stringtranslate.com

Синтез волновых таблиц

Таблично-волновой синтез — это метод синтеза звука, используемый для создания квазипериодических сигналов, часто используемых при создании музыкальных тонов или нот .

Разработка

Таблично-волновой синтез был изобретен Максом Мэтьюзом в 1958 году как часть MUSIC II . MUSIC II «имела четырехголосную полифонию и была способна генерировать шестнадцать волновых форм с помощью таблично-волнового генератора». [1]

Хэл Чемберлин обсуждал синтез волновых таблиц в сентябрьском номере журнала Byte за 1977 год. [2] Вольфганг Палм из Palm Products GmbH (PPG) разработал свою версию в конце 1970-х годов [3] и опубликовал ее в 1979 году. [4] С тех пор этот метод используется в качестве основного метода синтеза в синтезаторах, созданных PPG и Waldorf Music. и как вспомогательный метод синтеза от Ensoniq и Access . В настоящее время он используется в аппаратных синтезаторах Waldorf Music и в программных синтезаторах для ПК и планшетов, включая приложения, предлагаемые PPG и Waldorf, среди других.

Он также был независимо разработан Майклом Макнаббом, который использовал его в своей композиции 1978 года Dreamsong . [5] [6]

Принцип

Синтез волновых таблиц в основном основан на периодическом воспроизведении нескольких произвольных одноцикловых сигналов . [7] При синтезе волновых таблиц используется некоторый метод для изменения или модуляции выбранной формы сигнала в волновой таблице. Позиция в таблице волн выбирает форму сигнала с одним циклом. Цифровая интерполяция между соседними сигналами обеспечивает динамичное и плавное изменение тембра воспроизводимого тона. Размахом волновой таблицы в любом направлении можно управлять несколькими способами, например, с помощью LFO, огибающей, давления или скорости.

Многие волновые таблицы, используемые в синтезаторах PPG и Ensoniq, могут имитировать методы, используемые аналоговыми синтезаторами , такие как широтно-импульсная модуляция, путем использования ряда прямоугольных волн с разными рабочими циклами . Таким образом, при качании волновой таблицы будет казаться, что рабочий цикл пульсовой волны меняется с течением времени. Поскольку ранние таблично-волновые синтезаторы Ensoniq имели нерезонансные фильтры (синтезаторы PPG Wave использовали аналоговые резонансные фильтры Кертиса), некоторые волновые таблицы содержали высокорезонансные сигналы, чтобы преодолеть это ограничение фильтров.

В 1992 году, с появлением Creative Labs Sound Blaster 16, термин «волновая таблица» [8] начал (неправильно) применяться в качестве маркетингового термина к звуковой карте. Однако эти звуковые карты не использовали какую-либо форму синтеза волновых таблиц [9] , а скорее использовали семплы PCM и FM-синтез .

S&S (Sample and Synthesis) и синтез цифровой волны были основным методом синтеза звука, используемым цифровыми синтезаторами, начиная с середины 1980-х годов, такими синтезаторами, как Sequential Circuits Prophet VS, Korg DW6000/8000 (DW означает Digital Wave), Roland D50 и От Korg M1 до современных синтезаторов.

Ableton устранил некоторую путаницу в статье: [10]

Подожди, так это не просто синтез сэмплов? Давайте остановимся здесь, чтобы разобраться с распространенной путаницей. В то время как дискретный синтез предполагает использование статической цифровой выборки, табличный синтез допускает (необязательную) эволюцию формы сигнала; то есть, хотя таблично-волновые синтезаторы могут звучать как семплированный синтез, опция развития (которая включена по умолчанию для большинства классических таблично-волновых звуков) отличает его.

Часто теперь у них есть дисплеи, показывающие в реальном времени 3D-графики воспроизводимой волновой таблицы с выделенной текущей формой волны, что является характерной особенностью современных таблично-волновых синтезаторов.

