Música real con instrumentos imposibles: el software que desafía el límite del sonido

Si a España se la puede representar con una guitarra, el equipo de NESS de la Universidad de Edimburgo trabaja en instrumentos que no sólo escapan de la asociación con un país, sino de la realidad. Es difícil imaginar cómo sonaría una trompeta que expulsa fuego o un tambor gigante, pero para resolver ese misterio propio de la ciencia ficción está la tecnología. El software desarrollado por la Universidad permite conocer cómo sonarían diferentes tipos de instrumentos, a cada cual más extraño, que busca expandir los límites de los sonidos sintéticos para crear una música, hasta ahora imposible. 

El mundo del arte y la industria tecnológica trabajan mano a mano desde hace décadas. Sin embargo, el sonido que se consigue por ordenador aún no tiene la calidad que se obtiene de los instrumentos físicos. Esta diferencia es la que han tratado de reducir los investigadores del proyecto NESS.

Durante más de cinco años de investigación han tratado de mejorar el realismo de los sonidos sintéticos, así como la velocidad a la hora de procesarlo. La última fase, ha reunido a una serie de artistas que han puesto a prueba los resultados creando piezas de música con instrumentos digitales, algunos imposibles de reproducir en el mundo real.

Acelerar la música digital

El proyecto NESS se inició en 2013 con la intención de llevar lo más lejos posible los límites del sonido sintético, una tecnología que lleva décadas estudiándose. "El sonido digital cuenta con una larga trayectoria que se remonta a los años 60, pero los algoritmos estaban muy limitados por el hardware de la época" indica Stefan Bilbao, de la Universidad de Edimburgo.

Un equipo de 12 personas ha trabajado durante años para conseguir un resultado más realista de los sonidos sintéticos, además de una respuesta más rápida del software. Toda una orquesta de instrumentos de viento, cuerda y percusión, compuestos de diferentes materiales y formas, nacen desde el ordenador dando vida a partituras nuevas casi al momento. Trompetas que expulsan aire a 727 °C, baterías que requieren de un gran grupo de personas para tocarlas, son algunos ejemplos.

Simulación de instrumento de cuerda Universidad de Edimburgo Omicrono

Antes de llegar a estos instrumentos de fantasía, primero era necesario sintetizar con la mayor veracidad el sonido de los instrumentos ya existentes. Para reducir la diferencia entre el sonido que produce un instrumento real y tangible, del producido por un ordenador, se requiere recrear las respuestas de los materiales, simular las vibraciones y la reacción física de las ondas de sonido en cada entorno.

El equipo de NESS decidió crear modelo matemático que simula las propiedades físicas de cada instrumento de forma virtual. Por ejemplo, los modelos de cuerda generados por ordenador tienen en cuenta el mecanismo del arco y la acción de los dedos en las cuerdas de forma detallada. Era necesario estudiar cómo se comporta el aire dentro de una trompeta según la longitud y diámetro de sus tubos; recrear el movimiento de las cuerdas de una guitarra y proyectarlo en un cuerpo con una cavidad determinada.

Simulación de sala de sonido Universidad de Edimburgo Omicrono

Con todo esto, el sonido aún no está del todo conseguido. Para los amantes de un buen concierto, no será difícil imaginar el siguiente elemento que influye en la autenticidad del sonido. La sala en la que se tocan esos instrumentos es también responsable del resultado final. Por ese motivo, han trabajado en la simulación de la sala virtual donde debe proyectarse el sonido digital.

Instrumentos con uranio

Durante la última fase del proyecto, el equipo de investigación colaboró con diversos artistas para poder a prueba su software. El compositor Gadi Sassoon llegó a codificar una trompeta de 1,6 kilómetros de largo en la que introdujo grandes cantidades de aire a 727 °C, como si se tratara de la garganta de un dragón escupiendo fuego. Este peculiar instrumento se puede escuchar en su nuevo disco, Multiverse, presentado a finales de 2020.

"El compositor puede diseñar un instrumento, pero la parte más inusual es la de aprender a tocar ese instrumento", explica Gordon Delap, compositor que lleva trabajando en el proyecto desde el principio. "Los primeros sonidos que se obtienen son muy parecidos a los que podrían salir de la habitación de un niño que está aprendiendo a tocar un instrumento de viento" dice bromeando. 

Tras varias horas de trabajo Delap consiguió que su nuevo instrumento produjera el sonido que él buscaba, parecido al que se obtiene de un dungchen, una trompeta tradicional de la música tibetana. Aunque este no es el instrumento más raro que ha dado vida el proyecto NESS.

Se han probado baterías en 3D con 300 partes interconectadas, trompetas que requieren de varias manos para poder tocarlas o, incluso, instrumentos fabricados con uranio como recuerda Delap en una de las entrevistas a los componentes del proyecto de investigación.

Velocidad de procesado

Junto a la calidad del sonido, la velocidad de procesado era otra prioridad. En las primeras etapas del proyecto NESS, la universidad cedió al equipo uno de los sótanos del campus de arte Lauriston Place. "Era una habitación espaciosa y con una buena cantidad de graffitis obscenos en las paredes, a veces, cuando el proceso era lento, agregamos unos pocos nosotros", bromean.

Pruebas de percusión en el Proyecto NESS Universidad de Edimburgo Omicrono

Aunque la acústica de esa sala con paredes de concreto no era buena, lo importante era que las primeras simulaciones que oyeran en ella se produjeran de forma remota a través del servidor NESS GPU a kilómetros de distancia. Los algoritmos desarrollados por el equipo han conseguido acelerar el procesamiento de forma remota gracias al centro de computación de la universidad y al superordenador Archer de Reino Unido que se encuentra en él.

"Los cambios han sido importantes, ahora es posible generar piezas más rápido, casi en el momento. Puedo construir un instrumento, tener una partitura, y hacer pequeñas modificaciones para escucharlas al instante" explica este compositor. "Mirando al futuro se pueden ver todas las cosas interesantes que se podrían desarrollar con este proyecto como entornos tridimensionales más dinámicos en los que colocar al oyente", añade.

Los años de investigación han servido a este equipo para dar vida a una start-up.  Physical Audio que ofrece un software de sintetizado con el que "modelar la propagación de ondas en resortes helicoidales". El programa se puede descargar en una prueba gratuita y utiliza menos del 10% de la CPU.

Proyectos como este presentan una nueva forma de crear música a partir de ordenadores y experimentar con el sonido como ya han conseguido Sasson y Delap.

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