Ямаха ОПЛ

Серия OPL разработанное (FM Оператор Type-L) — семейство звуковых чипов, компанией Yamaha . Серия OPL представляет собой недорогие звуковые чипы, обеспечивающие FM-синтез для использования в компьютерных, музыкальных и видеоигровых приложениях.

Серия микросхем OPL позволила создать доступные звуковые карты для IBM PC-совместимых устройств, таких как AdLib и Sound Blaster , став стандартом де-факто, пока с « волновым синтезом в начале-середине 1990-х годов они не были вытеснены картами ».

Внутренняя операция

Внутренняя работа чипов полностью цифровая. Каждый FM-тон генерируется цифровым генератором с использованием формы прямого цифрового синтеза . и Низкочастотный генератор генератор огибающей заставляют FM-оператор выдавать выходной сигнал с плавающей запятой для ЦАП. Декапсуляция чипов показывает две справочные таблицы: одну для расчета экспоненты, а другую для логарифмического синуса. ^[1] Это позволяет оператору FM рассчитывать свой выход без каких-либо множителей, используя формулу $\exp[\log \sin[\varphi _{2}+\exp[\log \sin[\varphi _{1}]+A_{1}]]+A_{2}]$ и две справочные таблицы на 256 записей. Обе таблицы хранятся в виде пар значений, округленных до ближайшего целого числа, причем второе значение представляет собой разницу между ним и первым значением.

Четверть логарифмически преобразованного синусоидального сигнала сохраняется в виде выборочной аппроксимации в (ПЗУ) объемом 256 слов таблице постоянного запоминающего устройства , вычисляемой с помощью $256\times -\log _{2}\left(\sin \left({\frac {(x+0.5)\times \pi }{512}}\right)\right)$ для значений от 0 до 255. Остальная часть синусоидального сигнала экстраполируется на основе его свойства симметрии. Масштабирование выходного сигнала генератора до желаемого объема обычно осуществляется путем умножения, но YM3526 избегает умножения, работая с сигналами с логарифмическим преобразованием , что сводит умножение к более дешевым с точки зрения вычислений сложениям. ^[2]

Другое ПЗУ на 256 слов хранит экспоненциальную функцию в виде справочной таблицы, используемой для преобразования сигнала логарифмической шкалы обратно в линейную шкалу, когда это необходимо, в качестве финального этапа, на котором выходные сигналы генератора суммируются (непосредственно перед выходной шиной ЦАП). , при этом сигнал модулятора всегда задерживается на одну выборку перед сигналом несущей. ^[3] Эта таблица рассчитывается по $\left({\frac {2^{x}}{256}}-1\right)\times 1024$ добавляется 1024 для значений от 0 до 255. Для вычисления показателя степени к значению по индексу, заданному младшим значащим байтом входных данных, ; это становится мантиссой, а оставшиеся входные биты становятся экспонентой выходного числа с плавающей запятой.

Фишки в серии

ЛОП

YM3526 . , представленный в 1984 году, был первым в семействе OPL, предоставляющим девятиканальный синтезатор с двумя операторами Очень близким чипом является Y8950 , или MSX-AUDIO , который использовался в качестве расширения MSX . По сути, это YM3526 с возможностью записи и воспроизведения ADPCM .

Схема имеет 244 различных регистра только для записи . Он может воспроизводить 9 каналов звука, каждый из которых состоит из двух генераторов, или 6 каналов с 5 доступными ударными инструментами. Каждый генератор может генерировать синусоидальные волны и имеет собственный генератор огибающей ADSR . Его основным методом синтеза является синтез частотной модуляции , осуществляемый посредством фазовой модуляции фазы генераторов одного канала выходным сигналом другого.

Выходной сигнал YM3526, представляющий собой последовательность чисел с плавающей запятой , синхронизированную с частотой дискретизации примерно 49716 Гц, отправляется на отдельный чип цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) YM3014B.

