HarmonyPal: Un Pluging para la práctica con acordes de piano

HARMONYPAL: Un Plugin para la práctica con acordes de piano HARMONYPAL: A Plugin for practicing piano chords AUTOR: JAIME CALZADA FERRERAS DIRECTOR: MIGUEL GÓMEZ-ZAMALLOA GIL TRABAJO DE FIN DE GRADO EN EL GRADO EN INGENIERÍA DEL SOFTWARE CURSO 2021 - 2022 FACULTAD DE INFORMÁTICA 2 3 RESUMEN HarmonyPal es un programa que recibe las notas tocadas en un piano digital para analizar acordes, generar acordes nuevos que encajen con el actual y mostrarle al usuario toda esta información en un formato fácil de comprender con velocidad. Su objetivo es asistir en la práctica musical a dos perfiles generales de usuarios: por un lado, estudiantes de piano de niveles iniciales e intermedios, a quienes entender cómo llevar el hilo musical con autoconsciencia y agilidad suele resultar complicado sin la presencia de un profesor. Por otro, compositores aficionados o con destreza en aspectos musicales no relacionados con la armonía, de sobra conocedores de la no siempre productiva experiencia compositiva de sentarse largos ratos al piano e improvisar hasta toparse con unos acordes que suenen bien. En mi experiencia personal, me he visto a mí mismo en estas dos situaciones. incluso, en la primera, en el puesto del alumno y del profesor. Como conocedor de las dificultades que atañe este aspecto de la práctica pianística y compositiva, he decidido dedicar mi Trabajo de Fin de Grado a desarrollar una herramienta que, de una forma u otra, pudiera servir a mis alumnos para mejorar sus habilidades por su cuenta y aumentar su enfoque alejándoles de esfuerzos innecesarios. La herramienta toma la forma de un plugin MIDI, un programa que puede ser ejecutado de manera independiente o como extensión de un DAW, software de producción musical. Su utilización, para el músico mínimamente afín a la informática, es trivial, y no requiere más que de un teclado de piano con conexión al computador para funcionar. Una vez esté listo y funcionando, su respuesta es inmediata, y tan sólo necesita que el joven músico tenga conocimientos básicos de armonía para entender sus funcionalidades. Espero que con el desarrollo de esta herramienta pueda llegar a servir de ayuda a alguna persona que comparta mis pasiones y, en el mejor de los casos, llegar a facilitarle las tareas de aprendizaje de la manera en que me hubiera gustado a mí en su momento. PALABRAS CLAVE: PIANO, ACORDE, ARMONÍA, MIDI, PLUGIN 4 ABSTRACT HarmonyPal is a music program wich receives an input form a digital piano keyboard and retrieves from it the information of a played chord, algorithmically generates new chord suggestions to play next and shows all the information to the user in a simple interface. It aims to assist musical practice of two kinds of users in particular: on the one hand, entry-level students, who may at that point struggle with some aspects of the harmony as understood from the piano without their teacher, such as keep on playing chords without interruption and that much thinking. On the other, aspiring composers, or more advanced and creative piano students, especially those not well versed with the harmony aspect of music theory, who may need a little boost to their imagination when they are trying chord sequences for their pieces, or simply improvising. I have found myself in all of these situations, both as the teacher and the student. With all the knowledge of the ups and downs of these processes, I decided to dedicate this work to the development of a tool that can help those that might share these difficulties at one point or another, thinking of what would my students want to have at their disposal while I´m not there to help them. This tool might help them focus on the more practical aspects and cut time with the musical theory, wich might at the beginning be an entry barrier more than a tool for them. HarmonyPal takes the shape of a MIDI plugin, a program that can be run either on its own or as an extension of a Digital Audio Workstation. Its usage is simple, needing only the most basic knowledge of music computing, and its requisits go no further than a digital piano, or MIDI controller, and a PC. Once up and running, its results are immediately apparent, and only need from the user basic piano knowledge once again to make use of it. I implemented this application with the hopes that it can help those people such as my students and my musician pals, and be at least that little push they may need to reach further heights in their musical learning journey, such as I would have liked to have back then. KEYWORDS: PIANO, CHORD, HARMONY, MIDI, PLUGIN 5 ÍNDICE 1 – INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.1 – MOTIVACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2 – CONTEXTO DE LA INFORMÁTICA MUSICAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2.1 – EL ESTÁNDAR MIDI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2 – CONTENIDO TEÓRICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.1 – LA ARMONÍA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.1.1 – LAS NOTAS MUSICALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 2.1.2 – EL ACORDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.1.3 – LAS INVERSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.1.3 – LA JERARQUÍA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 2.1.4 – FUNCIONES TONALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 2.1.5 – LA EJECUCIÓN EN EL PIANO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 2.2 – EL ESTÁNDAR MIDI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 2.3 – EL FRAMEWORK JUCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 3 – LA APLICACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23 3.1 – PRESTACIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25 3.1.1 – ANALIZADOR DE ACORDES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.1.2 – EL ALGORITMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26 3.1.3 – ENLACE DE ACORDES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.1.4 – LA TONALIDAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 4 – IMPLEMENTACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4.1 – EL DIRECTORIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29 4.2 – PLUGINEDITOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29 4.3 – PLUGINPROCESSOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 6 4.3.1 CHORDPROCESSOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30 4.3.2 CHORDDATA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34 5 – CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO . . . . . . . . . . . . . . . . . .36 6 – BIBLIOGRAFÍA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39 7 CAPÍTULO 1 Introducción 1.1 Motivación Este proyecto nace como la consecuencia inevitable de mis circunstancias académicas, compaginando mi tiempo de estudios entre dos grandes disciplinas. Por un lado, la informática, pues mi titulación en Ingeniería del Software ve su conclusión con este Trabajo de Fin de Grado. Por otro, la música, y específicamente las especialidades de mis estudios en el conservatorio (Piano y Composición), que han sido desde el principio la materia en torno a la que he querido desarrollar el trabajo. El trabajo comienza a desarrollarse junto a Javier Navalón. En la fase inicial pretendíamos desarrollar una aplicación con múltiples funcionalidades, un alcance muy grande y un enfoque poco concentrado. Durante este período él trabajó con la producción de sonidos musicales, y yo con la representación de la información de las notas. Tras la escisión, cada uno persiguió su enfoque por su lado. Su proyecto, RythmPal, terminó siendo una herramienta para generar acompañamientos musicales a partir de una melodía en tiempo real, mientras que el mío parte de los acordes del usuario para generar propuestas de nuevos acordes que encajen musicalmente uno detrás de otro. A la hora de reenfocar mi proyecto, partí de mi experiencia como profesor de piano y escogí elaborar un programa que me ayudara a hacer comprender a mis alumnos ciertos fundamentos de la práctica básica del instrumento. En el piano, esencialmente, se separan las tareas de mano derecha y mano izquierda en melodía y acordes respectivamente, y es con esta segunda, siendo frecuentemente la mano no dominante y con una función relegada a “secundaria” por no ejecutar las melodías que cualquiera puede tararear, con la que constantemente encuentro los problemas de aprendizaje más severos. El germen de la idea de HarmonyPal está en las dudas y problemas que puede encontrarse un neófito de la práctica pianística cuando trabaja acordes en la mano izquierda por su cuenta, pero creo firmemente en sus posibilidades para asistir a músicos de mayor calibre a la hora de buscar sonoridades menos evidentes y ganar fluidez con la teoría de la armonía. HarmoyPal es, en definitiva, una herramienta que analiza musicalmente el acorde que toque el usuario, genera tres acordes que suenen bien junto al primero y muestra cómo debería tocarlos, para que descubra nuevas sonoridades, practique la digitación y no se estanque en fórmulas repetidas a la hora de improvisar o componer. 8 1.2 Contexto de la informática musical Para entender exactamente qué es HarmonyPal a nivel informático, debemos hablar de un par de ideas. En primer lugar, los DAW (Digital Audio Workstation), que son entornos de trabajo para productores musicales en los que grabar, editar, aplicar efectos y dar formato a las creaciones musicales. Para establecer una equivalencia, son herramientas que suponen para un músico lo que Photoshop para un fotógrafo, o el propio Visual Studio para un programador. Hay un buen mercado de ellos, aunque lo importante es saber que la gran mayoría de ellos (Exceptuando, principalmente, ProTools) son compatibles con plugins del mismo formato. HarmonyPal es un plugin musical, que no es diferente a un plugin de cualquier otro tipo de programa (1). Se puede instalar en casi cualquier DAW tan solo arrastrando un archivo, y se puede arrancar desde dentro del DAW, o incluso como aplicación independiente, aunque si se ejecuta de esta manera (llamada standalone) no tendrá todas sus funcionalidades. Los plugins musicales, en base a su funcionalidad, se dividen en tres tipos, aunque siempre puede