Dr.Godfried-Willem RAES
Kursus Experimentele Muziek: Boekdeel 2: Live electronics
Hogeschool Gent - Departement Muziek en Drama
We zagen in het vorige hoofdstukje, dat het allereerste element waarover we dienen te beschikken om een interaktief systeem op te bouwen, gevormd wordt door de waarneming. Immers, er dient op iets gereageerd te worden. Zolang we met menselijke interaktieve systemen te maken hebben , is dit geen probleem, aangezien deze over vrij behoorlijke waarnemingsmogelijkheden beschikken. Willen we dit echter in machinale systemen implementeren, dan zullen we beroep dienen te doen op de vele mogelijkheden die de hedendaagse technologie ons daartoe biedt.
De mij a.h.w. heilige stelregel indachtig, dat je nooit meer komplexiteit moet inbouwen dan wat nodig is voor het bereiken van het beoogde doel, zullen we beginnen met enkele uiterst eenvoudige principes die kunnen worden gebruikt om machinale systemen van real-time input-data ( gegevens , informatie ) te voorzien. Eerst dienen we ons echter toch ietwat toe te leggen op de teoretische achtergrond van de informatieverwerving.
Informatie kan zich -teoretizerend, en altans op het eerste zicht- onder twee verschillende gedaanten voordoen:
1. - kwalitatieve informatie:
Kwalitatieve informatie is in wezen binair. Een gegeven , eigenschap , objekt, is of het is niet. Per kwaliteit die we willen benutten kunnen we volstaan met een enkel bit. ( Vgl. parenthesis verderop in de tekst ) Brengen we hierbij in herinnering dat het er voor de machine absoluut niet toe doet wat de 'betekenis' is van zo'n bit ! Die betekenis bepalen wij , als ontwerpers , eenzijdig , autoriteir en arbitrair. Wij laten elk bit iets betekenen. Bits, wanneer zij worden gebruikt om kwaliteiten uit te drukken, mogen dan ook niet verward worden met de bits die we leren kennen hebben in het binaire getallen-systeem, waarbinnen ze weliswaar ook kwaliteiten uitdrukken (van getallen in dit geval) , maar waarbij de betekenis ervan internationaal tussen mensen werd afgesproken.
Het zal duidelijk zijn dat kwalitatieve informatie , na omzetting in de vorm van een elektrische spanning , zich uitstekend leent tot digitale machinale verwerking.
Al deze vragen kunnen slechts met ja of nee worden beantwoord. Het antwoord kan telkens slechts waar of vals zijn, of, de vraag kan onbeantwoord blijven.
2. - kwantitatieve informatie:
Hier gaat het dan niet alleen meer om het al dan niet aanwezig zijn van een bepaalde eigenschap, maar bovendien om de mate waarin dat het geval is.
Een kwantiteit kan dan ook alleen bestaan wanneer er een kwaliteit wordt bepaald . Alleen wanneer we zeggen dat we het over geluidsterkte hebben , heeft het zin te zeggen dat ze 90dB bedraagt. Een kwantiteit gaat steeds over een kwaliteit. Kwantiteiten worden door mensen ervaren als analoge veranderlijken. Kwantiteiten (numerieke bvb. ) die een intrinsiek diskontinu verloop kennen (omdat elke mogelijke waarde steeds een -voor onze waarneming , ofwel volgens ons denken- aftelbaar eindig aantal 'kwantums' verschilt van elke andere waarde) kunnen uiterst eenvoudig worden herleid tot kwalitatieve. We kunnen ermee volstaan de lijst van mogelijke kwantiteiten op te stellen , en deze lijst verder behandelen als een lijst van kwalitatieve eigenschappen, waarin telkens op een bepaald moment een of meer eigenschappen als toepasselijk , aangestipt kunnen zijn. De kwantiteit kan hier zowel exklusief (EXOR) zijn als inklusief (OR) . Muzikaal zal dit meteen duidelijk zijn , wanneer we denken aan een polyfone muzikale kontekst, waarin het feit dat een bepaalde noot klinkt, niet wegneemt dat er ook een andere kan klinken. De getemperde kromatische toonladder waarvan de traditionele westerse muziek zo'n tweehonderd jaar lang gebruik heeft gemaakt, is hiervan een uitstekend voorbeeld : alle toonhoogten die oorbaar zijn, komen overeen met welbepaalde noten uit het toonsysteem. Wat daartussenin ligt , is vals en behoort niet tot het systeem. Ook klankkleur werd in deze muziek alleen gebruikt in kwalitatieve zin : elk instrument diende over een zo breed mogelijke tessituur zoveel mogelijk dezelfde en homogene klankkleur te hebben. Klankkleur-variatie komt als dusdanig in de westerse muziek van de periode 1400-1900 niet voor.