Обзор регистров канала:

Для всего канала:

Основная частота (10 бит)
Октава (3 бита)
Примечание вкл./выкл.
Режим синтеза (FM или просто аддитивный)
Обратная связь (0–7, модулятор модулирует сам себя)

Для каждого из двух осцилляторов:

Умножение частоты (можно установить на 1 ⁄ 2 , от 1 до 10, 12 или 15)
Форма волны (синусоидальная)
Объем (0–63, логарифмический)
Атака, затухание, сустейн, релиз (по 4 бита, логарифмические)
Тремоло (вкл. или выкл.)
Вибрато (вкл. или выкл.)
Сустейн (вкл. или выкл.)
Масштабирование конверта для каждой клавиши (вкл. или выкл.)
Масштабирование громкости для каждой клавиши (0–3)

Есть также несколько параметров, которые можно установить для всего чипа:

Глубина вибрато
Глубина тремоло
Режим перкуссии (использует 3 канала для воспроизведения 5 звуков перкуссии)
Режим композитного синуса (см. Синхронизация генератора )

ОПЛ2

Аудио-образец музыки, написанной и воспроизведенной на YM3812.

В 1985 году Yamaha создала YM3812 , также известную как OPL2 . Он обратно совместим с YM3526. Еще один родственный чип — YM2413 (OPLL), представляющий собой урезанную версию.

Среди недавно добавленных функций — возможность выбирать между четырьмя формами сигналов для каждого отдельного генератора путем установки регистра. В дополнение к исходной синусоидальной волне можно создать три модифицированные формы волны: полусинусоидальные волны (где отрицательная часть синуса приглушена), абсолютные синусоидальные волны (где отрицательная часть инвертируется) и псевдопилообразные волны ( четверть синуса поднимается вверх только с тихими участками между ними). Этот странный способ создания сигналов придает YM3812 характерный звук. ^[5]

Ограниченный двухоператорным FM-синтезом, чип не способен точно воспроизводить тембры реальных инструментов и ударные звуки. Мелодическая полифония ограничена девятью голосами в мелодическом режиме и шестью голосами в ударном режиме. ^[6]^{: 27.14–17.16}

Имея небольшую конкуренцию на рынке на момент появления Adlib и Sound Blaster , этот чип стал де-факто стандартом для звуковых карт, совместимых с Sound Blaster. ^[6]^: 27.14

Yamaha YM3812 (чип OPL2)
Creative Labs и другие компании часто скрывали оригинальные этикетки Yamaha.
Yamaha YM3812-F SMD (чип OPL2 для поверхностного монтажа)
Декапсулированный YM3812, показывающий кристалла. поверхность

YM3812 используется с внешним чипом ЦАП YM3014B для вывода звука в аналоговой форме, как в YM3526.

ОПЛ3

Модернизированная версия OPL2, YMF262 (также известная как OPL3 ), была выпущена в 1990 году. ^[7] Он усовершенствовал набор функций YM3812, используя четырехоператорный FM-синтез, который производит более гармонически богатый звук, аналогичный современным потребительским синтезаторным клавиатурам, таким как Yamaha DX100 . ^[6]^: 27.16

Yamaha YMF262 (чип OPL3, год выпуска 1994)
Декапсулированный YMF262, показывающий поверхность кристалла.

Были добавлены следующие функции: ^[8]

в два раза больше каналов (18 вместо 9)
простое стерео (крайнее левое, центральное или резкое правое)
4-канальный звуковой выход
4 новые формы сигналов (переменный синусоидальный, «верблюжий» синусоидальный, прямоугольный и логарифмический пилообразный)
Режим 4 операторов, объединение 2 каналов вместе для создания до шести голосов 4 операторов FM
уменьшена задержка при доступе к регистру хоста (у OPL2 были гораздо более длительные задержки доступа к вводу-выводу)
небольшие различия в справочной таблице синусоидального сигнала и генераторе огибающей по сравнению с YM3812 (например, форма сигнала модулятора на YM3812 задерживается на одну выборку, тогда как сигналы несущей и модулятора на OPL3 правильно синхронизированы) ^[3]