haber hibridaciones entre ellos: -Instrumentos virtuales: estos son los que producen audio en base a muestras pregrabadas y determinados inputs, ya sean del controlador del usuario o del DAW. Son, por ejemplo, los que permiten que, tocando un piano digital, podamos escuchar o grabar sonido de cuerdas, trompetas o un coro entero. -Procesadores de audio: no producen sonidos, sino que reciben sonidos para manipularlos de determinadas maneras. Por ejemplo, los plugins que introducen efectos al audio de entrada para replicarlo de otra manera: ecualización, reverberación, corrección de afinación… -Procesadores de MIDI: no tratan con audio, sino con información musical en forma de mensajes del estándar MIDI. Reciben mensajes y los procesan o generan nuevos en base a la entrada. HarmonyPal encajaría en esta categoría. 1.2.1 El estándar MIDI MIDI son las siglas de Musical Instrument Digital Interface. Es un estándar creado para la representación digital de información musical y su transmisión adecuada a través de máquinas diferentes. Su funcionamiento se sustenta en mensajes MIDI de distintos tipos. Se pueden intercambiar entre dispositivos en tiempo real como, por ejemplo, lo que sucedería cuando tocas un piano, y este va enviando las notas que tocas al computador, o se pueden organizar en una línea de tiempo y ser lanzados de manera secuencial, como 9 pasaría si preprogramas los sonidos de una canción, para que cada nota suene en su preciso momento y en un instrumento concreto, y reproduces la secuencia. Los hay de múltiples tipos, aunque los más habituales y que a nosotros nos interesa son los de Note On y Note Off, que se corresponden a la señal de tocar una nota o apagarla, respectivamente. Figura 1.1: Ejemplo de log de mensajes MIDI en el DAW Reaper. Podemos crear, recibir y manipular mensajes MIDI como con cualquier otro tipo de información digitalizada, de manera que un programa puede, sin ningún problema, recibir la entrada de un piano digital (o, mejor dicho, controlador MIDI), convertirla en un formato más procesable, interpretarla y generar nuevos mensajes a partir de ella, para mostrarlos por pantalla en el formato deseado. Así es como funciona HarmonyPal. 16 final, que no es más que la cantidad necesaria para dar la vuelta y llegar de nuevo a la primera nota, sumando 12. La decisión de adoptar esta notación en el programa se debe a la facilidad de inversión del acorde. Del mismo modo que el intervalo Do –> Mi = 4 tiene un inverso, Mi –> Do = 8, los acordes tienen también sus inversiones, de igual funcionamiento y que detallaremos más adelante. Si el acorde tuviera las mismas notas, pero en distinto orden (en vez de Do Mi Sol, Mi Sol Do), la interválica medida desde la fundamental resulta compleja: la nueva representación partiendo desde el Mi sería 3, 8, en lugar de 4, 7, y nos hallamos ante dos representaciones irreconocibles de, esencialmente, las mismas notas. Con nuestra representación nota a nota, vemos que el acorde que antes era 4, 3, 5 se convierte ahora en 3, 5, 4, y que hacer algo tan sencillo como la rotación de la interválica un valor a la derecha nos aporta la misma información, pero con una representación numéricamente muy similar. Las ventajas de este segundo formato para un programador son evidentes si nuestro objetivo pasa por cambiar el orden de las notas indistintamente y con frecuencia. 2.1.3 Las inversiones Este cambio de orden de las mismas notas de un acorde es la inversión. Un mismo acorde de n notas tiene hasta n estados posibles: el llamado fundamental, que tiene como primera nota la fundamental del acorde, y n-1 inversiones nombradas por ordinales. Sol, Do, Mi, por ejemplo, es la segunda inversión del proverbial acorde de Do Mayor. Nótese que, aunque en las inversiones la primera nota pasa a ser otra distinta, la fundamental del acorde seguirá siendo Do, y viene dada por la que sería la primera nota con su interválica original. 17 Figura 2.4: Las inversiones de acordes. Las inversiones son importantes para nosotros en tanto que lo son para la ejecución pianística: el programa ha de interpretar cada input de tres notas como un determinado tipo de acorde, y no tenemos la garantía de que el usuario las introducirá siempre en un mismo orden, así que es necesario operar con los conjuntos de notas tal y como lleguen, y partir de la base de que puede tratarse de un acorde en inversión. Además, a la hora de mostrar las opciones de acordes para tocar a continuación, puede ser conveniente para la técnica musical que estos acordes aparezcan también invertidos, para que, por ejemplo, la mano del pianista no tenga que moverse más de lo necesario a lo largo del teclado entre un acorde y el siguiente. 