Аудио синтезатор с непрекъсната вълнова форма

Не съм сигурен, че не усложнявате прекалено много. Ако разбирам правилно, всичко, което правите с вашето копче за непрекъсната вълнова форма, е ефективно смесване на различни количества от 3-те вълнови форми. Така че, просто генерирайте всичките 3 вълнови форми през цялото време, след което ги сумирайте заедно с различни печалби според комбинацията от вълнови форми, които сте описали.

За синтез на вълнова форма с ограничен диапазон, за да избегнете псевдонимите, вероятно ще намерите повечето от това, от което се нуждаете тук.

Надявам се това да помогне.

Ето отговор за B (Може ли проблемът с псевдонимите да бъде разрешен просто чрез свързване на нискочестотен филтър към изхода?), който засяга някои от другите точки.

За съжаление, отговорът е „не“. Псевдонимите се причиняват от наличието на хармонични честоти над честотата на Найкуист (т.е. половината от честотата на дискретизация). Ако тези хармоници присъстват във формата на вълната на вашия осцилатор, филтрирането не може да помогне. (Подходящо агресивно филтриране ще унищожи характера на вълните, които сте генерирали.) Свръхсемплирането (друг отговор споменава това) може, но е скъпо.

За да избегнете това, трябва да генерирате вълнови форми с „ограничена лента“. Тоест вълнови форми, които нямат хармоници над някаква избрана стойност ‹ Найкуист. Правенето на това е нетривиално. Тази статия тук си заслужава да бъде прочетена. Има два установени практически подхода за решаване на този проблем: BLITs (Band Limited Impulse Train) и MinBLEPs. И двата подхода се опитват да изгладят генериращите хармоници прекъсвания чрез вмъкване на „неща“ в подходящи точки във формата на вълната.

Имайки това предвид, вашите възможности започват да се свиват. Вероятно най-добрият компромис между лекота и звук би бил генерирането на серия от вълнови таблици с ограничен диапазон. Все пак ще трябва да проучите някаква форма на антиалиасинг, за да се справите с интерполираните вълни.

iDevice ARM е доста способен да прави DSP в реално време. Общи съвети: пишете стегнат код, използвайте вградени функции и избягвайте разделяне. Вашият цикъл за рендиране ще бъде извикан 44 100 пъти в секунда, така че, докато кодът ви завърши в рамките на 1/44100 сек (0,023 ms), няма да имате проблеми. На практика трябва да можете да стартирате няколко осцилатора едновременно без никакви проблеми. Наличието на всички тези музикални приложения в магазина за приложения е свидетелство за това.

STK е страхотна интро библиотека. (Книгата на Пери Кук „Аудио синтез в реално време за интерактивни приложения“ също е добра основа и си заслужава да бъде прочетена.) STK обаче нарочно не е оптимизиран и не съм сигурен колко добре би се поддал на генерирането на вашите „непрекъснати“ вълнови форми . kvraudio.com и musicdsp.org трябва да е в списъка ви за четене.

Преобразуването на Фурие е линейно, така че като вземем FFT на напр. квадратни и трионни вълни и линейно кръстосване на всеки хармоник и след това връщане обратно във времевия домейн, или чрез iFFT, или чрез сумиране на синусите, трябва да даде точно същия изход като простото кръстосване на трион и квадратни сигнали директно. Не съм сигурен дали това е, което искахте да направите, но ако е, няма нужда да правите FFT или да изчислявате междинни таблици.

Разбира се, има много други начини за плавно „избледняване“ между вълновите форми – можете да използвате фазово изкривяване, например, с крива на изкривяване, състояща се от линейни сегменти, които премествате от позиции, които генерират квадрат, до позиции, които генерират трион. Това вероятно е много трудно да се приложи по начин, който по своята същност е ограничен в честотната лента.

Псевдонимите на практика често могат да бъдат решени чрез свръхсемплиране и филтриране или просто филтриране. Използването на техники с ограничена лента е по-добро, тъй като псевдонимът винаги ще причини известен шум, но често можете да го филтрирате достатъчно ниско, за да бъде нечуваем, което е важното за аудио синтеза.

О. Чел съм, че техника номер 1 изисква много процесор и не е наистина осъществима. Това важи ли за ARM процесори като този на iPad?