В YMF262 также удалена поддержка малоиспользуемого режима CSM (режим композитного синуса), представленного в YM3812 и YM3526. ^[3]

Режим FM-синтеза YMF262 можно настроить различными способами: ^[6]^{: 27.16–27.18}^[8]

В базовом режиме предусмотрено 18 двухоператорских FM-каналов.
Одна настройка, общая с остальной частью линейки OPL, преобразует 3 FM-канала в 5-канальный набор перкуссии.
Другая настройка, представленная в этом чипе, позволяет объединить 12 каналов в шесть каналов с четырьмя операторами. Это заменяет полифонию более сложным формированием звука.
Эти две настройки, указанные выше, можно использовать отдельно или вместе, в результате чего получается четыре режима:
- 18 2-х операторских каналов
- 15 каналов по 2 оператора + 5 каналов барабанов (настройка барабанов включена)
- 6 каналов для 2 операторов + 6 каналов для 4 операторов (настройка 4 оператора включена)
- 3 канала по 2 оператора + 6 каналов по 4 оператора + 5 каналов ударных (обе настройки включены)

Как и его предшественники, OPL3 выводит звук в форме цифрового ввода-вывода, для чего требуется внешний чип ЦАП, такой как YAC512.

YMF262 использовался в обновленных версиях Sound Blaster Pro , Sound Blaster 16 , AdLib Gold , Media Vision от картах Pro AudioSpectrum и Microsoft от картах Windows Sound System . ^[4]^: 45 Конкурирующие производители звуковых чипов (такие как ESS, ^[9] ОПТи, ^[10] Кристалл ^[11] и другие) разработали свои собственные аудиочипы, совместимые с OPL3, с разной степенью соответствия оригинальному OPL3.

Ямаха YMF289

Сравнение выходов FM-звуковых чипов Yamaha YMF262 и YMF289. 0:00 — это YMF262, а начиная с 0:31 — YMF289.

В 1995 году Yamaha также выпустила полностью совместимый маломощный вариант YMF262 под названием YMF289 (OPL3-L), предназначенный для звуковых карт PCMCIA и портативных компьютеров. ^[12] Он использовался в некоторых звуковых картах Sound Blaster 16 производства Creative Technology . YMF289B работает в паре с сопутствующим чипом ЦАП с плавающей запятой YAC513 или YAC516.

YMF289 полностью совместим с регистрами и сохраняет набор функций YMF262, но с рядом отличий: ^[12]

Поддерживает работу при напряжении 5 или 3,3 В.
Регистры могут считываться или записываться центральным процессором, тогда как в YMF262 они доступны только для записи.
Выходная частота дискретизации 44 100 Гц (44,1 кГц).
Добавлен режим пониженного энергопотребления.
Несколько меньший общий объем, включая ЦАП, по сравнению с полной реализацией YMF262.
Входная тактовая частота 33,868 МГц по сравнению с входной тактовой частотой 14,32 МГц, используемой для YMF262.
Внутренний линейный интерполятор.

Yamaha YMF289B и сопутствующий ЦАП YAC516

ЭСС ЕСФМ

Выход ESFM в режиме совместимости с Legacy/OPL3 демонстрирует некоторые ощутимые различия в способе синтеза некоторых звуков.

ESS Technology Производная версия, разработанная , получившая название ESFM , представляет собой усовершенствованный OPL3-совместимый клон с 72 операторами, включающий два режима работы: собственный режим и устаревший режим, который контролирует его набор функций и поведение. ^[9] В собственном режиме ESFM позволяет отображать 18 FM-голосов для четырех операторов, каждый с индивидуальной регулировкой частоты и глубиной LFO. ^[13] потенциально позволяющий значительно увеличить сложность генерируемых тонов. Драйверы для Windows 9x содержат собственные исправления инструментов, использующие этот расширенный режим. И наоборот, режим Legacy обеспечивает полную обратную совместимость с YMF262 от Yamaha. ^[9] Выход ESFM в этом режиме в целом соответствует YMF262, но некоторые тона воспроизводятся совершенно по-другому, что приводит к уникальным искажениям звука и музыки в некоторых играх.

