έχει να κάνει με το πώς ο εγκέφαλος επεξεργάζεται τους ήχους που ακούει, το οποίο ονομάζεται Ακουστική Σκίαση. Πιο συγκεκριμένα όταν ακούγεται μια ηχητική συχνότητα σε μια ορισμένη ένταση, ο εγκέφαλος δε μπορεί να ακούσει τις γειτονικές συχνότητες γιατί επικαλύπτονται από την πρώτη. Για να μπορέσει να ακούσει τις γειτονικές συχνότητες πρέπει να περάσουν κάποιο όριο. Στο παρακάτω σχήμα 2 Από το σχολικό βιβλίο «Εφαρμογές Υπολογιστών»
φαίνεται το φαινόμενο αυτό (Η κάθετη γραμμή είναι η συχνότητα που ακούγεται και η καμπύλη γύρω της είναι το ελάχιστο όριο προκειμένου να μπορούν να γίνουν ακουστές οι γειτονικές της. Η καμπύλη στο κάτω μέρος του σχήματος είναι το ελάχιστο όριο της ανθρώπινης ακοής): Το mp3 εκμεταλλεύεται αυτό το φαινόμενο και δεν κωδικοποιεί τις συχνότητες ενός τραγουδιού που ούτως ή άλλως δε μπορούμε να διακρίνουμε γιατί κάποιες γειτονικές τις επικαλύπτουν, με αποτέλεσμα να προκύπτει μικρότερο μέγεθος αρχείων. Μια άλλη μορφή συμπίεσης, η AAC, βασίζεται στην τεχνική Linear Predictive Coding (LPC), μια μαθηματική διαδικασία πρόβλεψης της εξέλιξης του ηχητικού σήματος στο πεδίο της συχνότητας, με αποτέλεσμα να κωδικοποιούνται μόνο οι διαφορές μεταξύ δύο διαδοχικών δειγμάτων ήχου και να γλιτώνουμε χώρο. Η συμπίεση Ogg Vorbis χωρίζει το φάσμα σε δύο κομμάτια: το κομμάτι που δεν έχει πολλές διαφοροποιήσεις ανά δείγμα και το κομμάτι που περιέχει την πολύπλοκη εξέλιξη ενός μουσικού κομματιού. Προκειμένου να μειώσει το μέγεθος του αρχείου, δίνει προτεραιότητα μόνο στο πολύπλοκο κομμάτι του φάσματος. Τέλος, η συμπίεση FLAC, η οποία δεν έχει καθόλου απώλεια ποιότητας από το ασυμπίεστο αρχείο ήχου, χρησιμοποιεί κατά κύριο λόγο τη μεθοδολογία του AAC εμπλουτισμένη με κάποιες πιο προχωρημένες τεχνικές.
Διασύνδεση συσκευών Οι ηχητικές συσκευές που διασυνδέονται με ψηφιακό τρόπο (π.χ. μια συσκευή αναπαραγωγής με έναν ενισχυτή) μεταδίδουν στο καλώδιο το σήμα του ήχου σε ψηφιακή μορφή ανάλογα με το πρωτόκολλο επικοινωνίας (π.χ. SPDIF, ADAT, AES/EBU, HDMI protocols), ενώ τα ηχητικά δεδομένα είναι κωδικοποιημένα σε: PCM, Dolby ή DTS και χρησιμοποιούν τα εξής είδη διασυνδέσεων 3 : USB: Καλώδιο οπτικής ίνας Toslink: Ομοαξονικό καλώδιο τύπου RCA: 3 Επικοινωνία με Δρ. Φώτη Κοντομίχο
Σύνδεση HDMI: Σύνδεση XLR: Σύνδεση Firewire: Σύνδεση δικτύου Ethernet:
Μουσικά Λογισμικά: Δημιουργία και σύνθεση μουσικής Λογισμικά σύνθεσης μουσικής GarageBand Τον Μάρτιο του 2011 η Apple ανακοίνωσε την πρώτη έκδοση του GarageBand για τις συσκευές που φέρουν ios. (ipad,iphone,ipodtouch). Ο χρήστης μπορεί να δημιουργήσει μουσική χρησιμοποιώντας πλήθος διαφορετικών μουσικών οργάνων που εμφανίζονται στην οθόνη. Τα όργανα χωρίζονται σε 4 βασικές κατηγορίες, σε πληκτροφόρα, κρουστά, έγχορδα και στην ηχογράφηση φωνής. Τέλος είναι δυνατή η επικοινωνία με την αντίστοιχη εφαρμογή για το Mac OSX. LMMS
Το Interface χωρίζεται σε 3 μέρη, το Song Editor, Beat + Bassline & FX-Mixer.Τα όργανα βρίσκονται στον φάκελο Presets. Για να βάλουμε έναν ήχο ή ένα όργανο μέσα στην σύνθεση, το κάνουμε Drag n' Drop στο Song Editor. Τέλος υποστηρίζει μίξη από πάρα πολλά όργανα. Noteflight Λογισμικό για την σύνθεση και δημιουργία μουσικής. Για να παίξεις θα πρέπει πρώτα να εγγραφείς καθώς υπάρχει online. Διαθέτει πλήθος μουσικών οργάνων, όπως πιάνο, βιολί, τσέλο, κιθάρα, μπάσο κλπ. Μπορεί κανείς να αποκτήσει περισσότερα όργανα πληρώνοντας ένα ποσό.
