Guida degli insegnamenti
Syllabus
Partially translatedTradotto parzialmente
LEONARDO GABRIELLI
Lingua di erogazione: ITALIANOLessons taught in: ITALIAN
Laurea Magistrale - [IM11] INGEGNERIA ELETTRONICA (Curriculum: Electronic Systems for Digital Audio Applications) Master Degree (2 years) - [IM11] ELECTRONICS ENGINEERING (Curriculum: Electronic Systems for Digital Audio Applications)
Dipartimento: [040040] Dipartimento Ingegneria dell'InformazioneDepartment: [040040] Dipartimento Ingegneria dell'Informazione
Anno di corsoDegree programme year : 2 - Primo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2020-2021
Anno regolamentoAnno regolamento: 2019-2020
Obbligatorio
Crediti: 9
Ore di lezioneTeaching hours: 72
TipologiaType: C - Affine/Integrativa
Settore disciplinareAcademic discipline: ING-IND/31 - ELETTROTECNICA
ITALIANO
Italian
Concetti base di elaborazione numerica di segnali ed elettrotecnica. E' ritenuta utile la frequenza dell'insegnamento "Acustica e Illuminotecnica".
Foundations of Digital Signal Processing and Circuit Theory. The optional course of Acoustics is deemed useful.
Lezioni frontali, 72 ore di cui:
- 58h lezioni teoriche
- 12h esercitazioni software
- 2h laboratorio
72h Frontal lessons, specifically:
- 58h theory
- 12h software exercises
- 2h laboratory
L'insegnamento intende fornire agli studenti un approfondimento verticale sulle applicazioni del Digital Signal Processing (DSP) all'ambito musicale, con particolare riferimento alla generazione ed elaborazione sonora. A tale fine vengono proposti algoritmi a tempo discreto, tecniche e trasformate per la discretizzazione di circuiti acustici ed elettrici a tempo continuo lineari e non lineari. Nell'introdurre le Digital Audio Workstations (DAW), vengono affrontate le problematiche tecniche e le soluzioni ingegneristiche attualmente adottate per l'implementazione degli algoritmi più comuni. Verranno mostrati i vincoli di progettazione tipici legati ai tempi di calcolo, al costo computazionale e all'ottimizzazione su architetture di calcolo largamente diffuse (ARM, x86).
Capacità di applicare conoscenze e comprensione.
Gli studenti sapranno progettare ed implementare algoritmi a tempo discreto tenendo conto dei vincoli applicativi, e sapranno scegliere gli strumenti e librerie di sviluppo di maggiore utilizzo nel settore musicale.
Competenze trasversali.
Il corso per sua natura raccorda competenze provenienti da diversi ambiti scientifici che includono l'elettrotecnica, la matematica del discreto e l'acustica. Il percorso prevede un'introduzione pratica in laboratorio per prendere coscienza degli strumenti attualmente disponibili e attuare tecniche di analisi tempo-frequenza dei segnali musicali ponendo quesiti a cui verranno date risposte durante il corso anche attraverso ulteriori esperienze di laboratorio.
Knowledge and Understanding.
This course provides an in depth study of music-related Digital Signal Processing (DSP), with specific reference to sound generation and processing. Object of the course are discrete-time algorithms, techniques and transforms for the discretization of linear and nonlinear acoustical and electrical circuits. Digital Audio Workstations (DAW) will be introduced to show typical technical issues in the implementation of algorithms and how these are addressed. Typical design constraints such as timeliness, computational cost and optimization on general purpose CPUs (ARM, x86) will be discussed.
Capacity to apply Knowledge and Understanding.
The students will apply the knowledge to design and implement discrete-time algorithms, taking constraints into account and knowing how to properly select the right tools and development libraries for music-related tasks.
Transversal Skills.
The course is naturally interdisciplinary, exploiting notions from several scientific fields, including circuit theory, discrete mathematics and acoustics. The classes include laboratory lessons to take acquaintance with the available tools and apply time-frequency analysis techniques of musical signals. In this process doubts will arise that will find answers during the course and in additional laboratory lessons.
