Existem inúmeras técnicas de síntese de áudio utilizadas atualmente em instrumentos musicais profissionais, dentre as quais as mais fundamentais são a síntese aditiva e a síntese subtrativa. A síntese subtrativa se tornou popular e foi muito explorada entre as décadas de 60 e 70 com a criação de módulos analógicos de hardware que podiam ser interconectados, criando o conceito de sintetizador analógico modular. Apesar do uso deste tipo de sintetizador ter diminuído durante as décadas subsequentes, nos últimos anos sua utilização voltou a crescer e diversos modelos deste tipo de instrumento são vendidos atualmente, porém em geral a preços elevados. Sintetizadores digitais também disponibilizam a técnica de síntese subtrativa utilizando componentes eletrônicos customizados e desenvolvidos pelos fabricantes de sintetizadores com o intuito de utilizar avançadas técnicas de processamento de sinais, o que ainda mantém seus preços elevados. Neste trabalho investigamos a hipótese de que é possível desenvolver um instrumento musical funcional e de qualidade com recursos limitados de processamento, e exploramos essa hipótese implementando síntese subtrativa em uma plataforma acessível e de baixo custo. O desenvolvimento é baseado em linguagem orientada a objetos para criação de módulos de software replicando as características dos módulos encontrados em sintetizadores analógicos modulares. Com esta abordagem, obtemos um software modular que pode ser facilmente modificado baseado nas preferências do programador. A implementação foi testada na plataforma Arduino Due, que é uma plataforma de baixo custo e contém um processador 32-bits ARM 84 MHz. Foi possível adicionar osciladores com algoritmo anti-aliasing, filtros, geradores de envelope, módulo de efeito, uma interface MIDI e um teclado externo, obtendo assim um sintetizador subtrativo completo. Além disto, incluímos no desenvolvimento a implementação de um órgão baseado em síntese aditiva, com polifonia completa e inspirado na arquitetura de órgãos clássicos, mostrando a possibilidade de possuir dois importantes e poderosos métodos de síntese em uma plataforma acessível e de baixo custo. Com esta implementação aberta e pública, buscamos contribuir com o movimento maker e faça-você-mesmo, incentivando novos desenvolvimentos nesta área, em especial na computação e engenharia, aumentando o uso e acesso a instrumentos musicais eletrônicos e a criatividade musical. / Subtractive and additive synthesis are two powerful sound synthesis techniques that caused a revolution when the first electronic and electro mechanic music instruments started to appear some decades ago. Subtractive synthesis became very popular during the 60s and 70s after the creation of analog hardware modules that could be interconnected, creating the concept of the modular synthesizers. After the initial impact, for some years these instruments faced a slow-down in its usage, a tendency that was reverted on the past decade. Nevertheless, the prices of these instruments are often high. Digital synthesizers also offer the subtractive synthesis technique, by using customized electronic components designed and developed by the synthesizers vendors in order to use the most up-to-date technologies and signal processing techniques, which also leads to high prices. In this project, we investigate the hypothesis that it is possible to design and develop a good quality music instrument with low budget electronic components and limited processing capabilities, by implementing this on a low budget and easy to use platform. The development is based on object oriented design, creating software modules that replicates the functionalities of analog synthesizer hardware modules. With this approach, we have a modular software that can be easily changed based on programmers’ preferences. The implementation was tested on the Arduino Due board, which is a cheap, easy to use and widely available platform and powered by a 32-bits ARM 84Mhz processor. We were able to add oscillators with anti-aliasing algorithms, filters, envelope generators, delay effects, a MIDI interface and a keybed, making a complete synthesizer. In addition to this, we included an additive synthesis organ design with full polyphony based on classic organs design, demonstrating the possibility of having two powerful synthesis methods on a cheap and widely available platform. With this design, suitable for low cost platforms, we intend to contribute to the maker movement and encourage new implementations in this area, especially in the computing and engineering fields, increasing the usage and access to (electronic) musical instruments and musical creativity.

Dentre as diversas operações que podem ser realizadas com composições musicais, representadas através de uma notação, está a avaliação de similaridade melódica, utilizada principalmente na busca e recuperação dessas obras. O presente trabalho apresenta o método de avaliação de similaridade melódica denominado Correspondência de Monofonia Contida (CMC), focado na operação de busca de composições. Também estão descritos os detalhes de implementação de uma ferramenta para busca de tablaturas textuais da web utilizando o método proposto. A análise dos experimentos realizados demonstrou que o método CMC consegue localizar composições específicas em dois terços das consultas (69,44%), conseguindo colocar o resultado esperado, em média, na 11ª posição de ranqueamento. / Among the various operations that can be performed with musical compositions, represented through a notation, is the evaluation of melodic similarity mainly for search and retrieval of these works. This paper presents the method of evaluation of melodic similarity named Monophonic Contained Matching, focused on the search of compositions. Also describes the implementation details of a tool to search textual tabs in web using the proposed method. The analysis of the experiments demonstrated that the CMC method can locate specific compositions in two-thirds of queries (69.44%), managing to place the expected result on average in the 11th ranking position.

