M4 Conecting MIDI to KL. Maximino Peña Guerrero

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1 20 Congreso Internacional Mexicano de Acústica XX International Mexican Meeting on Acoustics 30 Septiembre al 3 de Octubre de th September 3 October 2014 TAXCO DE ALARCÓN, GUERRERO, MÉXICO M4 Conecting MIDI to KL 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. 541

2 M4 Conecting MIDI to KL 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 KL (Kernel for a music Language) is a musical composition-oriented compiler. The KL input can be a file that contains the description of a song in the name of each note, or even coming from a command console ASCII format. In this decumento a brief description of a MIDI (Musical Instrument Digital Interface) interface is presented to the KL output is played by any electronic musical instrument that supports this sound system. Keywords: MIDI, scores, graphics, orchestral simulation. RESUMEN KL (Kernel for a music Languaje) es un compilador orientado a la composición musical. La entrada a KL puede ser un archivo que contiene la descripción de una canción en formato ASCII del nombre de cada nota, o también provenientes desde una consola de comandos. En este decumento se presenta una breve descripción de una interfase MIDI (Musical Instrument Digital Interface) para que la salida de KL sea reproducida por cualquier instrumento electrónico musical que soporte este sistema de sonido. Palabras clave: MIDI, partituras, gráficos, simulación orquestal. Qué es KL KL (Kernel for a music Languaje) es un lenguaje de computadora digital orientado a la composición musical [1]. Su núcleo contiene funciones escritas en lenguaje C/C++ las cuales se dividen en tres bloques principales: analizador léxico, analizador sintáctico, y analizador semántico. Cuando se compila una canción se generan instrucciones para TeX a traves de MusicTeX, obteniendo así una partitura gráfica. Como intérprete de comandos, KL interactua en tiempo real con el usuario mediante una terminal de consola. El objetivo de KL es proporcionar al compositor profesional un medio ambiente de composición asisitido por computadora CAC (Computer Aided Composer) con lo cual es posible simular una orquesta de carne y hueso con músicos digitales MIDI (Musical Instrument Digital Interface). En el análisis léxico se leen y se ordenan los caracteres formando una serie de tokens ASCII, los cuales pueden provenir de un archivo o desde la consola. El análisis sintáctico se encarga de revizar que los tokens correspondan a la definición del lenguaje. Por último el bloque de análisis semántico activa las funciones correspondientes las cuales se encargan de 542

3 generar el código correspondiente al sistema de graficación o del sistema de reproducción de sonido [2]. Como se puede ver en la Figura 1, el diseño de KL contempla varios módulos de entrada y salida, entre los cuales destacan los de entrada y salida MIDI, pero que no se habían implementado. Esto se debe a que la programación, en bajo nivel para varias plataformas, es dependiente del sistema operativo en cuestión (UNIX, Windows, Mac OSX). Sin embargo, de una manera independiente, hemos establecido pruebas y programado algunas de las funciones de bajo nivel más relevantes. Cabe mencionar que nuestro sistema KL sólo tiene las funciones relacionadas con la graficación de notas y pentagramas [3], pero no tiene las funciones relacionadas con el sonido. En este documento se presenta una breve descripción de la metodologia que utilizamos para adicionar funciones de salida para la interfase estándar de comunicaciones entre instrumentos musicales digitales. Qué es MIDI Figura 1: Diseño modular del núcleo de KL. MIDI (Musical Instrument Digital Interface) es un protocolo de comunicaciones que permite conectar un instrumento musical con otros instrumentos o con un sistema computacional. Este protocolo se desarrolló a principios de los 80s, casi al mismo tiempo en que se hecen más populares las computadoras personales con la aparición de la primera IBM-PC y la tarjeta de sonido SoundBlaster. Tal vez con este hecho, la historia de la música electrónica y digital comienza a escribirse. Además, se continúa el desarrollo de los sistemas CAC (Computer Assisted Composer) los cuales son poderosas herramientas que ayudan a los músicos profesionales a realizar una composición musical, interpretarla o estudiarla. Cabe decir que los sistemas CAC quedaron pendientes cuando aparecieron las primeras computadoras digitales en la mitad del siglo XX debido al bajo rendimiento del procesamiento de señales digitales de estas primera máquinas. En el sistema MIDI existen varias funciones que procesan información en forma de mensajes, los cuales pueden se cortos, largos o exclusivos. Por ejemplo se mencionanan algunas nuevas de KL relacionadas con mensajes 543

