stringtranslate.com

Синтез волновой таблицы

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

Разработка

Синтез волновых таблиц был изобретен Максом Мэтьюзом в 1958 году как часть MUSIC II . MUSIC II «имел четырехголосную полифонию и был способен генерировать шестнадцать волновых форм посредством введения волнового генератора». [1]

Хэл Чемберлин обсуждал синтез волновых таблиц в выпуске Byte за сентябрь 1977 года. [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 эта техника использовалась в качестве основного метода синтеза в синтезаторах, созданных PPG и Waldorf Music , а также в качестве вспомогательного метода синтеза Ensoniq и Access . В настоящее время она используется в аппаратных синтезаторах от Waldorf Music и в программных синтезаторах для ПК и планшетов, включая приложения, предлагаемые PPG и Waldorf, среди прочих.

Его также независимо разработал Майкл Макнабб, который использовал его в своей композиции Dreamsong 1978 года . [5] [6]

Принцип

Синтез волновой таблицы в своей основе основан на периодическом воспроизведении нескольких произвольных одноцикловых волновых форм . [7] В синтезе волновой таблицы используется некоторый метод для изменения или модуляции выбранной волновой формы в волновой таблице. Положение в волновой таблице выбирает одноцикловую волновую форму. Цифровая интерполяция между соседними волновыми формами позволяет динамически и плавно изменять тембр производимого тона. Разверткой 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 , используя ряд прямоугольных волн с различными рабочими циклами . Таким образом, когда волновая таблица прокручивается, рабочий цикл импульсной волны будет казаться изменяющимся с течением времени. Поскольку ранние волновые таблицы синтезаторов Ensoniq имели нерезонансные фильтры (синтезаторы волн PPG использовали аналоговые резонансные фильтры Кертиса), некоторые волновые таблицы содержали высокорезонансные формы волн, чтобы преодолеть это ограничение фильтров.

В 1992 году с появлением Creative Labs Sound Blaster 16 термин "wavetable" [8] начал (неправильно) применяться в качестве маркетингового термина для их звуковой карты. Однако эти звуковые карты не использовали никакую форму синтеза wavetable, [9] а вместо этого использовали сэмплы PCM и синтез FM .

S&S (Sample and Synthesis) и цифровой волновой синтез были основными методами синтеза звука, используемыми цифровыми синтезаторами, начиная с середины 1980-х годов, в таких синтезаторах, как Sequential Circuits Prophet VS, Korg DW6000/8000 (DW означает Digital Wave), Roland D50 и Korg M1, а также в современных синтезаторах.

Ableton прокомментировал некоторые недоразумения в статье: [10]

Подождите, так разве это не просто сэмплированный синтез? Давайте сделаем паузу, чтобы разобраться с распространенной путаницей. В то время как сэмплированный синтез подразумевает использование статического цифрового сэмпла, таблично-волновой синтез допускает (опциональную) эволюцию формы волны; то есть, в то время как таблично-волновые синтезаторы могут звучать как сэмплированный синтез, опция эволюции (которая включена по умолчанию для большинства классических таблично-волновых звуков) отличает его.

Зачастую теперь они оснащены дисплеями, на которых в реальном времени отображаются 3D-графики воспроизводимой волновой таблицы с выделенной текущей формой волны, что является характерной особенностью современных синтезаторов с волновой таблицей.

Пользовательские волновые таблицы

Создание новых волновых таблиц ранее было сложным процессом, если не поддерживалось специализированными средствами редактирования и (почти) воспроизведением отредактированных волновых таблиц на синтезаторе в реальном времени. 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 вычисленные волновые таблицы можно было добавлять с помощью карт памяти или отправлять на синтезатор через MIDI. Сегодня волновые таблицы можно проще создавать с помощью программного обеспечения и прослушивать непосредственно на компьютере. Поскольку все формы волн, используемые в синтезе волновых таблиц, являются периодическими, представление во временной области и представление в частотной области являются точными эквивалентами друг друга, и оба могут использоваться одновременно для определения форм волн и волновых таблиц.

Практическое использование

Во время воспроизведения воспроизводимый звук может быть гармонически изменен путем перемещения в другую точку волновой таблицы, обычно под управлением генератора огибающей или низкочастотного осциллятора , но часто любым количеством модуляторов (матричная модуляция). Это изменяет гармоническое содержимое выходной волны в реальном времени, производя звуки, которые могут имитировать акустические инструменты или быть полностью абстрактными, в чем этот метод создания звука и преуспевает. Эта техника особенно полезна для развития синтезаторных пэдов , где звук медленно меняется с течением времени.