Os rankings musicais destinam-se principalmente a fins de marketing, mas também ajudam os usuários a descobrir novas músicas, bem como a comparar artistas, álbuns, etc. Este trabalho apresenta uma ferramenta interativa para visualizar, encontrar e comparar rankings musicais usando diferentes técnicas além de exibir atributos das músicas. A técnica foi concebida após uma pesquisa remota que coletou dados sobre como as pessoas escolhem música. As técnicas de visualização tornam mais fácil obter informações sobre artistas e faixas, e também comparar os dados obtidos a partir dos dois principais rankings de música, Billboard e Spotify. A ferrament também permite a interação com dados pessoais. Resultados de experimentos conduzidos com usuários potenciais mostraram que a ferramenta foi considerada interessante, com um layout atrativo. Comparando com as formas tradicionais de visualizar rankings de músicas, usuários preferiram a ferramenta aqui desenvolvida, mas a diferença para Billboard e Spotify não foi grande. Entretanto, quando avaliada a usabilidade da ferramenta, os resultados foram melhores, principalmente no que se refere à filtragem e às técnicas de comparação. MusicVis foi também considerado fácil de aprender. / Music rankings are mainly aimed at marketing purposes but also help users in discovering new music as well as comparing songs, artists, albums, etc. This work presents an interactive way to visualize, find and compare music rankings using different techniques, including the display of music attributes. The technique was conceived after a remote survey we conducted to collect data about how people choose music. Our visualization makes easier to obtain information about artists and tracks, and also to compare the data gathered from the two major music rankings, namely Billboard and Spotify. The tool also provides interaction with personal data. The results obtained from experiments with potential users showed that the tool was considered interesting, with an attractive layout. Compared to traditional music ranking tools users preferred ours, but with not such a large difference from using Billboard or Spotify. However, when evaluating the usability of our tool, results are positive, mainly concerning to data filtering and comparison features. MusicVis was also considered easy to learn.

Existem inúmeras técnicas de síntese de áudio utilizadas atualmente em instrumentos musicais profissionais, dentre as quais as mais fundamentais são a síntese aditiva e a síntese subtrativa. A síntese subtrativa se tornou popular e foi muito explorada entre as décadas de 60 e 70 com a criação de módulos analógicos de hardware que podiam ser interconectados, criando o conceito de sintetizador analógico modular. Apesar do uso deste tipo de sintetizador ter diminuído durante as décadas subsequentes, nos últimos anos sua utilização voltou a crescer e diversos modelos deste tipo de instrumento são vendidos atualmente, porém em geral a preços elevados. Sintetizadores digitais também disponibilizam a técnica de síntese subtrativa utilizando componentes eletrônicos customizados e desenvolvidos pelos fabricantes de sintetizadores com o intuito de utilizar avançadas técnicas de processamento de sinais, o que ainda mantém seus preços elevados. Neste trabalho investigamos a hipótese de que é possível desenvolver um instrumento musical funcional e de qualidade com recursos limitados de processamento, e exploramos essa hipótese implementando síntese subtrativa em uma plataforma acessível e de baixo custo. O desenvolvimento é baseado em linguagem orientada a objetos para criação de módulos de software replicando as características dos módulos encontrados em sintetizadores analógicos modulares. Com esta abordagem, obtemos um software modular que pode ser facilmente modificado baseado nas preferências do programador. A implementação foi testada na plataforma Arduino Due, que é uma plataforma de baixo custo e contém um processador 32-bits ARM 84 MHz. Foi possível adicionar osciladores com algoritmo anti-aliasing, filtros, geradores de envelope, módulo de efeito, uma interface MIDI e um teclado externo, obtendo assim um sintetizador subtrativo completo. Além disto, incluímos no desenvolvimento a implementação de um órgão baseado em síntese aditiva, com polifonia completa e inspirado na arquitetura de órgãos clássicos, mostrando a possibilidade de possuir dois importantes e poderosos métodos de síntese em uma plataforma acessível e de baixo custo. Com esta implementação aberta e pública, buscamos contribuir com o movimento maker e faça-você-mesmo, incentivando novos desenvolvimentos nesta área, em especial na computação e engenharia, aumentando o uso e acesso a instrumentos musicais eletrônicos e a criatividade musical. / Subtractive and additive synthesis are two powerful sound synthesis techniques that caused a revolution when the first electronic and electro mechanic music instruments started to appear some decades ago. Subtractive synthesis became very popular during the 60s and 70s after the creation of analog hardware modules that could be interconnected, creating the concept of the modular synthesizers. After the initial impact, for some years these instruments faced a slow-down in its usage, a tendency that was reverted on the past decade. Nevertheless, the prices of these instruments are often high. Digital synthesizers also offer the subtractive synthesis technique, by using customized electronic components designed and developed by the synthesizers vendors in order to use the most up-to-date technologies and signal processing techniques, which also leads to high prices. In this project, we investigate the