Een typisch kwantitatieve grootheid is daareentegen de geluidsterkte. Wanneer we die willen gebruiken in al haar gradaties als input-gegeven binnen een interaktief systeem, dan zullen we verplicht zijn haar kwantitatief te beschrijven. Maar ook binnen de ruimere kontekst van de hedendaagse muziek evenals binnen die van de muziek van andere kulturen, is toonhoogte , als frekwentie van een toon, een intrinsiek kwantitatief gegeven, evenals trouwens klankkleur ( spektrale samenstelling).
Kwantitatieve informatie dient dan ook steeds ofwel te refereren naar een op voorhand bepaalde schaal , ofwel volledig bepaald te worden in relatie tot de vorige resp. volgende kwantitatieve waarde ( groter dan , kleiner dan of gelijk aan ).
Parenthesis: Informatieteorie
Alle informatie heeft als belangrijkste eigenschap dat zij overdraagbaar is op eender welk materieel of energetisch substraat (de drager). Informatie zelf kan dan worden bepaald als 'vorm'. Een van de meest belangwekkende stellingen uit de wiskundige informatieteorie (ontwikkeld door Robert Shannon & Warren Weaver), is de stelling die zegt dat alle informatie kan uitgedrukt, omgezet en gekommuniceerd worden met behulp van niet meer dan 2 verschillende toestanden van een willekeurig substraat. Het ondubbelzinnig discrimineerbaar zijn van deze twee verschillende toestanden is essentieel. Toestanden die niet duidelijk diskrimineerbaar zijn , definieert men als 'ruis' (noise) . Naar analogie met de thermodynamika gebruikt men hiervoor het begrip entropie . De entropie , of graad van onbepaaldheid, wordt gemeten en uitgedrukt als de logaritme van het aantal mogelijke toestanden. Zijn er maar twee toestanden mogelijk, dan is de entropie gelijk aan 0 , immers Log 1=0 . Het binaire getalsysteem - het systeem waarmee alle digitale komputers alle bewerkingen uitvoeren - is op deze fundamentele stelling gesteund. De elementaire eenheid van informatie is dan ook het BIT. 'Bit' staat voor 'Binary DigiT '. Hoe meer 'bits' er als informatie bepaald zijn, hoe groter de informatie van het systeem. In digitale komputers neemt zo'n bit de energetische vorm aan van een elektrisch potentiaalverschil ( 0 Volt of 5 Volt bvb.), maar in andere konteksten zou het ook helemaal iets anders kunnen zijn. Louter filosofisch gesproken is het mogelijk de hele 9e Symfonie van Beethoven over te brengen met behulp van 1 baksteen, die bvb. rechtop kan geplaatst zijn , of plat kan liggen.
Steunend op enerzijds de informatieteorie , anderzijds op de mogelijkheden van de technologie, en meer bepaald van de moderne elektronika, is het mogelijk alle kwantitatieve informatie om te zetten in een kwalitatieve, met name digitale, vorm. Daartoe beelden we de analoog veranderlijke grootheid af op een getallenschaal in het binaire systeem. De granulatie van onze schaal (het aantal verdelingen dat we erop aanbrengen), is bepalend voor de precisie van de omzetting. Om ten opzichte van de menselijke perceptie gegarandeerd geen verlies aan informatie te hebben, dient het oplossend vermogen van onze schaal minstens dat van onze waarneming te evenaren. Het onderscheid tussen kwalitatieve en kwantitatieve informatie kan dan ook noch in teorie noch in de praktijk daadwerkelijk gehandhaafd blijven, omdat het slechts op schijn berust.
Sensoren zijn technische toestellen of konstrukties die gevoelig zijn voor bepaalde externe veranderingen en in funktie daarvan een of ander signaal afgeven. Zij staan m.a.w. in voor de omzetting van een of andere empirische toestand in een informationele toestand. Sensoren vormen de technische basis van alle input-devices die we ons zouden kunnen voorstellen.
