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Instituto Politécnico Nacional
Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias Sociales y Administrativas

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Aplicación de los Sistemas Evolutivos a la Composición Musical

TESIS
Que para obtener el

Título de

Licenciado en Ciencias de la Informática
Presenta
Horacio Alberto García Salas

1999


Resumen

Summary

Introducción .......................................................................................................................1

Capítulo I .- Introducción a la Música por Computadora .............................................4

1.1 Sonido ................................................................................................................4

1.2 Sistemas y Ruidos ..............................................................................................5

1.2.1      Sistemas Determinísticos, Probabilísticos y Ruido Browniano .......6

1.2.1.1                     Sistemas Determinísticos o Tradicionales ............................6

1.2.1.2                     Sistemas Probabilísticos .......................................................7

1.2.1.3                     Ruido Browniano o Pardo ................................................…9

1.2.2      Sistemas Desordenados y Ruido Blanco ........................................15

1.2.2.1                     Sistemas Desordenados ......................................................15

1.2.2.2                     Ruido Blanco ......................................................................15

1.2.3      Sistemas Caóticos, Fractales y Ruido 1/f .......................................18

1.2.3.1                     Sistemas Caóticos ...............................................................18

1.2.3.2                     Fractales ..............................................................................19

1.2.3.3                     Ruido 1/f .............................................................................21

Capítulo II .- Sistema Evolutivo Generador de Música ...............................................27

2.1 Introducción a los Sistemas Evolutivos ...........................................................27

2.2 Sistema Compositor .........................................................................................28

2.3 Funcionamiento del Corazón del Sistema Evolutivo .......................................32

Capítulo III .- Funcionamiento y Construcción del Sistema .......................................40

3.1 Administrador de los Procesos ........................................................................43

Conclusiones ....................................................................................................................53

Anexo A.- Descripción del Formato Musical ................................................................56

Bibliografía ......................................................................................................................58

 

 


RESUMEN

Este trabajo es el resultado de la aplicación de la Informática a una de las bellas artes, la Música, que dan por resultado otra área diferente, que desafortunadamente no tiene la atención que merece, la Música Informática.

Con el objetivo de desarrollar un sistema compositor de música, hemos tenido que introducirnos un poco, en dos disciplinas, que a nuestro criterio, son de gran relevancia para la humanidad.

Por un lado, está la música, que por su carácter de arte, se le ha tratado de mantener, un tanto cuanto, alejada de la ciencia y por el otro lado, está la informática que ha demostrado, en incontables ocasiones, su gran utilidad y versatilidad. Ambas disciplinas son muy extensas, razón por la cual, no pretendemos abarcar su totalidad en unas cuantas páginas.

Trataremos de explicar, de la manera más sencilla, algunos conceptos necesarios para entender el funcionamiento de nuestro sistema.

Empezaremos por platicar, brevemente, acerca de los sistemas y la manera como se diferencian con respecto a su comportamiento, haciendo referencia a los sistemas tradicionales o deterministas, caóticos y desordenados.

Veremos como la evolución de la ciencia ha encontrado formas distintas de hacer modelos, buscando, no intrincados métodos matemáticos para hacerlo, sino la manera más natural, tratando de que, no sólo sean más sencillos, sino más armoniosos.

Hablaremos de distintos tipos de ruidos y su aplicación para generar diferentes tipos de música. Presentaremos algunas gráficas de estos ruidos, obtenidas experimentalmente, así como otra obtenida físicamente por medio de la fotografía, en donde podremos comparar el comportamiento del modelo con respecto al del sistema real.

Explicaremos algunos algoritmos para generar música a partir de estos ruidos, basados en la teoría descrita por algunos científicos que se han dedicado a este tipo de estudios, así como también algunos otros desarrollados por nosotros.

Hablaremos de los fractales, un tema que ha adquirido bastante importancia desde hace algunos años debido a su belleza para describir el mundo y veremos su aplicación en la generación de música.