hypothesis that it is possible to design and develop a good quality music instrument with low budget electronic components and limited processing capabilities, by implementing this on a low budget and easy to use platform. The development is based on object oriented design, creating software modules that replicates the functionalities of analog synthesizer hardware modules. With this approach, we have a modular software that can be easily changed based on programmers’ preferences. The implementation was tested on the Arduino Due board, which is a cheap, easy to use and widely available platform and powered by a 32-bits ARM 84Mhz processor. We were able to add oscillators with anti-aliasing algorithms, filters, envelope generators, delay effects, a MIDI interface and a keybed, making a complete synthesizer. In addition to this, we included an additive synthesis organ design with full polyphony based on classic organs design, demonstrating the possibility of having two powerful synthesis methods on a cheap and widely available platform. With this design, suitable for low cost platforms, we intend to contribute to the maker movement and encourage new implementations in this area, especially in the computing and engineering fields, increasing the usage and access to (electronic) musical instruments and musical creativity.

Dentre as diversas operações que podem ser realizadas com composições musicais, representadas através de uma notação, está a avaliação de similaridade melódica, utilizada principalmente na busca e recuperação dessas obras. O presente trabalho apresenta o método de avaliação de similaridade melódica denominado Correspondência de Monofonia Contida (CMC), focado na operação de busca de composições. Também estão descritos os detalhes de implementação de uma ferramenta para busca de tablaturas textuais da web utilizando o método proposto. A análise dos experimentos realizados demonstrou que o método CMC consegue localizar composições específicas em dois terços das consultas (69,44%), conseguindo colocar o resultado esperado, em média, na 11ª posição de ranqueamento. / Among the various operations that can be performed with musical compositions, represented through a notation, is the evaluation of melodic similarity mainly for search and retrieval of these works. This paper presents the method of evaluation of melodic similarity named Monophonic Contained Matching, focused on the search of compositions. Also describes the implementation details of a tool to search textual tabs in web using the proposed method. The analysis of the experiments demonstrated that the CMC method can locate specific compositions in two-thirds of queries (69.44%), managing to place the expected result on average in the 11th ranking position.

O solfejo, em seu conceito mais amplo, é uma técnica usual no processo de ensinoaprendizagem musical, o qual envolve a realização vocal de melodias, considerando as alturas e as durações dos sons musicais registrados em partitura, devidamente associado à marcação de compassos por intermédio de gestos que definem a estrutura métrica e o andamento da peça musical. Este trabalho apresenta uma abordagem audiovisual para avaliação automática dessa prática de estudo pertinente à leitura e à estruturação musicais. O sistema proposto é dividido em três partes. A primeira efetua o reconhecimento visual dos gestos de marcação de compassos realizados pela mão, por intermédio de um classificador probabilístico. Um processo de alinhamento temporal garante o reconhecimento dos padrões de movimento mesmo em casos com variação de andamento, permitindo também a avaliação da precisão rítmica do aluno, quando comparado com um referencial metronômico. A segunda parte deste sistema obtém a transcrição melódica do canto a partir da análise do respectivo sinal de áudio. Os fragmentos melódicos detectados são agrupados e mapeados em relação às notas da partitura do exercício de solfejo, permitindo uma avaliação direta nota-a-nota da performance do canto. Por fim, a terceira parte do sistema proposto faz a integração entre o gesto de marcação de compassos e a transcrição melódica. Nesse caso, o gesto atua como um metrônomo, controlando o fluxo temporal. Assim, a avaliação nota-a-nota do solfejo pode ser empregada também em casos onde exista grande variação no andamento da peça. Tanto o processo de avaliação do gesto de marcação de compassos quanto a avaliação do canto são obtidos por intermédio de um classificador Bayesiano gerado a partir de avaliações reais, feitas por especialistas em música. Dessa forma, o sistema desenvolvido efetua o mapeamento advindo da opinião de especialistas humanos em um sistema de avaliação automática de solfejo executado por máquina, que é capaz de identificar as notas musicais cantadas pelo aluno em cada instante métrico determinado, devidamente conduzido pelo gesto, sem a necessidade de sincronização por um metrônomo ou manutenção de um andamento fixo. / Solfége is a general technique used in the music learning process, which involves the vocal performance of melodies, regarding the time and duration of musical sounds as specified in the music score, properly associated the meter-mimicking performed by the hand movement. This thesis presents an audiovisual approach for automatic assessment of this relevant musical study practice. The proposed system is divided into three parts. First, a probabilistic classifier recognizes the musical metric patterns drawn by the hand movement. A time alignment process assures the proper recognition of the movement patterns even in cases where there are changes in the musical tempo. Also, this process allows to estimate the