2.1.4 La jerarquía Del mismo modo que un retrato pone en el foco a la persona representada, y relega a papeles secundarios el fondo, los objetos o el paisaje, la armonía de un determinado fragmento musical se enmarca en una tonalidad que determina a qué nota se le otorga un mayor peso, cuáles están supeditadas a ella y de qué manera. El concepto mismo de tonalidad es complejo y altamente cambiante según el estilo y época, de manera que veremos una versión simplificada, basada en cómo la aplicación la entiende. Esencialmente, una tonalidad es el conjunto de notas dentro de las doce totales que podemos usar con un mayor grado de coherencia y, dentro de ellas, qué emoción evocaran en el oyente por su relación con las demás. Por lo que a nosotros respecta, la tonalidad está formada por siete notas o grados. Si, por ejemplo, una canción tiene por 18 tónica (nota de inicio y fin, y de mayor cantidad de veces usada) la nota Do, diremos que esa nota es el primer grado, escrito en números romanos. Cuáles son los demás grados es un asunto muy estudiado y concreto, pero lo simplificaremos en el siguiente esquema que ayuda a visualizar cómo se procesa en el algoritmo: Figura 2.5: Los grados según HarmonyPal. Este es un ejemplo a partir de la tónica Do. Lo importante, como con los acordes, es la interválica y no las notas concretas. Por ejemplo, para la tonalidad de Re, el segundo grado sería Mi, y el tercero correspondería a las notas Fa y Fa#. Hablar de grados, en lugar de notas concretas, nos permite nuevamente ponernos en un nivel de abstracción conveniente para la programación. 2.1.5 Funciones tonales Cada uno de estos grados tiene unas características y una relación sonora con el resto de la tonalidad que es necesario conocer en su nivel más elemental. Hugo Riemann y Diether de la Motte hablan de la armonía funcional en un contexto contemporáneo y comprenden todos los grados de la escala en tres funciones: -Tónica: los grados primero, tercero y sexto. Suenan estables, reposados, y es de donde la música parte y a donde llega. La misma nota tónica es la más importante de la tonalidad por su función de anclaje. -Subdominante: los grados cuarto y segundo. Una función de transición, que sugiere progresión y movimiento, pero sin llegar a generar choques ni inestabilidades. -Dominante: Los grados quinto y séptimo. La función de tensión máxima, necesidad de resolución hacia la tónica, expectación y exaltación. El clímax de las frases musicales antes del cierre en tónica. Contiene la nota sensible, el onceno de los semitonos, que es la de mayor energía resolutiva y segunda más importante de la tonalidad. 19 El funcionamiento básico de la armonía occidental necesita de la alternancia de estas funciones, generalmente en este orden y cíclicamente, para ser reconocible y satisfactorio. 2.1.6 Los enlaces en el piano A la hora de trasladar todo esto al teclado de un piano, debemos entender que un joven músico no trabajará día a día con todos estos valores numéricos y conceptos teóricos, sino que ha de desenvolverse con la vista del teclado y su memoria muscular. Cuando se sienta a improvisar, elige arbitrariamente una tonalidad y lanza su acorde de tónica, necesita dos cosas: saber qué acorde tocará a continuación, y tener claro dónde están las teclas correctas. Para elegir un acorde no basta con seguir este principio básico de Tónica – Subdominante – Dominante y repetirlo sin más meditación, pues si bien se obtendrá un resultado correcto, nunca será demasiado interesante ni servirá al intérprete para descubrir posibilidades técnicas o sonoras. Debemos tener en cuenta todos los aspectos brevemente explicados en este resumen teórico y otros muchos más para poder garantizar unos acordes sucesivos interesantes al oído como a la mano del pianista, y de eso se encargará nuestro algoritmo. Y, sobre todo, una vez elegido un acorde, ha de quedar claro cómo enlazarlo de manera cómoda y natural, sin realizar desplazamientos innecesarios y manteniendo en su lugar las notas comunes en caso de haberlas. Aquí es donde es necesaria la representación gráfica del acorde en cuestión sobre un teclado en el que quede meridianamente claro cómo han de moverse cada uno de los dedos del intérprete. Los acordes para enlazar han de tomar en cuenta sus potenciales inversiones para presentarse de la manera más pianística posible. Esencialmente la regla es: cuando haya notas comunes entre los dos acordes, éstas se mantienen en su posición, y para las que sean diferentes, han de moverse la menor cantidad de semitonos posible. El acorde resultante no debe superar los doce semitonos entre su nota más grave y la más aguda, manteniendo la que llamamos posición cerrada. 2.2 MIDI El funcionamiento de este y cualquier plugin o aplicación de informática musical gira en torno al estándar MIDI. Creado en los años 80, y motivado por las fuertes necesidades de los incipientes videojuegos domésticos e instrumentos electrónicos (como los sintetizadores), MIDI establece cómo se transmiten los mensajes musicalmente significativos entre programas o dispositivos, y es el que permite que hoy en día un teclado digital pueda conectarse a cualquier computador con un puerto USB cualquiera, 20 ser detectado y lanzar sonidos pregrabados, modificar sus parámetros y, en esencia, producir música digitalmente. A nivel básico, MIDI son sus mensajes. Cada mensaje MIDI consta de, como máximo, tres bytes, siendo el primero de ellos uno de control, llamado byte de estado. Este byte se divide a su vez en tres fragmentos: el primero, un solo bit siempre por valor 1. El segundo indica el tipo de mensaje