Belangrijke eigenschappen van alle sensoren zijn onder meer:
b. de mate waarin zijn gevoelig zijn ( de grootte van de kleinste verandering van de parameter waarvoor zij gevoelig zijn, waarvoor nog een bruikbaar en relevant signaal wordt afgegeven). Dit wordt soms ook oplossend vermogen of diskriminatievermogen genoemd.
c. de mate waarin zij de parameters die ze geacht worden op te nemen , zelf beinvloeden. In het meest ideale geval zou dit uiteraard nul moeten zijn , maar zoiets is fyzisch onmogelijk. Elke termometer neemt een deel warmte weg van datgene waarvan hij de temperatuur meet. In de praktijk volstaat het ervoor te zorgen dat deze beinvloeding verwaarloosbaar is tegenover de te meten parameter.
e. de hoeveelheid informatie die zij met betrekking tot de parameter waarvoor zij gevoelig zijn afgeven.
f. de reaktiesnelheid , dit is de tijd die de sensor nodig heeft om op een verandering in de parameterwaarde , met de afgifte van een signaal te reageren, wanneer deze verandering binnen het gevoeligheidsbereik ligt.
g. de reproduceerbaarheid van de verkregen informatie vanuit dezelfde input-gegevens. Een sensor zullen we slechts dan als goed en bruikbaar willen beschouwen, wanneer die ook op eenzelfde input, met eenzelfde informatieafgifte reageert.
Bespreking van enkele sensoren die voor muzikaal interaktieve systemen kunnen worden gebruikt.
Gezien de uiteindelijk dan toch praktische en artistiek kreatieve bedoeling van deze kursus, en rekening houdend met de relatieve eenvoud die dat met zich brengt, zullen we ons verder beperken tot de bespreking, analyse en het ontwerpen van sensor-systemen die onder een of andere vorm een zuiver elektrisch signaal kunnen afleveren.
1. Sensoren met mechanische input en elektrische output :
- schakelaars
Schakelaars zijn eigenlijk intrinsiek binaire toestellen, en worden dan ook in uiteenzettingen over het binair systeem vaak als lesvoorbeeld aangehaald. Ze zijn immers aan of uit. Geldt dit per uitzondering eens niet meer, dan zijn ze gegarandeerd stuk...
Twee soorten schakelaars dienen we te onderscheiden:
deze hebben twee stabiele toestanden, nml. aan of uit. Zet men de schakelaar aan, dat blijft hij in die toestand tot hij weer wordt uitgezet. Registerknoppen op orgels hebben deze eigenschap steeds.
Verschijningsvormen:
deze hebben slechts een enkele stabiele toestand, naar dewelke zij vanzodra de mechanische kracht die ze in de ene toestand bracht , wegvalt, ook telkens terug keren. Een eenvoudig voorbeeld hiervan zijn de orgelklaviertoetsen.
Verschijningsvormen:
Vooral de tweede soort, de monostabiele, zijn voor ons doel bijzonder bruikbaar.
deze
zijn eigenlijk een variant van de bistabiele. Hier wordt een centraal kontakt
om beurten verbonden met 1 en slechts 1 randkontakt. Analytisch gezien, is het
eigenlijk een stelsel van bistabiele schakelaars.
Verschijningsvormen:
Allerhande mengvormen en kombinaties tussen voornoemde types zijn uiteraard mogelijk en kunnen in de industriele produktie aangetroffen worden. In het kader van interaktieve systemen, zullen echter vooral die schakelaars waarbij de erop uit te oefenen mechanische kracht minimaal is, en het schakelvermogen eerder laag, te pas komen. Schakelaars leveren niet zelf een signaal af, maar doen dit slechts wanneer wij ze in serie schakelen met een spanningsbron, of parallel over een stroombron.
- potentiometers
Dit zijn weerstanden waarvan de waarde afhankelijk is hetzij van de verdraaiingshoek van de as, hetzij van de positie van een glijkontakt op een langwerpig weerstandslichaam (de weerstandsbaan). Het weerstandsmateriaal kan vervaardigdzijn uit koolstof, opgedampt metaal (metaalfilm), weerstandsdraad (wolfram draad) o.i.d.. Volume- en toon-regelaars op versterkers en muziek-instrumenten zijn eigenlijk potentiometers.
Ook potentiometers dienen van een externe stroombron of spanningsbron te worden voorzien, om er een signaal mee te kunnen verkrijgen.
Verschijningsvormen zijn:
- druktransducers
Hiertoe behoren de diverse types van kontaktmicrofoons . Wij gaan ze hier niet bespreken , maar verwijzen voor een grondige behandeling ervan naar hoofdstuk 4 van deze kursus (organologie/audiotechnologie). Herinneren we hier alleen even aan de belangrijkste verschijningsvormen ervan:
De eerste twee types geven zelf een spanning af, het derde en vierde type dient van een externe spanning te worden voorzien.
- shaft-encoders
deze geven een digitale pulstrein af bij positieveranderingen, en worden o.m. gebruikt in komputermuizen en trackerballen. Hier moet om een bruikbaar signaal te verkrijgen, een digitale pulstrein worden toegevoerd. De verschuivingen van de pulsen wanneer de encoder bewogen wordt bevatten rechtreeks een serieel digitaal signaal.
vb.: Nicolas Collins' geelektrificeerde trombone.