accuracy of the rhythmic performance. In the second part of this work, audio analysis is applied to achieve the melodic transcription of the sung notes. The detected melodic fragments are then grouped and mapped into single notes, which are connected to their related notes on the music score of the solfège exercise. This mapping procedure allows the direct assessment (note by note) of the singing performance, even if there are slight discrepancies between the transcribed notes and the music score. Finally, the last part of the proposed system combines the gesture of meter-mimicking (video information) with the melodic transcription (audio information), where the hand movement works as a metronome, controlling the time flow (tempo) of the musical piece. Thus, the meter-mimicking is used to align the music score (ground truth) with the sung melody, allowing the assessment even in time dynamic scenarios. Both meter-mimicking and sung notes are evaluated by a set of Bayesian classifiers that were generated from real evaluations done by experts listeners. In this way, the developed model performs the mapping of the point of view from human experts into an automatic system which is able to make the solfege assessment, regarding the pitch, onset and duration of the music notes, without the need for external synchronization with a metronome or the maintenance of a fixed tempo.

O solfejo, em seu conceito mais amplo, é uma técnica usual no processo de ensinoaprendizagem musical, o qual envolve a realização vocal de melodias, considerando as alturas e as durações dos sons musicais registrados em partitura, devidamente associado à marcação de compassos por intermédio de gestos que definem a estrutura métrica e o andamento da peça musical. Este trabalho apresenta uma abordagem audiovisual para avaliação automática dessa prática de estudo pertinente à leitura e à estruturação musicais. O sistema proposto é dividido em três partes. A primeira efetua o reconhecimento visual dos gestos de marcação de compassos realizados pela mão, por intermédio de um classificador probabilístico. Um processo de alinhamento temporal garante o reconhecimento dos padrões de movimento mesmo em casos com variação de andamento, permitindo também a avaliação da precisão rítmica do aluno, quando comparado com um referencial metronômico. A segunda parte deste sistema obtém a transcrição melódica do canto a partir da análise do respectivo sinal de áudio. Os fragmentos melódicos detectados são agrupados e mapeados em relação às notas da partitura do exercício de solfejo, permitindo uma avaliação direta nota-a-nota da performance do canto. Por fim, a terceira parte do sistema proposto faz a integração entre o gesto de marcação de compassos e a transcrição melódica. Nesse caso, o gesto atua como um metrônomo, controlando o fluxo temporal. Assim, a avaliação nota-a-nota do solfejo pode ser empregada também em casos onde exista grande variação no andamento da peça. Tanto o processo de avaliação do gesto de marcação de compassos quanto a avaliação do canto são obtidos por intermédio de um classificador Bayesiano gerado a partir de avaliações reais, feitas por especialistas em música. Dessa forma, o sistema desenvolvido efetua o mapeamento advindo da opinião de especialistas humanos em um sistema de avaliação automática de solfejo executado por máquina, que é capaz de identificar as notas musicais cantadas pelo aluno em cada instante métrico determinado, devidamente conduzido pelo gesto, sem a necessidade de sincronização por um metrônomo ou manutenção de um andamento fixo. / Solfége is a general technique used in the music learning process, which involves the vocal performance of melodies, regarding the time and duration of musical sounds as specified in the music score, properly associated the meter-mimicking performed by the hand movement. This thesis presents an audiovisual approach for automatic assessment of this relevant musical study practice. The proposed system is divided into three parts. First, a probabilistic classifier recognizes the musical metric patterns drawn by the hand movement. A time alignment process assures the proper recognition of the movement patterns even in cases where there are changes in the musical tempo. Also, this process allows to estimate the accuracy of the rhythmic performance. In the second part of this work, audio analysis is applied to achieve the melodic transcription of the sung notes. The detected melodic fragments are then grouped and mapped into single notes, which are connected to their related notes on the music score of the solfège exercise. This mapping procedure allows the direct assessment (note by note) of the singing performance, even if there are slight discrepancies between the transcribed notes and the music score. Finally, the last part of the proposed system combines the gesture of meter-mimicking (video information) with the melodic transcription (audio information), where the hand movement works as a metronome, controlling the time flow (tempo) of the musical piece. Thus, the meter-mimicking is used to align the music score (ground truth) with the sung melody, allowing the assessment even in time dynamic scenarios. Both meter-mimicking and sung notes are evaluated by a set of Bayesian classifiers that were generated from real evaluations done by experts listeners. In this way, the developed model performs the mapping of the point of view from human experts into an automatic system which is able to make the solfege assessment, regarding the pitch, onset and duration of the music notes, without the need for external synchronization with a metronome or the maintenance of a fixed tempo.

