2nd Pan-American and Iberian Meeting on Acoustics November th ASA meeting 7 o Congress FIA 17 o Congress IMA CANCUN MEXICO

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1 1 2nd Pan-American and Iberian Meeting on Acoustics November th ASA meeting 7 o Congress FIA 17 o Congress IMA CANCUN MEXICO Session Code: 1pMUb CONNECTING KL WITH A NEW GRAPHIC COMPONENT Maximino Peña Guerrero Academia de Acústica, Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica del Instituto Politécnico Nacional, ESIME-IPN, Av. Instituto Politécnico Nacional S/N , Zacatenco D.F. México.

2 2 CONNECTING KL WITH A NEW GRAPHIC COMPONENT Maximino Peña Guerrero Academia de Acústica, Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica del Instituto Politécnico Nacional, ESIME-IPN, Av. Instituto Politécnico Nacional S/N , Zacatenco D.F. México. ABSTRACT One of the problems that has our KL language it is doesn't have a graphic interface that allows to show in screen music scores with a professional quality. KL (Kernel for a music Language) is a compiler designed for the music digital processing. It contain functions for the lexical, syntactic, and semantic analysis. The KL input is a file (or console) with a commands sequence (f. e.: do do sol do do# reb) with that which a song is described. The KL output is in essence sound, MIDI, and graphic music elements for console and printer. In this document a computer methodology is presented for add and to connect to the language KL a new semantic function that allows to draw a new musical figure into a graphic screen. The result is a staff that leaves drawing with these new agreement elements with the instructions that it contains a KL data file. Keywords: MIDI, staff, digital orchestra, graphics, music compiler RESUMEN Uno de los problemas que tiene nuestro lenguaje KL es que no tiene una interfase gráfica que permita mostrar en pantalla partituras de música con una calidad profesional: hasta ahora sólo contiene algunas funciones básicas de prueba. KL (Kernel for a Music Language) es un compilador diseñado para el procesamiento digital de la música. Éste contiene funciones para el análisis léxico, sintáctico, y semántico. La entrada a KL es un archivo (o consola) con una secuencia de comandos (p.e. do do sol do do# reb) con lo cual se describe una canción. La salida de KL es en esencia sonido, MIDI, y elementos gráficos de música para consola e impresora. En este documento se presenta una metodología computacional para adicionar y enlazar al lenguaje KL una nueva función semántica que permite graficar un nueva figura musical en una pantalla gráfica. El resultado es un pentagrama que se va dibujando con estos nuevos elementos de acuerdo con las instrucciones que contiene un archivo de datos de KL.

3 3 1. Introducción Cuando un compositor se encuentra desarrollando una obra musical, este tiene en mente el sonido tal cual y como debería sonar en el momento en que dicha composición ya sea terminada. Es decir nuestro compositor "escucha" la melodía en su cerebro imaginando la complejidad de los acordes y el escenario, todo con sólo la imaginación. Para probar la obra de vez en cuando el compositor necesita reunir una orquesta de carne y hueso. Sin embargo a veces resulta difícil reunir a todos los músicos a un mismo tiempo debido a los problemas inherentes en las relaciones humanas (presupuesto, sindicatos, entre otros). Aquí es donde aparece en el escenario la tecnología digital. Hoy en día existen muchos programas que simulan una orquesta completa. Es posible ver la evolución de una nueva composición con sólo manipular unos cuantos íconos en una computadora digital. Estos ambientes de software permiten manipular muchas de las variables que contienen los sonidos complejos como los que genera una gran orquesta cuando se encuentra tocando. El compositor puede hacer transposición, cambio de sonido instrumental, separar con precisión uno o varios instrumentos, combinar sonidos armónicos, cambios de clave, captura de notas en tiempo real, entre muchos otros [2]. KL (Kernel for a music Language) es un compilador que diseñamos en el Instituto Politécnico Nacional que permite al compositor escribir, analizar, mostrar y reproducir partituras musicales. KL se encuentra en constante evolución. Pretende ser un medio ambiente que permite precisamente simular una orquesta completa. Actualmente contiene unas cuantas funciones para manipular el hardware y otras tantas para el control de partituras. Contiene algunos componentes básicos de graficación de figuras musicales. En este documento se presenta algunos de los símbolos musicales que ha desarrollado el equipo de trabajo en nuestro laboratorio de acústica, y una descripción sucinta de conectar a KL estos nuevos componentes gráficos. 2. El núcleo de KL KL contiene una colección de funciones escritas en C/C++ las cuales se agrupan en tres bloques principales: análisis léxico, análisis sintáctico, y análisis semántico. Cada uno de estos bloques han sido diseñados de acuerdo con una definición estándar que siguen la tecnología de lenguajes e interpretes en ciencias computacionales [1]. KL recibe como entrada un archivo de comandos o caracteres escritos con un teclado de consola. Contiene un conjunto de palabras reservadas con las cuales se forman dichos comandos. Por ejemplo cuando KL recibe la secuencia de caracteres