MIDI que se va a describir a continuación, de entre los ocho que aceptan tanto el sistema como los tres bits que se le destinan. Por ejemplo, un mensaje puede ser de Note On, si especifica que se está tocando una nota, o de Pitch Bend, si se está haciendo un bending (técnica de modificación del tono típica en guitarra y sintetizadores) sobre una nota concreta. El tercer fragmento indica el canal MIDI, de entre los 16 que dejan disponibles los últimos cuatro bits, al que está destinado el mensaje. MIDI soporta distintos canales para que, por ejemplo, puedan coexistir múltiples instrumentos virtuales con sus diferentes notas y modificaciones en el mismo fragmento de música. Los demás bytes, llamados de estado, determinan valores relevantes para cada tipo de mensaje. Para el mensaje Note On, por ejemplo, el primer byte especifica qué nota se está tocando, y el segundo su “velocity” o intensidad de pulsación. Figura 2.6: Estructura de un mensaje MIDI. Con programas capaces de generar mensajes MIDI a partir de una entrada (como las pulsaciones sobre un controlador MIDI) y otros capaces de interpretar estos mensajes y generar señales sonoras (los llamados instrumentos virtuales), tenemos los elementos necesarios para crear música con equipo exclusivamente digital. Inmediatamente, el límite de las posibilidades salta tan lejos que, ni se ha alcanzado más de cuarenta años después de la creación del estándar, ni parece que vaya a alcanzarse en el futuro cercano. 2.3 JUCE Para poder sacar provecho de las capacidades de los mensajes MIDI, se puede simplemente programar en un IDE de preferencia y generar los mensajes MIDI de manera artesanal, pero es conveniente disponer de librerías y funcionalidades específicas para la informática musical. Para este propósito existe JUCE, un framework 21 que utiliza el lenguaje C++ y librerías propias para facilitar el desarrollo de software musical, incluyendo gestión de audio y MIDI, e independizar el desarrollo de código de la compilación específica del entorno. Las aplicaciones desarrolladas con JUCE se dividen esencialmente en aplicaciones y plugins. Cada una tiene su estructura de clases propia, pero esencialmente se diferencian en su propósito: aunque un plugin suele poder ejecutarse de manera independiente (standalone), está pensado para funcionar en conjunto con otras herramientas, instrumentos virtuales o efectos, es decir, dentro de un DAW. En cambio, las aplicaciones están pensadas desde un inicio para funcionar completamente por sí mismas, como podría suceder, por ejemplo, con una App para dispositivos móviles que ofrezca un teclado con sonidos. En el caso de HarmonyPal, tratamos con uno de esos plugins que puede funcionar de manera independiente si se está dispuesto a renunciar a funcionalidades como el propio audio, que no es estrictamente necesario. 2.3.1 Projucer Projucer es el nombre que recibe la aplicación destinada a la implementación de aplicaciones con las librerías de JUCE. Se puede descargar y usar en minutos, y su funcionamiento es tan sencillo como esenciales son sus implicaciones (3). Al desarrollar un plugin con JUCE han de tenerse muy en cuenta las distribuciones de las clases y determinados ajustes del proyecto, como sus funciones (si va a recibir o transmitir audio y/o MIDI) o las clasificaciones de la aplicación a la hora de buscarla en una lista de plugins dentro de un DAW, por ejemplo. Con Projucer podemos gestionar todos estos aspectos del proyecto y asegurarnos de que podemos compilar una solución en formato VST3 (aceptado por la mayor parte de DAWs y Sistemas Operativos), o el deseado para nuestro plugin, con apenas unos clicks al crear el proyecto. Figura 2.7: Pantalla de creación de un nuevo proyecto en Projucer. 22 Figura 2.8: Pantalla de ajustes de un proyecto existente en Projucer. Los programas creados con Projucer tienen la distribución de archivos inicial ya establecida, y contienen un archivo especial de extensión jucer que podemos abrir con la aplicación Projucer para cambiar ajustes del proyecto después de su creación. Es gracias a estas herramientas, y sobre todo a su gran repertorio de documentación, tutoriales y ayudas (4), que ha sido posible el desarrollo del programa que nos ocupa. 23 CAPÍTULO 3 La aplicación 3.1 Prestaciones HarmonyPal es una herramienta para los pianistas y teclistas que detecta los acordes introducidos y genera sugerencias de acordes correctamente dispuestos para poder continuar un acompañamiento rico y funcional. Este apartado es un recorrido detallado del funcionamiento de estas tres prestaciones. Para utilizar HarmonyPal como plugin dentro de un DAW, hay que disponer de uno y configurar un nuevo proyecto de cierta manera. Se ilustra aquí con un ejemplo en REAPER, un DAW de descarga gratuita y fácil utilización. En primer lugar debemos ubicar los plugins necesarios en las rutas que el DAW pueda escanear. En Options -> Preferences -> VST, tenemos una lista editable de estas rutas. Bastará con copiar allí el .vst de HarmonyPal y de un instrumento virtual. Ya en el proyecto DAW, creamos una pista con el instrumento virtual, que proporcionará el sonido a nuestro plugin. Puede ser un piano o cualquier otro instrumento, siempre que acepte mensajes MIDI externos. Lo añadimos a la pista con la pestaña FX. Figura 3.1: La pista del instrumento virtual, con la pestaña FX marcada en verde. Después, añadimos pistas con MIDI routing hacia esta. La pista que creemos enviará su MIDI saliente a la pista del instrumento, y en esta nueva pista colocaremos el plugin HarmonyPal. Puede hacerse, por ejemplo, en FX -> Options -> Build 16 channels of MIDI routing to this path, para después dejar sólo una de las pistas creadas. 