Lezioni teoriche:
- linguaggi e piattaforme per la sintesi
- cenni di organologia musicale e psicoacustica
- codifica dell'informazione musicale e notazione
- circuiti e filtri a tempo discreto, implementazione numerica e progetto
- sintesi additiva e sintesi FM, generazione efficiente di oscillatori sinusoidali a tempo discreto
- sintesi sottrattiva e modulare, generazione efficiente di oscillatori band-limited, filtri lineari e nonlineari
- architettura di sintetizzatori analogici e digitali, gestione in CV e numerica dei componenti, scansione delle tastiere
- sintesi wavetable e campionatori, ricampionamento, pitch shifting, formant preservation
- modellazione fisica di sistemi acustici ed elettronici, discretizzazione e risoluzione di delay-free loops
- simulazione efficiente della propagazione: tecniche DWG ed FDTD
- effettistica digitale, delay line, LUT, tecniche di interpolazione, filtri time-variant stabili
- formati di codifica e compressione del segnale audio
- protocollo MIDI
Esercitazioni:
- Progettazione di plugin di sintesi ed effettistica in C++ tramite VCV Rack e VST
Laboratorio:
- visita al laboratorio LOLA-Steinberg e illustrazione di apparati e strumenti hardware
Theoretical classes:
- languages and platforms for synthesis
- foundations of psychoacoustics and organology of musical instruments
- musical information coding and notation
- discrete-time circuits and filters, numerical implementation and design
- additive and FM synthesis, efficient sinusoidal discrete-time oscillators
- subtractive and modular synthesis, efficient generation of band-limited oscillators, linear and nonlinear filters
- architecture of digital and analog synthesizers, voltage control and numerical control of components, keyboard scanning
- wavetable synthesis and samplers, resampling, pitch-shifting, formant preservation
- physical modelling of acoustic and electronics systems, discrete-time solution of delay-free loops
- efficient simulation of wave propagation: DWG and FDTD methods
- digital effects, delay lines, LUT, interpolation techniques, stable time-variant filters
- coding and compression of audio signals
- the MIDI protocol
Exercises
- Development of plugins for synthesis and effects in C++ with VCV Rack and VST
Laboratory:
- visit to the LOLA-Steinberg lab and hands-on with hardware tools
Modalità valutazione apprendimento:
L'esame consiste in una prova orale e nello sviluppo di un progetto relativo alle tematiche del corso in C/C++ su personal computer o, su richiesta, su sistemi di sviluppo embedded. Durante la prova orale verrà richiesta un'esposizione del progetto e verranno verificate le competenze acquisite durante il corso con domande mirate.
Criteri di valutazione dell'apprendimento.
Verranno valutate le conoscenze teoriche e la capacità di applicarle in maniera logica, ordinata e coerente attraverso il progetto. Si avrà esito positivo quando lo studente avrà compreso le problematiche teoriche e implementative legate ai circuiti a tempo-discreto trattati e avrà imparato a gestirle progettando il proprio sistema anzitempo con i necessari strumenti teorici prima di ricorrere al calcolatore per l'effettiva implementazione.
Criteri di misurazione dell'apprendimento.
Si misurerà il livello di apprendimento dello studente pesando la comprensione autonoma, il livello di completamento del progetto, il rigore nello svilupparlo, i risultati numerici e sonori ottenuti dallo stesso.
Criteri di attribuzione del voto finale.
La votazione minima, pari a diciotto, verrà fornita nel caso che lo studente abbia raggiunto degli obiettivi minimi di funzionamento nel proprio progetto e abbia risposto almeno ad una domanda durante l'orale.
La votazione massima, pari a trenta, verrà ottenuta con il completamento del progetto, curando di aver raggiunto tutti gli obiettivi richiesti, e avendo risposto esaustivamente alle domande orali.
La lode verrà attribuita qualora vengano raggiunti obiettivi superiori alle attese e in totale autonomia, o dimostrando rigore e solidità teorica nell'esporre gli argomenti legati al corso durante l'orale.
Learning Evaluation Methods.
The exam consists in an oral test and in the development of a project related to the course. The project is developed in C/C++ on a personal computer or, on request, on an embedded platform. During the oral test, the student will be asked to report on the project and the competences acquired during the lectures will be verified with questions.
Learning Evaluation Criteria.
Theoretical knowledge and competences will be assessed, along with the student's ability to apply these to the project in a logical and rigorous way. The outcome will be positive if he/she will prove to understand the theoretical and practical issues of discrete-time circuits and to deal with them by developing his project from ground up with the necessary theoretical tools before recurring to the computer for the actual implementation.
Learning Measurement Criteria.
The student will be evaluated by weighting autonomous comprehension, the degree of completness of the project, the development rigour and the obtained results.
Final Mark Allocation Criteria.
The minimum grade (18/30) will be given to students who reach the minimal goals on their project, and will be able to answer correctly to one question during the oral test.
The maximum grade (30/30) will be given to students who completed their projects, reaching all the set goals and answering correctly to all oral questions.
The praise will be attributed when the student exceeds the set goals autonomously, or showing theoretical rigour in answering to the oral questions.
Dispense a cura del docente, reperibili dalla piattaforma Moodle di Ateneo (https://learn.univpm.it).
- Leonardo Gabrielli "Developing Virtual Synthesizers with VCV Rack", Focal Press, 2020
- Vadim Zavalishin, "The art of Virtual Analog Filter Design", risorsa gratuita: https://www.native-instruments.com/fileadmin/ni_media/downloads/pdf/VAFilterDesign_2.1.0.pdf
- Curtis Roads, "The Computer Music Tutorial", The MIT Press, 1995
Lecture notes from the teacher, available through the university's moodle platform at https://learn.univpm.it/
- Leonardo Gabrielli "Developing Virtual Synthesizers with VCV Rack", Focal Press, 2020
- Vadim Zavalishin, "The art of Virtual Analog Filter Design", freely available at: https://www.native-instruments.com/fileadmin/ni_media/downloads/pdf/VAFilterDesign_2.1.0.pdf
- Curtis Roads, "The Computer Music Tutorial", The MIT Press, 1995
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento. Academic year 2020-2021
Università Politecnica delle Marche
P.zza Roma 22, 60121 Ancona
Tel (+39) 071.220.1, Fax (+39) 071.220.2324
P.I. 00382520427