MuseScore Το λογισμικό MuseScore μοιάζει πιο πολύ με το Noteflight, ωστόσο λειτουργεί χωρίς σύνδεση στο διαδίκτυο. Σύγκριση λογισμικών Το Noteflight παρέχει την δυνατότητα σε όσους είναι εξοικειωμένοι με την μουσική να συνθέσουν τραγούδια και μελωδίες κάτι που διαθέτει και το GarageBand το οποίο όμως προσφέρει τις ίδιες δυνατότητες και για τους αρχαρίους. Το Garageband είναι πιο ευχάριστο από το LMMS! Έχει καλύτερο και πιο απλό UI (User Interface). Παρ' όλα αυτά, αυτό δεν συνεπάγεται σε καμία περίπτωση ότι το GarageBand στερείται δυνατοτήτων του LMMS. Για να μην πούμε ότι μάλλον υπερτερεί... Το Noteflight μπορεί να απευθύνεται κυρίως σε άτομα που έχουν μουσικές γνώσεις αλλά είναι πολύ πιο εύκολο στη χρήση απ ότι το LMMS.
Μουσική και Διαδίκτυο Το διαδίκτυο έχει αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο προμηθευόμαστε τη μουσική. Για να διερευνηθεί ο τρόπος με τον οποίο έχει συντελεστεί αυτή η αλλαγή αναπτύχθηκε ένα ερωτηματολόγιο και μοιράστηκε σε μαθητές του σχολείου μας. Ακούτε καθημερινά μουσική; Σειρά1; ΝΑΙ; Σειρά1; ΟΧΙ; Η μουσικη είναι μια από τις πιο γνωστες μορφες ψυχαγωγιας των εφηβων Σειρά1; Κατέβασμα; Πώς προμηθεύεστε μουσική; Σειρά1; Αγορά; Σειρά1; Αγορά και κατέβασμα; Ολο και περισσοτερο μειωνεται η αγορα των CD s καθως οι περισσοτεροι προτιμουν να κατεβαζουν μουσικα κομματια από το διαδικτυο
Σειρά1; Καθόλου; Αγοράζετε CDs; Σειρά1; Μερικές φορές; Καθόλου Μερικές φορές Συχνά Πολύ συχνά Σειρά1; Συχνά; Σειρά1; Πολύ συχνά; Γενικός τύπος Παρ ότι ειδαμε πως μερικοι μαθητες συνεχιζουν να αγοραζουν μουσικους δισκους δεν το κανουν συχνα Σειρά1; Πολύ Κατεβάζετε μουσική από το συχνά; 31 διαδίκτυο; Σειρά1; Συχνά; 12 Σειρά1; Καθόλου; 5 Σειρά1; Μερικές φορές; 12 Αντιθετα, το να κατεβαζει καποιος μουσικη από το διαδικτυο είναι πολύ συχνο φαινομενο
Σειρά1; Υπολογιστή; Με ποια συσκευή κατεβάζετε μουσική; Σειρά1; Κινητό; Σειρά1; Tablet; Υπαρχουν πολλα μεσα με τα οποια μπορουμε πλεον να κατεβαζουμε μουσικη και προτιμοτερο από αυτά ο υπολογιστης. Για ποιους λόγους έχουν μειωθεί οι πωλήσεις των CD; Σειρά1; τιμη; τιμη περιορισμος συσκευη χωρητικοτητα Σειρά1; Σειρά1; ευκολια; ταχυτητα Σειρά1; Σειρά1; συσκευη; Σειρά1; ταχυτητα; παρανομα cd περιορισμος; παρανομα cd; Σειρά1; ευκολια χωρητικοτητα; Κυριος λογος της μειωσης των πωλησεων CD s είναι η τιμη τους καθως ξεπερνανε κατά πολύ αυτές των αλλων τροπων.δευτερος παραγοντας είναι το γεγονος ότι το κατεβασμα είναι πιο ευκολο διοτι δεν χρειαζεται το ατομο να μετακινηθει στα δισκοπωλεια για να την αποκτησει.επισης,μια άλλη δυσκολια είναι ότι τα CD s χρειαζονται συγκεκριμμενη συσκευη