Пользовательские волновые таблицы

Создание новых волновых таблиц раньше было трудным процессом, если оно не поддерживалось специализированными средствами редактирования и воспроизведением (почти) в реальном времени отредактированных волновых таблиц на синтезаторе. Такие редакторы часто требовали использования дополнительных аппаратных устройств, таких как PPG Waveterm, или присутствовали только в дорогих моделях, таких как Waldorf WAVE. Чаще всего предварительно рассчитанные волновые таблицы можно добавлять через карты памяти или отправлять на синтезатор через MIDI. Сегодня волновые таблицы можно легко создавать с помощью программного обеспечения и прослушивать непосредственно на компьютере. Поскольку все формы сигналов, используемые при синтезе волновых таблиц, являются периодическими, представление во временной и частотной областях являются точными эквивалентами друг друга, и оба могут использоваться одновременно для определения форм сигналов и волновых таблиц.

Практическое использование

Во время воспроизведения производимый звук можно гармонически изменить, переместив его в другую точку волновой таблицы, обычно под управлением генератора огибающей или низкочастотного генератора , но часто с помощью любого количества модуляторов (матричная модуляция). При этом гармонический состав выходной волны изменяется в реальном времени, создавая звуки, которые могут имитировать акустические инструменты или быть полностью абстрактными, и именно в этом метод создания звука превосходит другие. Этот метод особенно полезен для разработки синтезаторных пэдов , где звук со временем меняется медленно.

Часто необходимо «прослушивать» каждую позицию в волновой таблице и сканировать ее вперед и назад, чтобы эффективно использовать ее, хотя выбор случайных волновых таблиц, начальных позиций, конечных позиций и направлений сканирования также может дать удовлетворительные результаты. музыкальные результаты. Стоит отметить, что большинство таблично-волновых синтезаторов также используют другие методы синтеза для дальнейшего формирования формы выходного сигнала, такие как субтрактивный синтез (фильтры), фазовая модуляция , частотная модуляция и AM (кольцевая) модуляция .

Синтез табличного поиска

Синтез с поиском по таблице [12] (или синтез с поиском по волновой таблице [13] ) (Roads 1996) представляет собой класс методов синтеза звука с использованием таблиц формы сигналов посредством поиска по таблицам , называемый методом «генератора с поиском по таблице». Длина сигналов или сэмплов может варьироваться в зависимости от метода синтеза звука: от одного цикла до нескольких минут.

Терминология

Термин « таблица форм волн » (или « таблица форм волн » как эквивалент) часто сокращается до «таблица волн» [14] , а производный от него термин « таблично-волновой осциллятор » [15] кажется почти тем же, что и « генератор с табличным поиском ». упоминалось выше, хотя слово «волна» (или «форма волны», «форма волны») может, возможно, подразумевать оттенок однопериодной формы волны.

Однако производный термин « волновой табличный синтез » кажется немного запутанным из-за более поздних разработок производного алгоритма.

(1) Синтез волновых таблиц [15]
Его первоначальное значение по существу такое же, как « синтез с поиском по таблице », [16] [17] [15] [18] и, возможно, можно ожидать несколько действий над формой(ами) сигнала. ⇒ См. (2), (3).
(2) Алгоритм модификации волновой таблицы [19]
Например, синтез струн Карплюса-Стронга [20] представляет собой простой класс « алгоритма модификации волновой таблицы », известный как синтез цифровых волноводов . [19]
(3) Синтез нескольких волновых таблиц [21]
В конце 1970-х годов Майкл Макнабб [5] [6] и Вольфганг Палм [4] независимо друг от друга разработали расширение множественных волновых таблиц для синтеза поиска по таблицам [примечание 1], которое обычно использовалось в PPG Wave и известное как сканирование волновых таблиц . [22] Позже Хорнер, Бошан и Хакен (1993) назвали его « синтезом множественных волновых таблиц ». [21]
(4) Синтез на основе выборки
Одновременно с этим, с конца 1970-х годов, синтез на основе выборок с использованием относительно длинных выборок вместо одноцикловых сигналов стал широко распространенным благодаря появлению Fairlight CMI и эмулятора E-mu .