ESFM доступен в звуковых чипах ESS, начиная с ES1688 AudioDrive на базе ISA и заканчивая ES1946 Solo-1E на базе PCI, тогда как более ранние чипы требовали внешнего чипа FM-синтезатора (обычно Yamaha YMF262). Звуковые чипы серии ESS Maestro на базе PCI основаны на программной реализации FM-синтеза, в которой отсутствуют специальные функции ESFM.

ES1869F — один из нескольких звуковых чипов, разработанных ESS, в которых реализована уникальная функция ESFM.

ОПЛ3-СА, ДС-XG, ОПЛ4

Более поздние аудиоконтроллеры Yamaha для ПК, в том числе YMF278 ( OPL4 ), однокристальные Yamaha YMF718/719S и семейство PCI YMF724/74x, включали блок синтеза FM YMF262 для обратной совместимости с устаревшим программным обеспечением. См. YMF7xx для получения дополнительной информации.

Чипсет Yamaha OPL YMF715B-S

Продукты серии OPL

YM3526 особенно использовался в расширении Commodore 64 , Sound Expander , а также в нескольких аркадных играх , таких как Terra Cresta и Bubble Bobble . Модифицированная версия YM3526 со звуком ADPCM, известная как Y8950 (MSX-AUDIO), использовалась в компьютере MSX в качестве дополнительного расширения.

YM3812 широко использовался в IBM PC, на базе звуковых картах таких как AdLib , Sound Blaster и Pro AudioSpectrum (8 бит) . ^[14] а также несколько аркадных игр Nichibutsu , Toaplan и других.

YM2413 использовался в расширении FM Sound Unit для Sega Mark III и японской модели Sega Master System , а также в стандарте MSX-MUSIC, который был выпущен как в виде отдельных карт расширения (например, Panasonic FM-PAC), так и в виде отдельных карт расширения. встроен в несколько компьютеров MSX2+ и MSX TurboR.

YMF262 использовался во многих звуковых картах на базе IBM PC , сначала с популярным Sound Blaster Pro 2 в 1991 году, а затем с Sound Blaster 16 ASP в 1992 году, а также с Pro AudioSpectrum (16 бит). ^[14] Более поздние модели серий Sound Blaster 16 и Sound Blaster AWE интегрировали OPL3 с другими чипами, при этом Creative Labs использовала чип-клон OPL3, CQM, интегрированный с другими чипами в более поздних моделях конца 1995 года. ^[15] Он также используется в нескольких аркадных играх от Tecmo и других.

YMF278 использовался в карте Moonsound для MSX, а также в карте SoundEdge от Yamaha для совместимых с IBM PC.

Синтезаторы

Синтезаторы, использующие YM3812: ^[16]

Yamaha PSR-11 49 клавиш 16 звуков (1986)
Yamaha PSR-12 49 клавиш 32 звука (1987)
Yamaha PSR-21, 49 клавиш, 16 звуков, 2 ступенчатых слайдера (1986)
Yamaha PSR-22, 49 клавиш, 32 звука, 2 ступенчатых слайдера (1987)
Yamaha PSR-31 61 клавиша 16 звуков, дополнительный чип YM3301 ^[17] для барабанов (1986)
Yamaha PSR-32 61 клавиша 32 звука, дополнительный чип YM3301 ^[17] для барабанов (1987)
Yamaha PSS-360 49 мини-клавиш, 21 звук, 5 ступенчатых слайдеров, недорогая моно-версия PSS-460 (1986)
Yamaha PSS-460 49 мини-клавиш, 21 звук, 5 ступенчатых слайдеров (1986)
Yamaha PSS-470 49 мини-клавиш, 21 звук, 5 ступенчатых слайдеров (1987)
Yamaha PSS-560 49 мини-клавиш, 21 звук, 5 ступенчатых слайдеров, дополнительный чип YM3301 ^[17] для барабанов (1986)
Yamaha PSS-570 49 мини-клавиш, 21 звук, 5 ступенчатых слайдеров, дополнительный чип YM3301 ^[17] для барабанов (1987)