4 4 ASCII do el sistema coloca de manera gráfica el símbolo musical de la nota correspondiente a la nota C (estándar C_4). Además de mostrar dicho símbolo, también escuchamos el sonido correspondiente a dicha nota. De la misma forma, si el compilador recibe una secuencia de comandos más compleja como podría ser do mi sol la si do, KL analiza la secuencia de caracteres y realiza el mismo procedimiento. Cabe mencionar que KL puede generar un archivo en TeX para imprimir en papel la partitura musical que se esta procesando. La siguiente tabla define de una manera formal el compilador de comandos KL [3]. Para implementar una orquesta electrónico-digital (Figura 2) construimos una red de instrumentos musicales electrónicos utilizando su propio lenguaje: el protocolo MIDI (Musical Instrument Digital Interface). Otra forma de implementar dicha orquesta digital

5 5 conectamos un sistema cliente-servidor utilizando el sistema de comunicaciones TCP/IP entre instrumentos musicales y su director digital. De esta manera KL puede trabajar en tiempo real teniendo varios servidores (músicos) conectados a un sólo cliente (el director). Cada servidor es un músico digital interpretando su propia partitura El cliente es el director de la orquesta. Cabe mencionar que cada servidor (músico) tiene una dirección IP que lo distingue de los demás [5]. 3. Adición de Funciones a KL Para que una función gráfica tenga una apariencia profesional utilizamos le técnica de splines o polinomios de tercer orden. Cada símbolo musical es una gráfica que ha sido construida concatenando dos o más polinomios. Básicamente el contorno de una figura son dos polinomios que parten de un solo punto. Para dar la apariencia sólida de la figura basta con unir un punto del primer polinomio con otro punto del segundo polinomio. De esta forma tenemos una porción sólida de una figura musical unida con otra porción sólida de la misma figura hasta unir cada porción para completar la gráfica [4]. Figura 1: Seis funciones gráficas adicionales. KL se ha diseñado de una forma modular. La compilación se hace con los compiladores cc de UNIX, cl de Microsoft, y gcc de GNU (MinGW). Para adicionar una nueva función a KL primero se debe colocar el nuevo comando en el archivo de encabezados kl.h. Despues, dentro la estructura enumerada keywords escribir la constante del nuevo comando en mayúsculas. Enseguida dar de alta el tipo de palabra

6 6 clave en la estructura keywordtable[]. Ademas, escribir el prototipo de la nueva función en el segmento de código correspondiente dentro del archivo de encabezado kl.h. Y por último, escribir el nombre del archivo (oarchivos auxiliares) que contiene la nueva función en el archivo makefile para los compiladores que se emplean. Cabe mencionar que se proporcionan tres archivos para las diverentes versiones de sistemas operativos: makefile.cl, makefile.mingw, y makefile.unx. 4. Pruebas y resultados Figura 2: Desarrollo de la orquesta digital. Uno de los resultados que se presentan es KL con algunas de las nuevas funciones de sonido y graficación. En la Figura 1 se pueden observar las gráficas de construyen dichos nuevos símbolos. Otro de los resultados es la integración de KL en la implementación de una orquesta virtual. En la Figura 2 se muestra el proceso de diseño y desarrollo de nuestra orquesta digital, la cual es administrada por el núcleo de KL. A la derecha de esta misma Figura de color rojo (altavoz-amplificador) y azul (sintetizador MIDI con PIC) se puede ver un músico electrónico digital que interpreta un solo instrumento musical (un saxofón). Cabe mencionar que nuestra orquesta tendrá 15 sintetizadores MIDI (un sintetizador por cada instrumento de la orquesta).

7 7 Conclusiones Hemos presentado una breve descripción del sistema KL. También se menciona brevemente una manera de adicionar y enlazar una nueva característica de funcionamiento. Es decir colocar en KL un nuevo comando que amplia su funcionamiento. KL, en proceso de desarrollo dentro de los laboratorios del Instituto Politécnico Nacional, es la columna vertebral de un sistema de composición asistida por computadora (CAC systems) con lo cual un compositor dispone de una orquesta digital (músicos digitales) para facilitar el análisis de un proceso de composición musical sin tener que tener una orquesta normal con músicos de carne y hueso. Referencias [1] Peña G. M., KL: A Kernel for a Music Language, 15 Congreso Internacional de Acústica, Octubre 2008, Taxco Guerrero México. [2] Peña G. M., A. De Lucca P., Capture of Events MIDI in Parallel With FPGA, Journal of Applied Sciences & Technology, Vol. 1, No. 1, March [3] Peña G.M. Captura de Múltiples Eventos MIDI en Tiempo de Ejecución, Inédita. México. Tesis presentada para aspirar al grado de Doctor en Ciencias en Ingeniería Eléctrica. Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, [4] Peña G. M., J.J Negrete Redondo, G Key OpenGL Component, 14 Congreso Internacional de Acústica, Noviembre 2007, León Guanajuato México. [5] Peña G. M., Pentagrama-Servidor de Comandos MIDI, 15 Congreso Internacional de Acústica, Octubre 16, 2009, Uruapan Michoacán, México. Agradecimientos Agradezco el apoyo proporcionado por las autoridades del Instituto Politécnico Nacional, la Comisión de Operación y Fomento de Actividades Académicas, a la Dirección de Estudios de Posgrado e Investigación. De la misma forma agradezco al equipo de desarrolladores de software conformado por alumnos de la academia de acústica.

8 8 El autor Dr. Maximino Peña Guerrero; Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica ESIME-IPN 1981); Maestro en Ciencias en Ingeniería Eléctrica (CINVESTAV 1987); Doctor en Ciencias en Ingeniería Eléctrica (CINVESTAV 2005). Profesor de tiempo completo en la ESIME del Instituto Politécnico Nacional desde 1981.

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