24 Figura 3.2: Ejemplo del proceso descrito. Por último, añadimos el plugin HarmonyPal a la pista enrutada mediante la pestaña FX como hemos hecho con el instrumento virtual y añadimos nuestro controlador MIDI como entrada de la pista. Ya está listo para funcionar, pulsamos en FX para mostrar el plugin y podemos empezar a tocar. Figura 3.3: Cómo asignar el controlador MIDI como entrada de la pista de HarmonyPal. Para el usuario, la experiencia consistirá en conectar su controlador MIDI al ordenador, asegurarse de que su entrada se está recibiendo en la pestaña de ajustes del plugin (modo standalone) o en la entrada de la pista (modo DAW), y comenzar a pulsar notas. Si toca una nota a partir del Do 6 en el estándar MIDI (es decir, de la parte más a la derecha en un piano normal), cambiará la tonalidad en la que está trabajando el 25 algoritmo. Al tocar el resto de las notas del teclado, el programa escuchará hasta que haya tres teclas pulsadas de manera simultánea. Cuando esto suceda, el programa lo procesará y generará las sugerencias de acordes. Tanto estas como los nombres de todos los acordes serán mostrados por pantalla. Figura 3.4: El plugin HarmonyPal. 3.1.1 Analizador de acordes Cuando el usuario utiliza su teclado MIDI externo y toca un acorde, el programa se dispone a recoger esta entrada, reducirla a información numérica básica y extraer la interválica. Los valores resultantes de restar los números de nota de cada una tocada se comparan con una base de datos de acordes, cargada tras el arranque del programa, disponible en un archivo de texto. La comparativa se hará con cada acorde de la base de datos (que comprende todas las combinaciones de intervalos matemáticamente posibles) y sus inversiones, de manera que está garantizada la coincidencia, aunque no la identificación de la especie del acorde. En un pequeño cuadro de texto se muestra la fundamental, especie e inversión del acorde introducido, con la única salvedad de que la especie del acorde no figure en la base de datos, en cuyo caso se marcará como “Desconocido”. Esta información, que ya por sí misma puede ser de cierta utilidad para el teclista neófito, se utilizará como dato de entrada del siguiente componente del programa. Figura 3.5: El resultado del analizador de acordes, en un campo de texto junto al teclado. 32 4.4.2 getProgressionSuggestions La segunda función es la que contiene el algoritmo que crea las sugerencias de acordes para tocar a continuación, independientes de inversiones. Su funcionamiento, informáticamente hablando, es sencillo: un array de tres enteros almacena las puntuaciones máximas, y otro almacena los acordes propiamente dichos en posiciones correspondientes. Para cada especie de acorde, excepto aquellos denominados “Unknown” (que no tenemos en cuenta por ser matemáticamente posibles, pero musicalmente irrelevantes), evaluamos cuál es la nota fundamental a partir de la cual se construiría su versión mejor puntuada, y calculamos su puntuación total. Si esta es superior a alguna de las anteriores, el nuevo candidato se selecciona, escogiendo al azar en caso de empate, y se actualizan ambos arrays. Examinadas todas las especies, tendremos en el array los tres acordes elegidos. Figura 4.4: Estructura del algoritmo en la función getProgressionSuggestions, con los criterios de puntuación omitidos. Para calcular las puntuaciones, como se ha dicho previamente, es más importante saber qué parámetros se tienen en cuenta que cómo se valoran exactamente. De entre los conceptos explicados anteriormente, el algoritmo tendrá en cuenta las funciones (favorece el ciclo Tónica-Subdominante-Dominante-Tónica en este orden), las luminosidades (especialmente comparando las del acorde anterior y el posterior), las notas importantes de la tonalidad (la tónica, la fundamental del anterior acorde, la sensible) y las relaciones entre todos estos parámetros. También se incluye una lista FIFO de acordes llamada chordHistory que almacena los últimos acordes tocados y los tiene en cuenta en este punto, principalmente para penalizar los acordes que harían una armonía más estática por repetición excesiva de funciones. 