Por medio de los fractales se pueden hacer modelos que simulan el carácter caótico del Universo y dar explicación a distintos fenómenos que, al final de cuentas, gozan de características similares.

Como parte fundamental de este trabajo, hablaremos de los Sistemas Evolutivos y los aplicaremos junto con técnicas fractales a la creación de sistemas informáticos de generación de música, que se comportan como la misma Naturaleza, de forma caótica.

Esperamos que con nuestras humildes palabras se entienda la belleza de la Música y de la Informática y aún más satisfactorio sería que muchas personas se unan al desarrollo Informático-Musical.


SUMMARY

The present work is the result of the application of Informatics to one of the Fine Arts: Music. The combination of these two yields a new, different area, which unfortunately, has not received the attention it deserves. This area is the Informatic Music.

Aiming to develop a musiccomposing system, the author delved into two disciplines, which under his criteria, are of the utmost importance for humanity.

On one side is Music. Due to its classification as an art, it has been somewhat kept apart from science. On the other is Informatics, which has proved time and again its ample usefulness and versatility. Both disciplines are vast and rich. Bearing this in mind, the author stays away from the pretension of embracing them in entirety in a few pages.

A simple extrication of some necessary concepts for the understanding of the system comes upfront in this work.

A brief talk about systems follows and the differences in their behavior, referring to traditional, deterministic, chaotic and disordered systems.

The reader will find a brief description of how the evolution of science has found its way to the creation of models, searching not for complex mathematical methods to achieve them, but the most natural way and trying to yield not only the simplest, but the most harmonious.

The present work will explore along different kinds of noises and their application on the creation of different sorts of music. Some graphics of such noises —obtained experimentally— will be shown, together with another one obtained physically by means of photography. At this point, the reader will be able to compare the model against the real system.

The explanation of some algorithms to generate music on the basis of noises will come next. Some of these algorithms are based upon the theory described by some scientists who have devoted to this kind of studies, and some others were developed by the author.

This work also talks about fractals. A topic of particular relevance, acquired in recent years due to its beauty to portray the world. Its application in the field of music generation will also be reviewed.

Through fractals, researchers can make models which simulate the chaotic features of the universe and provide an explanation for seemingly different phenomena which in the bottom share similar characteristics.

A fundamental part of this work is the scope on Evolutionary Systems, their application in conjunction with fractal techniques to the creation of musicgenerating informatic systems which behave like Nature itself, in a chaotic pattern.

It’s the author’s hope to achieve through this humble contribution to spread an understanding of the beauty of Music and Informatics, and an even more satisfactory dream to have many people join the process of the InformaticMusical development.

INTRODUCCIÓN

 

Modelar la naturaleza es uno de los principales objetivos de la ciencia ya que es una de las formas en las que el ser humano va adquiriendo el conocimiento. Lograr construir un buen modelo tiene ciertas ventajas, por ejemplo, se pueden hacer modificaciones a las distintas variables del sistema y observar como afecta al modelo, si con dichas modificaciones se aumenta la eficiencia del sistema, entonces se puede pensar en modificar al sistema real.

En este contexto la Informática es una ciencia que, a pesar de su relativa juventud, ha hecho, en muy poco tiempo, un cambio en la vida de todas las personas sobre la Tierra. La velocidad con la que ha ido evolucionando es tan alta que apenas si queda un poco de tiempo para respirar. Una de las herramientas principales que ha permitido que tal cambio se lleve a cabo de manera tan vertiginosa es la computadora. Gracias a las computadoras, todas las personas que tienen que ver con el manejo de información, han encontrado una herramienta ideal para plasmar sus ideas, para poder modelar sus teorías, para solucionar problemas que hace no más de 50 años hubiera sido inimaginable pensar que podrían solucionarse.

Existen muchas disciplinas científicas y áreas ligadas íntimamente con la Informática, todas ellas muy interesantes, como lo es, por ejemplo, la inteligencia artificial, realidad virtual, robótica, multimedia, etc. Cada una de las cuales se subdivide en distintas ramas, que por sí mismas representan extensos caminos de conocimientos.