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

Синтез табличного поиска

Синтез табличного поиска [12] (или синтез табличного поиска [13] ) (Roads 1996) — это класс методов синтеза звука, использующих таблицы волновых форм с помощью табличного поиска , называемый техникой «генератор табличного поиска». Длина волновых форм или образцов может варьироваться каждым методом синтеза звука, от одного цикла до нескольких минут.

Терминология

Термин « таблица формы волны » (или « таблица формы волны » как эквивалент) часто сокращается до «wavetable» [14] , а его производный термин « генератор таблицы волн » [15] кажется почти таким же, как « генератор таблицы поиска », упомянутый выше, хотя слово «волна» (или «форма волны», «форма волны»), возможно, может подразумевать нюанс одноцикловой формы волны.

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

(1) Синтез волновой таблицы [15]
Его первоначальное значение по сути то же самое, что и « синтез таблицы поиска », [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 Карплуса–Стронга [20] представляет собой простой класс « алгоритмов модификации волновой таблицы », известных как синтез цифрового волновода . [19]
(3) Синтез множественных 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 с поиском по таблице [примечание 1] , которое обычно использовалось в PPG Wave и было известно как волновая развертка . [22] Позже, в 1993 году , это было названо « множественным волновым табличным синтезом ». [21]
(4) Синтез на основе образцов
В то же время, с конца 1970-х годов, синтез на основе сэмплов , использующий относительно длинные сэмплы вместо одноцикловых сигналов, стал широко распространенным благодаря появлению Fairlight CMI и E-mu Emulator .

Фон

Что касается четырех вышеприведенных терминологий для классов методов синтеза звука — то есть (1) синтез таблиц волн , (2) алгоритм модификации таблиц волн , (3) синтез нескольких таблиц волн и (4) синтез на основе сэмплов — если бы они были надлежащим образом использованы для различения друг друга, можно было бы избежать любых путаниц, но, похоже, исторически это не удалось. Не позднее 1990-х годов несколько влиятельных продуктов синтеза на основе сэмплов были проданы под торговыми наименованиями , похожими на «синтез таблиц волн» (включая плату таблиц волн Gravis Ultrasound , дочернюю плату таблиц волн Creative Wave Blaster и Microsoft GS Wavetable SW Synth ), и эти путаницы еще больше повлияли на отраслевые стандарты (включая алгоритмический и табличный синтез структурированного звука MPEG-4 [23] и опциональный синтезатор таблиц волн AC97 с аппаратным ускорением [24] ). В середине 2000-х годов путаница в терминологии возникла снова. Подкласс обобщенного таблично-волнового синтеза, т. е. множественный таблично-волновой синтез Макнабба и Палма, ошибочно рассматривается как обобщенный класс целого семейства таблично-волнового синтеза, исключительно. [25]

В результате, сложность поддержания согласованности между концепциями и терминологией в ходе быстрого технологического развития заслуживает внимания. По этой причине термин «Синтез таблиц-поиска» подробно объясняется в этой статье.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ "Множественный таблично-волновой синтез" (Horner, Beauchamp & Haken 1993), разработанный Майклом Макнаббом и Вольфгангом Палмом в конце 1970-х годов, является всего лишь одним из методов, используемых для реализации динамически изменяющихся волновых форм с использованием массива одноцикловых волновых форм в таблично-поисковом синтезе. С помощью этого метода синтеза волновая форма может быть анимирована аналогично переворачивающейся книге .

