Синтез волновых таблиц
 | Эту статью , возможно, придется переписать, Википедии чтобы она соответствовала стандартам качества . ( январь 2023 г. ) |
Таблично-волновой синтез — это метод синтеза звука , используемый для создания квазипериодических сигналов, часто используемых при создании музыкальных тонов или нот .
Разработка
[ редактировать ]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 Byte за 1977 год. сентябрьском номере журнала [2] Вольфганг Пальм из Palm Products GmbH (PPG) разработал свою версию в конце 1970-х годов. [3] и опубликовал его в 1979 году. [4] С тех пор этот метод использовался в качестве основного метода синтеза в синтезаторах, созданных PPG и Waldorf Music, а также в качестве вспомогательного метода синтеза компаниями 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
[ редактировать ]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.
Путаница с синтезом на основе сэмплов (S&S) и синтезом цифровых волн
[ редактировать ]В 1992 году, с появлением Creative Labs Sound Blaster 16, появился термин «волновая таблица». [8] начали (неправильно) применять в качестве маркетингового термина к звуковой карте. Однако в этих звуковых картах не использовалась какая-либо форма синтеза волновых таблиц. [9] а скорее 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, волновой синтез допускает (необязательную) эволюцию формы сигнала; то есть, хотя таблично-волновые синтезаторы могут звучать как сэмплированный синтез, опция развития (которая включена по умолчанию для большинства классических таблично-волновых звуков) отличает его.
Часто у них теперь 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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]Во время воспроизведения производимый звук может быть гармонически изменен путем перемещения 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
[ редактировать ] | Возможно, этот раздел придется переписать, Википедии чтобы он соответствовал стандартам качества . ( август 2020 г. ) |
(на основе рисунка 2.1 по данным Нельсона, 2000 г. )
В Csound она называется f-table (таблица функций) и используется для различных целей, включая: синтез поиска по волновой таблице, формирование волны , отображение MIDI- нот и хранение упорядоченных наборов классов высоты тона . [11]
Синтез табличного поиска [12] (или синтез поиска по волновой таблице [13] ) ( Roads 1996 ) — это класс синтеза звука методов с использованием таблиц формы сигналов методом табличного поиска , называемый методом «генератора табличного поиска».Длина сигналов или сэмплов может варьироваться в зависимости от метода синтеза звука: от одного цикла до нескольких минут.
Терминология
[ редактировать ]Термин « таблица форм сигналов » (или « таблица форм сигналов » в качестве эквивалента) часто сокращается до «таблица сигналов». [14] и производный от него термин « таблично-волновой осциллятор ». [15] Кажется, это почти то же самое, что и « генератор табличного поиска », упомянутый выше, хотя слово «волна» (или «форма волны», «форма волны») может, возможно, подразумевать оттенок одноцикловой формы волны.
Однако производный термин « синтез волновой таблицы » кажется немного запутанным из-за более поздних разработок производного алгоритма.
- (1) Синтез волновых таблиц [15]
- Его первоначальный смысл, по сути, такой же, как « синтез поиска 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 Пальм [4] независимо разработал расширение нескольких волновых таблиц для синтеза поиска по таблицам [примечание 1] который обычно использовался в PPG Wave и известен как сканирование волновой таблицы . [22] назвали его « синтезом множественных волновых таблиц » Позже Хорнер, Бошан и Хакен (1993) . [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 E-mu эмулятора .
Фон
[ редактировать ]Приведенные выше четыре терминологии для классов методов синтеза звука, т.е. (1) синтез волновой таблицы , (2) алгоритм модификации волновой таблицы , (3) синтез нескольких волновых таблиц и (4) синтез на основе выборки — если бы они были правильно использованы для различения друг друга, любой путаницы можно было бы избежать, но исторически это, похоже, не удалось.Не позднее 1990-х годов несколько влиятельных продуктов синтеза на основе сэмплов продавались под торговыми марками, похожими на «таблично-волновой синтез» (включая Gravis Ultrasound карту волновых таблиц Creative Wave Blaster волновых таблиц , дочернюю плату и Microsoft GS Wavetable SW Synth ), и эта путаница еще больше повлияли на отраслевые стандарты (включая алгоритмический структурированный звук MPEG-4 и синтез волновых таблиц , [23] и AC97 с аппаратным ускорением дополнительный синтезатор волновой таблицы [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 будто это общий класс 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.
См. также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ «Множественный таблично-волновой синтез» ( Horner, Beauchamp & Haken 1993 ), разработанный Майклом Макнаббом и Вольфгангом Палмом в конце 1970-х годов, представляет собой всего лишь один из методов, используемых для реализации динамически изменяющихся сигналов путем использования массива одноцикловых сигналов в табличный синтез. С помощью этого метода синтеза форму сигнала можно анимировать аналогично раскладывающейся книге .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Краб, Саймон (26 декабря 2013 г.). « МУЗЫКА N», Макс Вернон Мэтьюз, США, 1957» . 120 лет электронной музыки . Проверено 26 мая 2022 г.
- ^ Выборка методов компьютерного исполнения музыки Хэла Чемберлина, Byte, сентябрь 1977 г.