4 cortos: klopnm(), habre uno de los dispositivos listo para que sea utilizado; klclsm(), cierra el dispositivo seleccionado una vez que ya no se utiliza; klnton(), transmite el mensaje corto para activar una nota musical (lado izquierdo de la Figura 2); klntof(), transmite un mensaje corto para apagar una nota (lado derecho de la misma figura). Para procesar el tiempo en que se debe tocar una nota (centro de la Figura 1) se tiene la función klwait(). Para adicionar una nueva función a KL se describe el siguiente procedimiento tomando como ejemplo la función klnton: (1) Anexar el prototipo de esta función dentro de la seccion de prototipos del archivo de encabezado kl.h para que ésta sea reconocida por el compilador. (2) Dentro de la función semántica donotas() colocar klnton(). Cabe mencionar que la nueva función se puede colocar en otra función semántica que pueda ser activada por el procesamiento de la nota en cuestión. Algunas variables dependientes del sistema operativo se deben preprocesar de manera condicional en los archivos de encabezado, sin embargo se sugiere diseñar los drivers de sonido MIDI que son dependientes en módulos separados de tal manera que se puedan compilar de acuerdo con el sistema operativo que se va a utilizar. Figura 2: Transmisión/Recepción de un evento de nota MIDI. Hemos tratado de que KL sea portable y compatible. Para lograrlo diseñamos las funciones que son independientes en módulos comunes para todos los sistemas. Debido a que los sistemas gráficos también son dependientes, utilizamos funciones de OpenGL para los símbolos musicales con lo cual se logra una independencia bastante aceptable, mientras que los sonidos MIDI y analógicos se programaron de manera independiente. Implementación Práctica de KL Como ya hemos señalado, KL lo diseñamos para proveer al compositor musical una herramienta de desarrollo de partituras [4]. Pero más que nada, para proporcionar un software al hardware que simula una orquesta sin músicos de carne y hueso. Como se puede observar en la Figura 3, dichos músicos, incluyendo el director de orquesta, se simulan con instrumentos MIDI, los cuales se conectan en una red del tipo daisy-chain, y cuyos datos se transmiten 544

5 siguiendo una forma de transmisión del tipo broad-casting (uno a muchos). Los datos musicales que transmite el director (un sistema computacional) son interpretados por cada uno de los instrumentos en red. Cabe mencionar que in instrumento sólo responde a los datos que le corresponden (partitura individual). Conclusiones Figura 3: Implementación de una orquesta MIDI. Se presentó una breve descripción del lenguaje KL con algunas de las funciones MIDI que se han adicionado. KL es una herramienta de software que funciona como una interfase entre un compositor musical y un sistema computacional (sistema CAC, composición asistida por computadora). Es decir, un músico escribe un archivo que describe una partitura para que sea traducida en símbolos gráficos y sonido. Éste último es reproducido por sintetizadores MIDI. Los resultados obtenidos es la implementación de un sistema de simulación orquestal con 16 instrumentos musicales de una orquesta de jazz. De esta manera recreamos un medio ambiente que facilita la composición de música. References [1] Peña G. M. Captura de Múltiples Eventos MIDI en Tiempo de Ejecución, Tesis Doctoral, abril 2005, CINVESTAV IE. México D.F. [2] Peña G. M. KL: A Kernel for a Music Language, 15th Mexican International Congress on Acoustics, Taxco México, Oct [3] Hernández B.B.M, Pérez R. J.A, Biblioteca de Funciones Gráficas Para el Proyecto KL, Tesis, Ing. Com. Y El, ICE-ESIME-IPN,, agosto [4] Peña G. M. Proyecto KL en Agradecimientos Agradezco el apoyo prestado a las autoridades de la Academia de Acústica del departamento de Ingeniería Electrónica de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica del Instituto Politécnico Nacional, las facilidades prestadas para la continuación del desarrollo de KL. 545