Синтезаторы, использующие YM2413 (YM3812 со сниженной стоимостью): ^[16]

Yamaha PSR-6 49 клавиш 100 звуков (1994)
Yamaha PSS-140 37 мини-клавиш 100 звуков (1988 г.); PSS-140 фактически использует YM2420, слегка модифицированный вариант YM2413 с другими регистрами. ^[18]
Yamaha PSS-170 44 мини-клавиши 100 звуков (1986)
Yamaha PSS-270 49 мини-клавиш 100 звуков (1986)

Варианты и производные

Реализация с открытым исходным кодом OPL3 была написана в SystemVerilog и адаптирована для FPGA в 2015 году. ^[19]

См. также

Ссылки

^ «Adlib/OPL2/YM3812 – iki.fi/o» . 11 января 2009 г.
^ «OPLx декапсулирован» . Гугл Документы .
^ Jump up to: ^а ^б ^с "Данные" . dev.kewl.org . Проверено 7 октября 2021 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Лейнекер, Ричард С. (1994). Создание шума: создание звуков на вашем компьютере . Нью-Йорк: Книги M&T. ISBN 1558513868 .
^ Санглар, Фабьен (2019). «3.6.2. Музыка» . Игровой движок Black Book: Wolfenstein 3D . Мастера программного обеспечения. п. 95.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Киз, Джессика (1997). Лучший мультимедийный справочник . Нью-Йорк: МакГроу Хилл. ISBN 978-0-07-034530-0 .
^ «Эмулятор Nuked OPL3» . ВОГОНЫ . Проверено 9 февраля 2024 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Техническое описание YMF262» (PDF) . www.fit.vutbr.cz . Архивировано из оригинала (PDF) 20 мая 2003 г. Проверено 7 октября 2021 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с «Руководство» (PDF) . ftp.alsa-project.org . Проверено 7 октября 2021 г.
^ «Техническое описание 82C925(100QFP) в формате PDF — OPTi Technologies, Inc» . www.datasheets360.com .
^ «Архивная копия» (PDF) . gd.tuwien.ac.at . Архивировано из оригинала (PDF) 6 февраля 2018 года . Проверено 15 января 2022 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
^ Jump up to: ^а ^б «Информация» (PDF) . doc.chipfind.ru . Проверено 7 октября 2021 г.
^ "эсфм" . www.github.com.com . Проверено 7 июля 2020 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Звуковая карта Ad-Lib для параллельного порта» – через www.youtube.com.
^ «ПК-аудио для луддитов» . Flaterco.com .
^ Jump up to: ^а ^б «Знакомьтесь с малоизвестными клавиатурами Soundblaster» . «8-битный парень», Youtube . Проверено 19 августа 2015 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д «Эдвард Д-тек, чипы Yamaha, серия YM» . Эдвард Д-тек. Архивировано из оригинала 16 мая 2016 года . Проверено 25 января 2016 г.
^ «Yamaha PSS-140 — винтажная клавиатура, звучащая как карта Sound Blaster» . Музыка Прис, Youtube . Проверено 16 января 2024 г.
^ "opl3_fpga" . 28 сентября 2021 г. — через GitHub.

Внешние ссылки

http://www.oplx.com/ Информация о программировании серии OPL
MIDIbox FM — самодельный синтезатор на базе YMF262.
AdlibTracker.net Adlib Tracker II (YMF262-Трекер)
RAD Reality Adlib (YMF262-Трекер) Трекер
Эмулятор YMF262 с онлайн-плеером для музыки OPL3.
Декапсулированный OPLx (отчет по обратному проектированию)
OPL3_FPGA GitHub Реверс-инжиниринг OPL3 в FPGA
Анализ математики OPL3
Эмулятор Nuked-OPL3 YMF262

[1] «Adlib/OPL2/YM3812 – iki.fi/o» . 11 января 2009 г.