- ^ Палм 2009 .
- ^ Перейти обратно: а б Андресен 1979 .
- ^ Перейти обратно: а б Смит III, Юлиус О. «Точки зрения на историю цифрового синтеза: таксономия методов цифрового синтеза» . Стэнфорд, Калифорния: Стэнфордский университет . Проверено 24 февраля 2015 г.
- ^ Перейти обратно: а б Макнабб, Майкл. «Песня снов: Композиция» (PDF) . Компьютерный музыкальный журнал . 5 (4) . Проверено 24 февраля 2015 г.
- ^ Бристоу-Джонсон 1996 .
- ^ «Карты Sound Blaster ISA — информация и устранение неполадок» . Творческая поддержка по всему миру . Архивировано из оригинала 2 февраля 2012 г.
- ^ «Волновой синтез» . ВикиАудио . 05.04.2018.
- ^ «Новая волна: углубленный взгляд на волновую таблицу Live 10» . Эйблетон . 29 ноября 2017 г.
- ^ 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 . ... »
- ^ 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. ... »
- ^ Дороги 1996 , с. 125 , Сэмпловый синтез, « Техника изменения высоты звука, используемая в синтезе с поиском по волновой таблице, описанном в главе 3 ».
- ^ 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 К×14 БИТ WAVETABLE
- ^ Перейти обратно: а б с 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 «Музыке II» Мэтьюза (в двух, а не одиннадцати) в конце 1950-х годов . Музыка II была лишь одной из длинной последовательности программ MUSIC N, но идея таблично-волновой программы синтез оказал повсеместное влияние на всю компьютерную музыкальную дисциплину » . - ^ Буланже, Ришар ; 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 заголовок раздела «Осцилляторы табличного поиска» следующим образом: «метод табличного поиска», «волновой табличный синтез» и «табличный синтез». - ^ 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 волны, синтезом с поиском по таблице или синтезом волновой таблицы.
- ^ 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/ Импульсный, обычно выбираемый поворотным переключателем. Это давало пользователю удивительно широкий диапазон основных звуков для игры, особенно когда различные формы сигналов комбинировались различными способами .
( HTML- версия) доступна - ^ Перейти обратно: а б 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 . ») - ^ 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, производят изменение звука путем изменения самой волновой таблицы .
- ^ Перейти обратно: а б 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.
Синтез множественных волновых таблиц , предмет этой статьи, основан на сумме фиксированных сигналов или периодических базисных функций с меняющимися во времени весами .
- ^ 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. ... "
- ^ Шайрер, Эрик Д. (медиа-лаборатория Массачусетского технологического института); 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: SASBF Формат банка волновых таблиц 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.
- ^ «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*, микширование*, 3D-позиционирование*, таблично-волновой синтезатор *
- ^ Cullen & Howell 2006 , « С тех пор другие синтезаторы в той или иной форме использовали таблично-волновой синтез, и сегодня доступно несколько программных синтезаторов, которые включают в себя возможности таблично-волнового синтеза » .
Примечание . Что касается предыдущей цитаты, то особый волновой синтез, разработанный Вольфгангом Пальмом, известный как «множественный волновой синтез», неоднозначно упоминается как «волновой синтез».
Библиография
[ редактировать ]- Андресен, Уве (1979), Новый путь в синтезе звука , 62-я конвенция AES (Брюссель, Бельгия), Общество аудиоинженеров (AES)
- Бристоу-Джонсон, Роберт (1996), Wavetable Synthesis 101, Фундаментальная перспектива , 101-я конвенция AES (Лос-Анджелес, Калифорния), Общество аудиоинженеров (AES), копия на MusicDSP
- Каллен, Майкл; Хауэлл, Стив (февраль 2006 г.). «Вопрос: Можете ли вы объяснить происхождение волновых таблиц, S&S и векторного синтеза?» . Звук на звуке .
- Маунчли, Дж. Уильям; Шарпантье, Альберт Дж. (1987), Практические соображения при проектировании музыкальных систем с использованием СБИС , 5-я Международная конференция AES: Музыка и цифровые технологии, Общество аудиоинженеров (AES)
- Палм, Вольфганг (2009), История PPG, часть 4
- Руководство пользователя PPG Wave 2.2 (на английском языке) (PDF) , Palm Productions GmbH
- Дороги, Кертис (1996). Учебник по компьютерной музыке . МТИ Пресс. ISBN 978-0-262-68082-0 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Волновая плита» . Архивировано из оригинала 3 февраля 2014 года. Приложение GPL с графическим интерфейсом, написанное на C Камиллой Бассюэль, реализующее несколько инструментов DSP , включая DFT, для создания набора волновых таблиц.
- Герман Зейб (07 января 2011 г.). «PPG Wave 2.2/2.3/EVU Simulator» . ( плагин VSTi ) вместе с новыми Wavetables '08 от Вольфганга Палма и «Демо-версия WaveSim» . (автономная версия) работал с «Вэйтерм С» . Герман Зейб, Пол Мэддокс и Дэйв Форвард.