για την αναπαραγωγη των κομματιων.ακομη,η τατυχητα παιζει μεγαλο ρολο στην επιλογη της αποκτησης της μουσικης και το κατεβασμα παρουσιαζει αυτό το χαρακτηριστικο. Συνέντευξη με τον Vassilikos Καλημέρα σας, Είμαστε μαθήτριες της Β τάξης του Πρότυπου Πειραματικού Λυκείου του Πανεπιστήμιου Πατρών και συμμετέχουμε σε μια ερευνητική εργασία με θέμα «υπολογιστές και μουσική». Θα θέλαμε να σας ρωτήσουμε κάποια πράγματα τα οποία θα μας βοηθήσουν να ολοκληρώσουμε την εργασία μας το πρώτο τετράμηνο. 1) Πλέον κάθε καινούργιο μουσικό κομμάτι που κυκλοφορεί ανεβαίνει στο διαδίκτυο οπού μπορεί ο καθένας να το ακούσει δωρεάν. Εσείς έχετε κέρδος από αυτό ; Το κέρδος που μπορεί να έχει κάνεις από τη δημόσια εκτέλεση της μουσικής του έχει δύο πλευρές. Η μία είναι η ηθική και η άλλη η οικονομική. Σε ηθικό επίπεδο το διαδίκτυο έχει βοηθήσει, με την έννοια ότι είναι ένα μέσο που διαθέτει ο περισσότερος κόσμος και μ' αυτόν τον τρόπο μπορεί η μουσική σου να φτάσει σε όλα τα σπίτια σε κάθε γωνιά του κόσμου. Με αυτόν τον τρόπο μπορεί κανείς να δημιουργήσει και να διατηρήσει ένα μεγάλο μέρος του κοινού του. Από την άλλη όμως, σε οικονομικό επίπεδο τα πράγματα δεν είναι τόσο καλά. Έχει υπολογιστεί ότι λόγω του διαδικτύου, οι πωλήσεις δίσκων παγκοσμίως έχουν σημειώσει πτώση της τάξης του 70% και σε κάποιες περιπτώσεις ίσως ακόμα περισσότερο. Αυτό είναι ένα μεγάλο πλήγμα για τους καλλιτέχνες. Κάποτε βασίζονταν στις πωλήσεις δίσκων σαν ένα αρκετά σοβαρό εισόδημα και τώρα βλέπουν τη δουλειά τους να έχει διαρρεύσει παντού και τις πωλήσεις τους να πέφτουν κατακόρυφα. Το κύριο εισόδημα πια για ένα μουσικό, έρχεται από τις ζωντανές εμφανίσεις. 2) Πιστεύετε ότι έχει επηρεαστεί η πώληση μουσικών σας δίσκων επειδή οι θαυμαστές σας προτιμούν να ακούνε τα κομμάτια σας από το διαδίκτυο ; Όπως είπα και πριν, οι πωλήσεις έχουν πέσει δραματικά. Μία κίνηση που έχει γίνει σε κάποιες χώρες όπως η Γερμανία είναι η απαγόρευση της μουσικής στο YouTube. Αυτό είναι φυσικά ένα άλλο άκρο. Ίσως η λύση θα ήταν κάπου στη μέση αλλά όπως και να 'χει, η πώληση δίσκων από επάγγελμα που ήταν κάποτε έχει γίνει ένα συμπληρωματικό μέσο προώθησης της μουσικής.
Ευχαριστίες Ευχαριστούμε τον καθηγητή του τμήματος των Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών κ. Ι. Μουρτζόπουλο που μας δέχθηκε στο εργαστήριο της Ομάδας Τεχνολογίας Ήχου και Ακουστικής, καθώς και τον κ. Φώτη Κοντομίχο, μεταδιδακτορικό ερευνητή του τμήματος. Ευχαριστούμε επίσης, τον Vassilikos που απάντησε στα ερωτήματα της συνέντευξης που του στείλαμε και όλους τους μαθητές που απάντησαν στα ερωτηματολόγια. Αναφορές http://nefeli.lib.teicrete.gr/browse2/stef/mta/2008/georgiakakinikol,skordiliartemi/attach ed-document/skordili_georgiakaki.pdf http://en.wikipedia.org/wiki/record_producer http://en.wikipedia.org/wiki/sound_production http://en.wikipedia.org/wiki/audio_signal_processing