[2] «OPLx декапсулирован» . Гугл Документы .

[ymf262dotCref-3] Jump up to: ^а ^б ^с "Данные" . dev.kewl.org . Проверено 7 октября 2021 г.

[leinecker94-4] Jump up to: ^а ^б ^с Лейнекер, Ричард С. (1994). Создание шума: создание звуков на вашем компьютере . Нью-Йорк: Книги M&T. ISBN 1558513868 .

[5] Санглар, Фабьен (2019). «3.6.2. Музыка» . Игровой движок Black Book: Wolfenstein 3D . Мастера программного обеспечения. п. 95.

[keyes97-6] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Киз, Джессика (1997). Лучший мультимедийный справочник . Нью-Йорк: МакГроу Хилл. ISBN 978-0-07-034530-0 .

[OPL3reldate-7] «Эмулятор Nuked OPL3» . ВОГОНЫ . Проверено 9 февраля 2024 г.

[ymf262datasheetref-8] Jump up to: ^а ^б «Техническое описание YMF262» (PDF) . www.fit.vutbr.cz . Архивировано из оригинала (PDF) 20 мая 2003 г. Проверено 7 октября 2021 г.

[ESFMRef-9] Jump up to: ^а ^б ^с «Руководство» (PDF) . ftp.alsa-project.org . Проверено 7 октября 2021 г.

[OPTiFMRef-10] «Техническое описание 82C925(100QFP) в формате PDF — OPTi Technologies, Inc» . www.datasheets360.com .

[CrystalFMRef-11] «Архивная копия» (PDF) . gd.tuwien.ac.at . Архивировано из оригинала (PDF) 6 февраля 2018 года . Проверено 15 января 2022 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[YMF289Ref-12] Jump up to: ^а ^б «Информация» (PDF) . doc.chipfind.ru . Проверено 7 октября 2021 г.

[13] "эсфм" . www.github.com.com . Проверено 7 июля 2020 г.

[8bit-14] Jump up to: ^а ^б «Звуковая карта Ad-Lib для параллельного порта» – через www.youtube.com.

[15] «ПК-аудио для луддитов» . Flaterco.com .

[the8bitguy-16] Jump up to: ^а ^б «Знакомьтесь с малоизвестными клавиатурами Soundblaster» . «8-битный парень», Youtube . Проверено 19 августа 2015 г.

[dtech-17] Jump up to: ^а ^б ^с ^д «Эдвард Д-тек, чипы Yamaha, серия YM» . Эдвард Д-тек. Архивировано из оригинала 16 мая 2016 года . Проверено 25 января 2016 г.

[18] «Yamaha PSS-140 — винтажная клавиатура, звучащая как карта Sound Blaster» . Музыка Прис, Youtube . Проверено 16 января 2024 г.

[19] "opl3_fpga" . 28 сентября 2021 г. — через GitHub.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

v т и Звуковые Yamaha чипы
PSG	YM2149F (SSG,AY-3-8910 comp.)
OPL	YM3526 (OPL) YM2413 (OPLL) Y8950 (MSX-Audio) YM3812 (OPL2) YMF262 (OPL3) YMF289 (OPL3-L) YMF278 (OPL4)
OPN	YM2203 (OPN) YM2608 (OPNA) YM2610 (OPNB) YM2612 (OPN2) YM3438 (OPN2C) YMF288 (OPN3)
Misc	YM2151 (OPM) YM2164 (OPP) YM2154 (RYP4) YM2414 (OPZ) YMF292 (SCSP) YMF7xx (DS-1) YMZ280B (PCMD8) Yamaha SMAF (MA/YMU)
DSP	DSP-1