Фон

О четырех вышеупомянутых терминах для классов методов синтеза звука, т.е. (1) Синтез волновых таблиц , (2) Алгоритм модификации волновых таблиц , (3) Синтез множественных волновых таблиц и (4) Синтез на основе сэмплов , если они были соответствующим образом используются для различения друг друга, можно было бы избежать любой путаницы, но, похоже, исторически это не удалось. Не позднее 1990-х годов несколько влиятельных продуктов синтеза на основе сэмплов продавались под торговыми марками, похожими на «таблично-волновой синтез» (включая карту волновых таблиц Gravis Ultrasound , дочернюю плату волновых таблиц Creative Wave Blaster и Microsoft GS Wavetable SW Synth ), и эта путаница еще больше повлияли на отраслевые стандарты (включая алгоритмический и волновой синтез MPEG-4 Structured Audio , [23] и дополнительный аппаратный синтезатор волновых таблиц AC97 с ускорением [24] ). В середине 2000-х годов вновь возникла путаница в терминологии. Подкласс общего волнового табличного синтеза, то есть множественный волновой синтез Макнабба и Палма, имеет тенденцию ошибочно называться исключительно так, как если бы он был общим классом исключительно всего семейства волнового табличного синтеза. [25]

В результате следует отметить сложность поддержания согласованности между концепциями и терминологией во время быстрого технологического развития. По этой причине термин «синтез табличного поиска» подробно объясняется в этой статье.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ «Множественный таблично-волновой синтез» (Хорнер, Бошан и Хакен, 1993), разработанный Майклом Макнаббом и Вольфгангом Палмом в конце 1970-х годов, представляет собой всего лишь один из методов, используемых для реализации динамически изменяющихся форм сигналов с использованием массива одноцикловых сигналов. в синтезе табличного поиска. С помощью этой техники синтеза форму сигнала можно анимировать аналогично раскладывающейся книге .