Ссылки

  1. ^ Краб, Саймон (2013-12-26). "'MUSIC N', Макс Вернон Мэтьюз, США, 1957". 120 лет электронной музыки . Получено 2022-05-26 .
  2. ↑ Примеры методов компьютерного исполнения музыки, Хэл Чемберлин, Byte, сентябрь 1977 г.
  3. ↑ Пальма 2009.
  4. ^ ab Андресен 1979.
  5. ^ ab Smith III, Julius O. "Взгляды на историю цифрового синтеза: таксономия методов цифрового синтеза". Стэнфорд, Калифорния: Стэнфордский университет . Получено 24 февраля 2015 г.
  6. ^ ab McNabb, Michael. "Dreamsong: The Composition" (PDF) . Computer Music Journal . 5 (4) . Получено 24 февраля 2015 г. .
  7. ^ Бристоу-Джонсон 1996.
  8. ^ "Sound Blaster ISA Cards - Информация и устранение неполадок". Creative Worldwide Support . Архивировано из оригинала 2012-02-02.
  9. ^ "Таблично-волновой синтез". WikiAudio . 2018-04-05.
  10. ^ "Новая волна: подробный взгляд на таблицу волн Live 10". Ableton . 29 ноября 2017 г.
  11. ^ Нельсон, Джон Кристофер (2000). "2. Понимание и использование GEN-процедур Csound". Книга Csound . Кембридж, Массачусетс, США: MIT Press . стр. 65–97. ISBN 0-262-52261-6." Csound использует таблицы поиска для разнообразных музыкальных приложений, таких как синтез волновых таблиц, формирование волн, отображение номеров нот MIDI и хранение упорядоченных наборов классов высоты тона. Эти таблицы функций (f-таблицы) содержат все: от периодических волновых форм до произвольных полиномов и случайно сгенерированных значений. Конкретные данные создаются с помощью подпрограмм генератора f-таблиц Csound или процедур GEN . ... "
  12. ^ Roads 1996, стр. 87, Введение в цифровой синтез звука, « В этой главе излагаются основные методы цифрового производства звука. После краткого исторического обзора мы представляем теорию синтеза с использованием табличного поиска — ядро ​​большинства алгоритмов синтеза. ... »
  13. ^ Roads 1996, стр. 125, Sampling Synthesis, «Техника изменения высоты тона ... вариации, используемая в синтезе с использованием таблицы волн, описанном в главе 3 ».
  14. ^ Аллес, Х. Г .; Джуньо, Пепино ди (ноябрь 1977 г.). "Однокарточный 64-канальный цифровой синтезатор". Computer Music Journal . 1 (4): 7–9. JSTOR  40731292. Образцы в таблице формы волны ...", "РИСУНОК 1 ... 16 К × 14 БИТ ВОЛНОВАЯ ТАБЛИЦА
  15. ^ abc Puckette, Miller (2002). "Макс в семнадцать" (переиздание) . Computer Music Journal . 26 (4): 31–43. doi :10.1162/014892602320991356.
    " Например, волновой генератор, используемый на рис. 1, впервые появился в Music II Мэтьюза (две, а не одиннадцать) в конце 1950-х годов . Music II была лишь одной из длинной череды программ MUSIC N, но идея волнового синтеза оказала всеобъемлющее влияние на всю дисциплину компьютерной музыки. "
  16. ^ Буланже, Ричард ; Лаццарини, Виктор , ред. (2010-10-22). "3.2.3 Генераторы табличного поиска". Книга по аудиопрограммированию . Предисловие Макса Мэтьюза . MIT Press. стр. 335–336. ISBN 978-0-262-28860-6. В этом разделе ... мы познакомимся с методом табличного поиска для генерации волновых форм. Этот метод также называется синтезом волновых таблиц ... / Синтез волновых таблиц - это метод, основанный на считывании данных, которые были сохранены в блоках смежных ячеек памяти компьютера , называемых таблицами . Этот метод синтеза звука был одним из самых первых методов программного синтеза, введенных в языки MUSIC I-MUSIC V, разработанные Максом Мэтьюзом в Bell Labs в конце 1950-х и начале 1960-х годов. ... / При синтезе табличного поиска достаточно вычислить только один цикл волновой формы, а затем сохранить этот небольшой набор сэмплов в таблице, где он служит шаблоном. ... "
    Примечание : в предыдущей цитате авторы перефразировали название раздела "генераторы табличного поиска" следующим образом: "метод табличного поиска", "синтез волновых таблиц" и "синтез табличного поиска".
  17. ^ Хоскен, Дэн (2012). «Осциллятор». Музыкальные технологии и проектная студия: синтез и сэмплирование . Routledge. стр. 72–73. ISBN 978-1-136-64435-1. Генератор генерирует цикл некоторой формы волны соответствующее количество раз в секунду для желаемой основной частоты. Это называется по-разному: синтез фиксированной формы волны, синтез таблицы поиска или синтез таблицы волн .