Това прави един прост проблем сложен (игра на думи). Accelerate.framework предоставя оптимизирани варианти на тези функции (fwiw), но все още усложнява прост проблем. Като обща бележка: изчисленията с плаваща запетая на устройствата са бавни. Внедряването с плаваща запетая може да компрометира значително вашата програма. Това вероятно ще доведе до значително компрометиране на характеристиките, полифонията или качеството. Без да знаете изискванията, е трудно да се каже дали бихте могли да минете с изчисления с плаваща запетая.

Б. Каквато и техника да избера в крайна сметка, може ли проблемът с псевдонимите да бъде разрешен просто чрез свързване на нискочестотен филтър към изхода на осцилатора?

Това няма да работи за сигнали, генерирани във времевия домейн, освен ако не превишите семплирането.

В. Всяко друго предложение за това как да се приложи такъв осцилатор?

виж отдолу

Г. Някакви предложения кой C++ инструментариум да използвам? Гледах STK от CCRMA, но не знам дали има други по-подходящи библиотеки.

STK е по-скоро инструмент за обучение, отколкото инструментариум, предназначен за вградени синтезатори. Съществуват по-подходящи реализации.

Вариант 1. Измислете функция, която заема позицията на копчето и изчислява спектъра на действителния сигнал (масив от амплитуди и честоти) и след това използвайте куп синусоидални функции и блок за сумиране, за да реализирате изходния сигнал.

Вариант 2. Подобен на 1. но приложете обратно преобразуване на Фурие вместо синусите и сбора (ОК, на този етап не съм сигурен дали всъщност са едно и също нещо.)

Това е относително бавно на настолни компютри.

Вариант 4. Започнете с 2 зъбни вълни (те съдържат както четни, така и нечетни хармоници), обърнете едната и ги сумирайте и контролирайте амплитудата на всяка една от тях с копчето. Вълновите форми нямаше да бъдат

Можете да направите това доста ефективно (напр. с BLIT) за генериране без псевдоним. Въпреки това, BLIT е ограничен до шепа вълнови форми (можете да го използвате за Saw и Square). Можете да погледнете назад в историята и да попитате Как са решили този проблем в хардуерните и софтуерните синтезатори, прибл. 2000. Това беше едно от решенията. Друг беше:

Опция 3. Генериране на таблица с вълнови форми за всяка възможна позиция на копчето и използване на техника за синтез на вълнова таблица за генериране на изходния сигнал.

Имайки предвид възможностите на устройството, бих препоръчал int реализация на това или BLIT.

Масата е лесна за обработка и внедряване и осигурява добър звук и резултати на процесора. Освен това е много конфигурируем за компромиси CPU/Memory/Quality.

Ако искате свободен псевдоним (или близък), изберете BLIT (или роднина на). Причината е, че ще ви е необходима добра част от паметта и добро количество свръхсемплиране за минимално или никакво звуково псевдоним с вълнови таблици.

Изпълнение:

Има множество BLIT (и фамилни) реализации онлайн.

Ето една салфетка за драскане на маси:

enum { WF_Sine, WF_Saw, WF_Square, WF_COUNT };
enum { TableSize = SomePowerOfTwo };

struct sc_waveform {
    uint32_t at[TableSize];
};

enum { NPitches = Something };

sc_waveform oscs[WF_COUNT][NPitches];

При инициализация използвайте адитивен синтез, за ​​да попълните oscs.

По време на възпроизвеждане използвайте едно от следните:

• интерполация и свръхсемплиране за четене от таблиците
• или добро количество свръхсемплиране на сигнала и след това понижаване (което е ефективно за процесора).

За справка: бих преценил, че линейната интерполация на таблица, която е изразходвала безотговорно количество памет (като се има предвид наличното количество) без свръхсемплиране, трябва да поддържа вашите честоти на псевдонима на или под -40 dB, ако не звуково овлажняване на най-високите части и сте изобразили на 44,1kHz. Това е наивен подход на груба сила! Можете да се справите по-добре с малко допълнителна работа.

И накрая, трябва също да намерите подходяща информация, ако потърсите в Google Vector Synthesis -- това, което описвате, е негова примитивна форма.