Рекомендации

  1. ^ Краб, Саймон (26 декабря 2013 г.). «МУЗЫКА N», Макс Вернон Мэтьюз, США, 1957». 120 лет электронной музыки . Проверено 26 мая 2022 г.
  2. ^ Выборка методов компьютерного исполнения музыки Хэла Чемберлина, Byte, сентябрь 1977 г.
  3. ^ Палм 2009.
  4. ^ Аб Андресен 1979.
  5. ^ аб Смит III, Юлиус О. «Точки зрения на историю цифрового синтеза: таксономия методов цифрового синтеза». Стэнфорд, Калифорния: Стэнфордский университет . Проверено 24 февраля 2015 г.
  6. ^ Аб Макнабб, Майкл. «Песня снов: Композиция» (PDF) . Компьютерный музыкальный журнал . 5 (4) . Проверено 24 февраля 2015 г.
  7. ^ Бристоу-Джонсон 1996.
  8. ^ «Карты Sound Blaster ISA — информация и устранение неполадок» . Творческая поддержка по всему миру . Архивировано из оригинала 2 февраля 2012 г.
  9. ^ "Волновой синтез". ВикиАудио . 05.04.2018.
  10. ^ «Новая волна: углубленный взгляд на волновую таблицу Live 10» . Эйблетон . 29 ноября 2017 г.
  11. ^ Нельсон, Джон Кристофер (2000). «2. Понимание и использование процедур GEN Csound». Книга Csound . Кембридж, Массачусетс, США: MIT Press . стр. 65–97. ISBN 0-262-52261-6.« Csound использует таблицы поиска для таких разнообразных музыкальных приложений, как синтез волновых таблиц, формирование волн, сопоставление номеров MIDI-нот и хранение упорядоченных наборов классов высоты тона. Эти функциональные таблицы (f-таблицы) содержат все: от периодических сигналов до произвольных полиномов и случайно сгенерированных значений. конкретные данные создаются с помощью функций генератора f-таблиц Csound или процедур GEN ... » .
  12. ^ Дороги 1996, с. 87, «Введение в цифровой синтез звука», « В этой главе описываются фундаментальные методы производства цифрового звука. После краткого исторического обзора мы представляем теорию синтеза с поиском по таблицам — основу большинства алгоритмов синтеза. ... »
  13. ^ Дороги 1996, с. 125, Сэмпловый синтез, «Техника изменения высоты звука , используемая в синтезе с поиском по волновой таблице, описанном в главе 3 ».
  14. ^ Аллес, Х.Г .; Джуньо, Пепино ди (ноябрь 1977 г.). «Однокарточный 64-канальный цифровой синтезатор». Компьютерный музыкальный журнал . 1 (4): 7–9. JSTOR  40731292. Отсчеты в таблице формы волны ...", "РИСУНОК 1...16 K×14 BIT WAVETABLE
  15. ^ abc Пакетт, Миллер (2002). «Макс в семнадцать» (перепечатка) . Компьютерный музыкальный журнал . 26 (4): 31–43. дои : 10.1162/014892602320991356.
    Например , таблично-волновой генератор, показанный на рис. 1, впервые появился в книге Мэтьюза Music II (в двух, а не в одиннадцати) в конце 1950-х годов . Music II была лишь одной из длинной последовательности программ MUSIC N, но идея волновой таблицы синтез оказал повсеместное влияние на всю компьютерную музыкальную дисциплину » .
  16. ^ Буланже, Ричард ; Лаццарини, Виктор , ред. (22 октября 2010 г.). «3.2.3 Генераторы табличного поиска». Книга по аудиопрограммированию . Предисловие Макса Мэтьюза . МТИ Пресс. п. 335–336. ISBN 978-0-262-28860-6. В этом разделе мы познакомимся с методом поиска по таблице для генерации сигналов. Этот метод также называется синтезом волновых таблиц ... / Синтез волновых таблиц — это метод, основанный на чтении данных, которые хранятся в блоках смежных ячеек компьютерной памяти , называемых таблицами . Этот метод синтеза звука был одним из самых первых методов программного синтеза, представленных в языках MUSIC I-MUSIC V, разработанных Максом Мэтьюзом в Bell Labs в конце 1950-х - начале 1960-х годов. ... / При синтезе с поиском по таблице достаточно вычислить только один цикл сигнала, а затем сохранить этот небольшой набор выборок в таблице, где он служит шаблоном. ... »
    Примечание : в предыдущей цитате авторы перефразировали название раздела «осцилляторы табличного поиска» следующим образом: «метод табличного поиска», «волновой табличный синтез» и «табличный синтез».
  17. ^ Хоскен, Дэн (2012). «Осциллятор». Музыкальные технологии и проектная студия: синтез и сэмплирование . Рутледж. п. 72–73. ISBN 978-1-136-64435-1. Генератор генерирует цикл некоторой формы сигнала соответствующее количество раз в секунду для желаемой основной частоты. Это называется по-разному: синтезом фиксированной формы сигнала, синтезом с поиском по таблице или синтезом волновой таблицы.