  18. ^ Cullen & Howell 2006, " Соавтор SOS Стив Хауэлл отвечает: Синтез волновых таблиц на самом деле довольно прост для понимания. На заре синтеза (аналоговые) осцилляторы обеспечивали ограниченный диапазон форм волн, таких как синусоидальная, треугольная, пилообразная и квадратная/импульсная, которые обычно выбирались с помощью поворотного переключателя. Это давало пользователю удивительно широкий диапазон основных звуков для игры, особенно когда различные формы волн 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., переданная корпорации Yamaha . (См. также статью в Википедии Цифровой волноводный синтез : « Термин « цифровой волноводный синтез » был придуман Джулиусом О. Смитом III , который помог разработать его и в конечном итоге подал патент. Он представляет собой расширение алгоритма Карплуса–Стронга . Патентные права на цифровой волноводный синтез принадлежат Стэнфордскому университету , и в 1989 году он подписал соглашение с Yamaha о разработке этой технологии» . ) 
  20. ^ Karplus, Kevin ; Strong, Alex (лето 1983 г.). "Цифровой синтез тембров щипковых струнных и барабанных инструментов" (PDF) . Computer Music Journal . 7 (2): 45–55. doi :10.2307/3680062. JSTOR  3680062. Синтез волновых таблиц: одним из стандартных методов синтеза является алгоритм синтеза волновых таблиц . ... Метод синтеза волновых таблиц очень прост, но довольно скучен с музыкальной точки зрения, поскольку он производит чисто периодические тоны. ... Все алгоритмы, описанные в этой статье, производят изменение звука путем изменения самой волновой таблицы .
  21. ^ ab Horner, Andrew; Beauchamp, James; Haken, Lippold (1993). "Методы многоволнового синтеза тонов музыкальных инструментов" (PDF) . J. Audio Eng. Soc . 41 (5) (опубликовано в мае 1993 г.): 336–356. Многоволновой синтез , предмет этой статьи, основан на сумме фиксированных форм волн или периодических базисных функций с изменяющимися во времени весами .
  22. ^ Каллен и Хауэлл 2006, « Однако в конце 70-х годов Вольфганг Пальм использовал цифровые осцилляторы «волновой таблицы» в своих инновационных синтезаторах PPG Wave. Вместо того чтобы иметь всего три или четыре формы волны, осциллятор волновой таблицы может иметь гораздо больше — скажем, 64 — поскольку они создаются в цифровом виде и хранятся в «таблице преобразования»... Теперь, если формы волны разумно организованы, мы можем начать создавать гармоническое движение в звуке. ... вы приближаетесь к чему-то, что мало чем отличается от традиционной развертки фильтра. ... »
  23. ^ Scheirer, Eric D. (MIT Media Lab); Ray, Lee (Joint E-Mu/Creative Technology Center) (1998). "Algorithmic and Wavetable Synthesis in the MPEG-4 Multimedia Standard". 105th Audio Engineering Society (AES) Convention (Сан-Франциско, Калифорния) . CiteSeerX 10.1.1.35.2773 . 2.2 Wavetable Synthesis with SASBF: Формат банка волновых таблиц SASBF имел довольно сложную историю развития. Первоначальная спецификация была предоставлена ​​E-Mu Systems и основывалась на их формате "SoundFont" [15]. После завершения интеграции этого компонента в справочное программное обеспечение MPEG-4 Ассоциация производителей MIDI (MMA) обратилась к MPEG с просьбой о совместимости MPEG-4 SASBF с их форматом "Downloaded Sounds" [13]. Компания E-Mu согласилась с тем, что такая совместимость желательна, поэтому новый формат был согласован и разработан совместно всеми сторонами. 
  24. ^ "1.4 Интеграция AC '97 в систему" (PDF) . Спецификация компонентов AC '97, редакция 2.3, версия 1.0 . Корпорация Intel. Апрель 2002 г. стр. 11. Рисунок 2. Схема системы AC '97: цифровой контроллер AC '97 / дополнительное аппаратное ускорение / SRC*, микширование*, 3D-позиционирование*, таблично-волновой синтезатор *
  25. ^ Каллен и Хауэлл 2006, « С тех пор и другие синтезаторы использовали таблично-волновой синтез в той или иной форме, и сегодня доступно несколько программных синтезаторов, включающих возможности таблично-волнового синтеза » .
    Примечание : Что касается предыдущей цитаты, то особый таблично-волновой синтез, разработанный Вольфгангом Пальмом, известный как «многотабличный синтез», неоднозначно именуется «таблично-волновым синтезом».

Библиография

Внешние ссылки