- motoren/generatoren
draaiende bewegingen overgebracht op hun as, wekken een wisselende elektrische spanning op. De frekwentie van deze spanning en/of de opgewekte energie is een maat voor de rotatiesnelheid.
- strain-gauges
kennen een veranderlijke weerstand onder invloed van krachten. Deze elementen dienen opgenomen te worden in een uiterst preciese brug van Wheatstone en voorzien van een stroombron, vooraleer we er iets mee kunnen aanvangen. Het afgeverde signaal is analoog.
2. Sensoren met optische input en elektrische output
Deze kunnen zowel zelf een signaal afgeven, als nood hebben aan een externe stroombron. Ze kunnen gebouwd zijn voor afgifte van een digitaal binair signaal( bvb. in een lichtsluis), ofwel voor meting van analoge waarden ( bvb. in een lichtmeter).
Verschijningsvormen:
3. Sensoren met akoestische input en elektrische output
Mikrofoons (zie hoofdstuk 4 v/d kursus)
4. Sensoren met biologische input en elektrische output
5. Bewegingssensoren
vb.: Godfried-Willem Raes ' Holosound', Morton Subotnik's Sticks , Michel Waisvisz ' Handschoenen
6. Aerodynamische transducers
vb.: midi-windcontrollers
7. Elektromagnetische sensoren
8. Temperatuur sensoren
Worden gebruikt als analoge signaalgevers wanneer aangesloten op een stroombron.
Dit zijn temperatuurgevoelige schakelaars die een binair signaal leveren.
Dit zijn temperatuurgevoelige halfgeleiders (eigenlijk zijn alle halfgeleiders van nature uit temperatuurgevoelig, maar deze types worden speciaal gebouwd omwille van die eigenschap).
Een signaal noemt men een verzameling energetische of materiele toestanden. Een signaal is dus, in een elektrische kontekst, een spannings- of stroomverloop dat drager is van informatie. De stroom in een elektrische kring, is een energietransport, hoewel er signalen kunnen uit worden afgeleid. Een sensor levert een signaal en dit zonder aan zijn meetobjekt noemenswaardige energie te onttrekken. Een convertor daareentegen zet energie of materie om in een andere vorm van energie of materie , waarbij dit zo efficient mogelijk dient te verlopen. Een lamp zet bvb. elektrische energie om in lichtenergie. Een klein lampje kan echter ook als signaalgever worden gebruikt. In dit laatste geval is de lichtopbrengst echter van sekondair belang.
Het bouwen en ontwerpen van doelspecifieke sensoren binnen een artistiek expressieve kontekst, vormt een belangrijk deel van de kreatieve aktiviteiten binnen de apparatieve experimentele muziek van onze en de komende tijd.
Daar is overigens een heel goede grond voor! Immers,musici dienen steeds in meerdere of mindere mate een gevecht te leveren met hun instrument om een bepaald stuk gespeeld te krijgen. Gaat men bij het bedenken van interaktieve systemen uit van de klanken die het instrument voortbrengt, dat kan men niet voorbij gaan aan de onvermijdelijke fouten en onprecizies die dit met zich brengt. Vandaar dat velen steeds weer pogingen ondernemen, om relevante informatie te onttrekken aan datgene wat de muzikus doet wanneer hij iets wil spelen - nml. het geheel aan gekontroleerde handelingen die hij dient uit te voeren - in plaats van aan het resultaat van die handelingen. In het meest ideale geval - maar dit is technisch niet te verwezenlijken met de middelen en kennis waarover we vandaag beschikken, zouden we moeten kunnen de gewenste informatie rechtstreeks afleiden uit de hersenaktiviteit van de willende en denkende muzikus. Wanneer we ooit zover zouden kunnen komen, luidt tevens ook de doodsklok over elke instrumentale opleiding aan het konservatorium...
Muziek die eenvoudigweg door ze te denken, perfekt zo zou klinken zoals we ze denken, zou immers elke muzikale ambachtelijkheid overbodig maken. Maar, is het wel zo dat we instrumenten leren bespelen om er perfekte verklankingen mee te realiseren ? Of, waarin ligt de lust van het spel, als het niet, of toch niet uitsluitend te maken heeft met de akoestisch klinkende resultaat?
En, tenslotte, denken- en willen we eigenlijk wel perfekt ?
Filedate:8306/970921/2002-10-05
Terug naar inhoudstafel: <Index Kursus>
Naar homepage dr.Godfried-Willem Raes