O solfejo, em seu conceito mais amplo, é uma técnica usual no processo de ensinoaprendizagem musical, o qual envolve a realização vocal de melodias, considerando as alturas e as durações dos sons musicais registrados em partitura, devidamente associado à marcação de compassos por intermédio de gestos que definem a estrutura métrica e o andamento da peça musical. Este trabalho apresenta uma abordagem audiovisual para avaliação automática dessa prática de estudo pertinente à leitura e à estruturação musicais. O sistema proposto é dividido em três partes. A primeira efetua o reconhecimento visual dos gestos de marcação de compassos realizados pela mão, por intermédio de um classificador probabilístico. Um processo de alinhamento temporal garante o reconhecimento dos padrões de movimento mesmo em casos com variação de andamento, permitindo também a avaliação da precisão rítmica do aluno, quando comparado com um referencial metronômico. A segunda parte deste sistema obtém a transcrição melódica do canto a partir da análise do respectivo sinal de áudio. Os fragmentos melódicos detectados são agrupados e mapeados em relação às notas da partitura do exercício de solfejo, permitindo uma avaliação direta nota-a-nota da performance do canto. Por fim, a terceira parte do sistema proposto faz a integração entre o gesto de marcação de compassos e a transcrição melódica. Nesse caso, o gesto atua como um metrônomo, controlando o fluxo temporal. Assim, a avaliação nota-a-nota do solfejo pode ser empregada também em casos onde exista grande variação no andamento da peça. Tanto o processo de avaliação do gesto de marcação de compassos quanto a avaliação do canto são obtidos por intermédio de um classificador Bayesiano gerado a partir de avaliações reais, feitas por especialistas em música. Dessa forma, o sistema desenvolvido efetua o mapeamento advindo da opinião de especialistas humanos em um sistema de avaliação automática de solfejo executado por máquina, que é capaz de identificar as notas musicais cantadas pelo aluno em cada instante métrico determinado, devidamente conduzido pelo gesto, sem a necessidade de sincronização por um metrônomo ou manutenção de um andamento fixo. / Solfége is a general technique used in the music learning process, which involves the vocal performance of melodies, regarding the time and duration of musical sounds as specified in the music score, properly associated the meter-mimicking performed by the hand movement. This thesis presents an audiovisual approach for automatic assessment of this relevant musical study practice. The proposed system is divided into three parts. First, a probabilistic classifier recognizes the musical metric patterns drawn by the hand movement. A time alignment process assures the proper recognition of the movement patterns even in cases where there are changes in the musical tempo. Also, this process allows to estimate the accuracy of the rhythmic performance. In the second part of this work, audio analysis is applied to achieve the melodic transcription of the sung notes. The detected melodic fragments are then grouped and mapped into single notes, which are connected to their related notes on the music score of the solfège exercise. This mapping procedure allows the direct assessment (note by note) of the singing performance, even if there are slight discrepancies between the transcribed notes and the music score. Finally, the last part of the proposed system combines the gesture of meter-mimicking (video information) with the melodic transcription (audio information), where the hand movement works as a metronome, controlling the time flow (tempo) of the musical piece. Thus, the meter-mimicking is used to align the music score (ground truth) with the sung melody, allowing the assessment even in time dynamic scenarios. Both meter-mimicking and sung notes are evaluated by a set of Bayesian classifiers that were generated from real evaluations done by experts listeners. In this way, the developed model performs the mapping of the point of view from human experts into an automatic system which is able to make the solfege assessment, regarding the pitch, onset and duration of the music notes, without the need for external synchronization with a metronome or the maintenance of a fixed tempo.