  18. ^ Cullen & Howell 2006, « Отвечает участник SOS Стив Хауэлл: Синтез волновых таблиц на самом деле довольно прост для понимания. На заре синтеза (аналоговые) генераторы обеспечивали ограниченный диапазон форм сигналов, таких как синусоидальная, треугольная, пилообразная и квадратная / импульс, обычно выбираемый поворотным переключателем. Это давало пользователю удивительно широкий диапазон основных звуков для игры, особенно когда различные формы сигналов комбинировались различными способами
    (доступна версия HTML) .
  19. ^ ab Заявка США 5212334, Джулиус О. Смит III , «Цифровая обработка сигналов с использованием закрытых волноводных сетей», опубликованная 18 мая 1993 г., передана корпорации Yamaha . (См. также статью в Википедии «Цифровой синтез волноводов» : « Термин « синтез цифровых волноводов » был придуман Джулиусом О. Смитом III, который помог разработать его и в конечном итоге подал патент. Он представляет собой расширение алгоритма Карплюса – Стронга . Стэнфордскому университету принадлежит патентные права на синтез цифровых волноводов и подписал в 1989 году соглашение о разработке технологии с Yamaha ») . 
  20. ^ Карплюс, Кевин ; Стронг, Алекс (лето 1983 г.). «Цифровой синтез тембров щипковых струн и барабанов» (PDF) . Компьютерный музыкальный журнал . 7 (2): 45–55. дои : 10.2307/3680062. JSTOR  3680062. Синтез волновых таблиц. Одним из стандартных методов синтеза является алгоритм синтеза волновых таблиц . ... Техника таблично-волнового синтеза очень проста, но довольно скучна в музыкальном плане, поскольку производит чисто периодические тона. ... Все алгоритмы, описанные в этой статье, создают изменение звука путем изменения самой волновой таблицы .
  21. ^ Аб Хорнер, Эндрю; Бошан, Джеймс; Хакен, Липпольд (1993). «Методы множественного таблично-волнового синтеза тонов музыкальных инструментов» (PDF) . Дж. Аудио англ. Соц . 41 (5) (опубликовано в мае 1993 г.): 336–356. Множественный таблично-волновой синтез , предмет этой статьи, основан на сумме фиксированных сигналов или периодических базисных функций с меняющимися во времени весами .
  22. ^ Cullen & Howell 2006, « Однако в конце 70-х Вольфганг Палм использовал цифровые генераторы с табличными волнами в своих инновационных синтезаторах PPG Wave. Вместо трех или четырех форм сигналов табличный генератор может иметь гораздо больше - скажем, 64 — потому что они создаются в цифровом виде и сохраняются в «справочной таблице»… Теперь, если формы сигналов разумно расположены, мы можем начать создавать гармонические движения в звуке… вы приближаетесь к чему-то похожему на традиционный фильтр. мести. ... "
  23. ^ Шайрер, Эрик Д. (MIT Media Lab); Рэй, Ли (Объединенный центр E-Mu/Creative Technology) (1998). «Алгоритмический и волновой синтез в мультимедийном стандарте MPEG-4». 105-й съезд Общества аудиоинженеров (AES) (Сан-Франциско, Калифорния) . CiteSeerX 10.1.1.35.2773 . 2.2 Синтез волновых таблиц с помощью SASBF: Формат банка волновых таблиц SASBF имел довольно сложную историю развития. Исходная спецификация была предоставлена ​​E-Mu Systems и основана на их формате SoundFont [15]. После завершения интеграции этого компонента в эталонное программное обеспечение MPEG-4 Ассоциация производителей MIDI (MMA) обратилась к MPEG с просьбой обеспечить совместимость MPEG-4 SASBF с их форматом «Загруженные звуки» [13]. E-Mu согласился, что такая совместимость желательна, и поэтому новый формат был согласован и разработан совместно всеми сторонами. 
  24. ^ «1.4 Интеграция AC '97 в систему» ​​(PDF) . Спецификация компонентов AC '97, версия 2.3, версия 1.0 . Корпорация Интел. Апрель 2002. с. 11. Рис. 2. Схема системы AC '97: цифровой контроллер AC '97 / дополнительное аппаратное ускорение / SRC*, микс*, 3D-позиционирование*, таблично-волновой синтезатор *
  25. ^ Cullen & Howell 2006, « С тех пор в других синтезаторах использовался таблично- волновой синтез в той или иной форме, и сегодня доступно несколько программных синтезаторов, которые включают в себя возможности таблично-волнового синтеза » . Palm, известный как «множественный волновой синтез», неоднозначно называют «волновым синтезом».

Библиография

Внешние ссылки