También las bellas artes han sido complementadas con el uso de tecnologías modernas. Ya no nos sorprende ver que un bailarín de ballet le dé vida y movimientos propios a una caricatura, permitiendo que los dibujos animados se muevan y comporten, prácticamente como seres humanos.

Encontramos dentro de las bellas artes, “la música”, que de acuerdo con historiadores, arqueólogos y sociólogos, ha acompañado al ser humano desde sus inicios.

La música representa otro amplio sendero del conocimiento humano y al igual que éste, ha ido evolucionando a través del tiempo. De hecho podríamos pensar en caracterizar las diferentes etapas del desarrollo humano de acuerdo a su música y para no ir tan lejos, un claro ejemplo lo vemos en estos tiempos que nos han tocado vivir, en donde el caos y la vida agitada caracterizan a nuestras sociedades. Los músicos actuales se valen de computadoras y equipos tales como sintetizadores, tarjetas de sonido, secuenciadores, interfases musicales que permiten conectar instrumentos como guitarras y violines a las computadoras y una amplia gama de dispositivos electrónicos creados para la generación de sonido, metiendo en problemas en algunas ocasiones a los músicos con la informática y a los informáticos con la música.

De esta manera, tenemos por un lado a la informática, que ha revolucionado el mundo drásticamente y por otro lado la música, que es tan antigua como el mismo ser humano. Ambas áreas se han ido uniendo con el paso del tiempo, creando el marco dentro del cual fue desarrollado este trabajo, “La Música Informática”.

Dentro del área de desarrollo informático musical, se encuentran diferentes corrientes de desarrollo y más ahora con el advenimiento de lo que conocemos como multimedia, todo software que se desarrolla requiere del manejo de sonido, de esta manera las aplicaciones impactan a dos de nuestros sentidos, el visual y el sonoro. Así pues encontramos a quienes se dedican a fabricar software de edición musical, reproductores de música, secuenciadores, etc.

Otra de las corrientes, hasta ahora más de tipo experimental, es la dedicada a la obtención de software para la composición musical automática, “el sueño” de la maquina con la capacidad de componer música por siempre exquisitamente diferente.

Con la aparición de los fractales y la aplicación de las teorías de caos, el problema de crear una máquina capaz de hacer composición musical automática, se enfrentó pensando en lo más Natural. Y no es para menos, los hermosos paisajes generados por el científico Bernoit Mandelbrot, mostraron que la mejor manera de hacer modelos es imitar el comportamiento de la Naturaleza.

Aplicando teorías fractales, el científico Richard F. Voss, ha hecho desarrollo musical informático, obteniendo compositores verdaderamente hermosos. En su trabajo ha desarrollado generadores de ruido browniano, ruido blanco y resalta uno que genera música muy agradable, que se denomina ruido 1/f.

En este punto es donde la música compuesta automáticamente cambia radicalmente, ya que se empieza a modelar pensando en el comportamiento de la Naturaleza. En el caso del compositor de ruido 1/f, sugiere Richard F. Voss que se está modelando una característica de la Naturaleza. Agradable es escuchar el ruido 1/f y con toda razón es el más Natural.

Dentro de los trabajos de otro investigador llamado Fernando Galindo Soria, podemos encontrar una amplia gama de aplicaciones de una herramienta informática desarrollada por él mismo, denominada “Sistemas Evolutivos”.

Los Sistemas Evolutivos modelan la característica principal de la Naturaleza, la Evolución.

La Naturaleza nos ha enseñado desde hace largo tiempo, que los sistemas que evolucionan son los que tienen la capacidad de adaptarse al medio que los rodea. De tal forma que si lo que se pretende al hacer un modelo es imitar a la realidad, porqué no desarrollar modelos o sistemas con la capacidad de adaptarse al medio que los rodea.

Aplicando esta filosofía, Fernando Galindo Soria ha desarrollado impresionantes Sistemas Evolutivos, algunos de ellos aplicados a la generación de paisajes.

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