33 4.4.3 linkChords Esta tercera función es la encargada de transformar la información en abstracto de los acordes elegidos en una serie de notas concretas, que serán las que finalmente se le muestren al usuario. Su implementación toma elementos de getPlayedChord, y es la más compacta de las funciones principales. En primer lugar, extrae los números de las notas del acorde sugerido, del cual conocemos su fundamental y su interválica. Después, conociendo la nota más grave del acorde del usuario, elegimos la que será la nota más grave del nuevo acorde, que puede o no ser su fundamental. De entre las notas posibles, escogemos la que sea más cercana al bajo del usuario, sea ascendente o descendentemente, buscándola con un bucle que irá aumentando el valor de dos auxiliares, uno en cada sentido. Figura 4.5: Código para elegir el bajo del nuevo acorde en linkChords. Una vez elegido el bajo, solo resta saber qué notas quedarán por encima (el resto del acorde) infiriendo su inversión. El proceso es simple, tan solo hay que ir restándole a la nota del bajo los intervalos del acorde hasta que hallemos la nota fundamental. Si restamos el primer intervalo y hallamos la nota, es que el acorde está en primera inversión, si sucede con los dos primeros, estará en segunda. Véase: si el acorde es Do Mayor (Do, Mi, Sol) y tenemos como nota bajo Sol, vamos restando los intervalos del acorde (4, 3, 5). Si a Sol le restamos 4 semitonos, obtenemos una nota irrelevante (no es la fundamental, Do), pero si seguimos un paso más y le restamos otros 4, llegamos al Do y la inversión equivale al número de intervalos que hemos restado. 34 Figura 4.6: Mecanismo de deducción de inversión a partir de un bajo dado. Con la inversión actualizada, devolvemos el valor del bajo a la función principal, pues es la nota más cercana, y a partir de la cual construiremos el acorde nuevo en el teclado. 4.5 ChordData El analizador de acordes funciona extrayendo información de un atributo de texto simplificado ubicado en el módulo “ChordData.h”. Esta información podría ser modificada de manera relativamente sencilla para añadir acordes poco frecuentes, cambiar su denominación o incluso reconfigurar hasta cierto punto las normas de la armonía que analiza el algoritmo. Se detalla aquí el formato de la información reflejada: Cada línea del archivo comienza con los intervalos del acorde, incluyendo el intervalo de vuelta de la última nota a la primera. Por lo tanto, ya que estamos trabajando con acordes de tres notas, cada línea debe comenzar con tres valores numéricos cuya suma sea 12. Se considera que el orden de intervalos tal y como figura en su representación será interpretado por el programa como el estado fundamental del acorde (sin invertir). A continuación, aparece la especie del acorde en forma de texto sin espacios. La especie es el “nombre” del tipo de acorde, por ejemplo, mayor, menor, disminuido, etc. La interpretación de un acorde determinado es un aspecto hasta cierto punto cultural y subjetivo, y es relevante solo para mostrarlo al usuario y no para el algoritmo propiamente dicho. Por último, un solo valor entre 0 y 6, ambos inclusive, que representa la “luminosidad” o consonancia sonora del acorde, un valor tan socialmente determinado como la especie, y que sirve para que el algoritmo empareje acordes con cierto interés. Por ejemplo, un acorde Mayor sería más luminoso que uno Menor. 35 Figura 3.1: Ejemplo de acordes en el formato del módulo “ChordData.h” ChordData.h también tiene responsabilidades relacionadas con la representación de la información musical en otros formatos, como el atributo noteNames, que convierte un valor numérico a un string con el nombre de la nota correspondiente, y la función chordToString, que hace lo propio para los acordes que se muestran a la izquierda de los teclados. 36 CAPÍTULO 5 Conclusiones y trabajo futuro El desarrollo del programa y del documento que nos ocupa ha supuesto mi primera incursión real, independiente y enfocada en el mundo del estándar MIDI y el desarrollo de plugins y aplicaciones de informática musical que conocía casi exclusivamente desde el lado del usuario. Es un mundo que me resultaba intimidante, por su comunidad abundante pero descentralizada, su relación tan solo tangencial con la parte más clásica de la música de donde viene mi formación, y por mis anteriores intentos, siempre infructuosos, de desarrollar alguna aplicación similar, que se acumulaban haciendo que afrontara cada nuevo proyecto con miedos renovados. Si bien este programa es modesto en contenido y mejorable en formato, puedo decir satisfecho que he desarrollado un plugin musical, y puedo afrontar con energías renovadas tanto el desarrollo de herramientas como el propio entendimiento de las ya existentes, algunas de las cuales siempre se me han resistido por su complejidad. El trabajo con JUCE ha facilitado mucho las cosas, especialmente por los tutoriales con programas prefabricados, sus ejercicios sencillos y su extensa documentación. Como cada framework o herramienta informática, por supuesto que cuenta con foros en los que se tratan los temas más preguntados, pero el simple hecho de disponer de excelentes tutoriales básicos y de muchos algo más avanzados para cada pequeño aspecto del framework es una ventaja mayúscula y que se echa de menos trabajando en otros ámbitos. Ya con el programa funcionando, puedo ver qué hay más allá y pensar en varias funcionalidades que expandieran su utilidad, siempre dando prioridad a las necesidades de mis alumnos, a quienes más me imagino usando un plugin similar a este. Lo primero que añadiría sería la gestión de acordes de distinta cantidad de notas, pues ni siquiera saliendo de la armonía clásica he echado de menos el verdadero acorde de séptima de dominante, de cuatro notas. Sería de utilidad también añadir variables al algoritmo que evalúen acordes no ya dentro de una tónica, sino para escalas concretas, es decir, distinguiendo entre Do Mayor y Do menor, por ejemplo. A hilo de esto, sería fácilmente extensible con selectores de estilo, para evaluar las armonías como clásico-románticas, de jazz, contemporáneas, barrocas, de pop, etc. Considero particularmente interesante esta función ya que, siendo consciente de que el que programa es alumno de música clásica, no es un estilo por el que la mayoría de los alumnos de piano de los primeros años se ilusionen especialmente, y su análisis para valorar armonías en el algoritmo sería sin duda un trabajo musicalmente enriquecedor. 37 Con algo más de ambición se podría intentar expandir la aplicación haciendo que la tónica no la proporcione el usuario explícitamente con una sección del teclado, sino que el propio programa la deduzca a partir del historial de acordes ya implementado. Si tres acordes seguidos comparten ciertas características, es asequible que un algoritmo decida cuál es la tonalidad a partir de sus fundamentales, relaciones funcionales y demás. Para hacerlo más aplicable al ámbito escolar o educativo en general, el primer paso ideal sería mejorar la interfaz gráfica, haciendo los teclados más grandes y legibles, o incluso dejando la opción “tutorial” en la que sólo se vea un teclado con uno de los acordes, que el alumno tiene que conseguir tocar exactamente antes de continuar, o con opciones para repetir enlaces en bucle y así pulir la técnica entre ciertos acordes empleados con frecuencia. Sería interesante poder almacenar los acordes de un tema concreto y que el programa los vaya intercalando de ciertas maneras para que el estudiante entrene con el enlace de acordes dentro de una de las canciones que tendrá que tocar con soltura más adelante. Las posibilidades son muchas y confío en que inspiren a alguien a llevar un proyecto similar más allá. 38 CHAPTER 5 Conclusions and future work The development of this program and document has been my first real dive into the world of MIDI and musical plugin programming, which I knew exclusively from the user standpoint. It’s a vast and overwhelming world, specially when coming from a classical music background, and all of my earlier attempts at making a project of my own have been failures. However, after finishing HarmonyPal, I can much better understand al lot of the technicalities and begin a new potential project with renewed strength. HarmonyPal is no big new development in the digital music industry, but I can proudly say that I finished it and I can face new challenges with this humble tool on my arsenal. Working with JUCE has been a blessing, because its much detailed and adequate tutorials and documentation are not a given in many other areas of programming. I would love to see this kind of communities with many other computing tools. With the application up and running, I can already envision a lot of changes and additions that could be made to expand its functionalities and make it more interesting to the end user. The first thing I would add is a way to work with chords of four or more notes, because of how prevalent they are in western modern (and even classical!) music. It would also be of much help to expand the algorithm such that it can distinguish between different kinds of scales, and not only chords, like working in a different way with C Major and C minor scales. Moreso, the harmony is not limited to western and modern, so it would be nice to consider classic, jazz, or baroque sonorities, all with their own particular rules. The analysis to implement these kinds of music would be very artistically enriching. Even further beyond, it could be made so that the program itself infers the scale that the user is playing, making that they don´t need to input it themselves and that it flows more naturally with the user´s chords, as it would in practice. It can also be very useful for the educational aspect of it to improve interface design and add new features such as tutorials for early beginners, as those were my main objective across the whole project. There are many possibilities, and I hope someone gets to them now or in the future. 39 CAPÍTULO 6 Bibliografía Galería de imágenes 2.2: https://medium.com/musi-co/tonos-semitonos-sostenidos-bemoles-cursode-piano-online-lecci%C3%B3n-2-a4a12377dbc9 2.3: https://marcolara.net/acordes-piano/acorde-do-mayor-c 2.4: http://elclubdelautodidacta.es/wp/2015/07/inversion-de-acordes/ 2.6: https://www.ccapitalia.net/reso/articulos/audiodigital/pdf/08EspecificacionMIDI.pdf Teoría e investigación (1) Plugins MIDI: https://www.marcogalvan.com/2021/02/tipos-de-pluginspara-audio-y-musica.html (2) Teoría armónica básica: http://www.bustena.com/curso-de-armoniai/unidad-1/ (3) Manual de Projucer: https://juce.com/discover/stories/projucermanual#1.1-welcome-to-the-projucer! (4) Tutoriales de JUCE: https://juce.com/learn/tutorials