Синтез фазовых искажений

фазовых искажений ( PD ) Синтез — это метод синтеза, представленный в 1984 году компанией Casio в линейке синтезаторов CZ . В общих чертах он похож на синтез фазовой модуляции , поддерживаемый корпорацией Yamaha (под названием частотная модуляция ), в том смысле, что оба метода динамически изменяют гармоническое содержание несущей формы сигнала за счет влияния другой формы сигнала (модулятора) во времени. домен. Однако применение и результаты этих двух методов весьма различны.

Casio создала пять различных синтезаторов , используя свою оригинальную концепцию синтеза PD (с вариациями). Более поздний метод синтеза VZ-1 и компании « Интерактивное фазовое искажение» гораздо больше похож на вышеупомянутую фазовую модуляцию, чем на прямую эволюцию фазового искажения; см. ниже.

Генерация гармонического контента

В реализации PD Casio использовались генераторы, генерируемые модулятором и несущими, синхронизированные друг с другом за цикл. Модуляторы представляли собой различные угловые волны, которые могли «искажать» синус несущей, придавая ему другие формы, в некоторой степени производные от огибающей «DCW». При этом на выходе возникло множество гармоник. Поскольку модуляторы были богаты содержанием гармоник, они могли создавать более линейные спектры, то есть более похожие на традиционные субтрактивные спектры, чем синтез фазовой модуляции (PM/FM) Yamaha. ФМ не требует синхронизации генератора, но долгое время ограничивался синусоидальными волнами, а это означало, что выходные спектры несли нелинейный признак функций Бесселя . PD — это другой тип PM, чьи очень разные модуляторы вызвали значительную разницу в работе и звуке между PD и PM. Таким образом, эти два понятия не эквивалентны напрямую.

Все фазовые преобразования собираются из кусочно-линейных функций под управлением двоичной логики и демонстрируют характерные резкие изломы (а для некоторых преобразований даже внезапные скачки) при движении от минимума к максимуму, где аккумулятор частотомера разворачивается и начинает заново. Острые изломы сглаживаются округлостью модулированной синусоидальной волны и не слишком заметны в результирующем сигнале.

Моделирование резонансного фильтра

Синтезаторы CZ не только более способны генерировать традиционные линейные спектры, но и могут имитировать развертку резонансного фильтра. Это было сделано с использованием синусоидальных волн на резонансной частоте, синхронизированных и обработанных методом окна на основной частоте. Частотами можно управлять, но не величиной резонанса.

Рисунок 19 из патентной заявки USPTO серии CZ, показывающий, как устранить внезапные скачки в схеме переменного резонанса (здесь показано второй гармоники ). появление

На рисунке 19 из патента серии CZ 1985 года показано, как имитировать переменный резонанс, обнаруженный в аналоговых фильтрах, управляемых напряжением :

• ( a ) Счетчик базовой частоты, охватывающий каждый период.
• ( б ) Счетчик резонансной частоты работает на несколько более высокой частоте и сбрасывается ( или «синхронизируется» ) при переключении основного счетчика.
• ( c ) Счетчик резонансной частоты, используемый для считывания синусоидальной волны. Обратите внимание на внезапный скачок при сбросе, который вызывает значительные искажения.
• ( d ) Инвертированный счетчик основной частоты.
• ( e ) Умножение c на d . Внезапный скачок c теперь выровнен.

Подводя итог другими словами: резонанс — это форма цифровой жесткой синхронизации , состоящая из синусоидальной волны на резонансной частоте, амплитуда которой огибается и жестко синхронизируется с оконной функцией на основной частоте. Оконная функция может принимать различные формы, в том числе пилообразную и треугольную, определяя тем самым «базальный» спектр, на который накладывается резонансный эффект. Поскольку амплитуда всех доступных оконных функций заканчивается на нуле, это устраняет резкие разрывы в синхронизированной синусоидальной волне, что является хорошо известным способом уменьшения наложения спектров при цифровой синхронизации. Однако некоторое сглаживание все еще присутствует из-за разрывов в производных функции. . Таким образом, эффекты развертки фильтра генерируются так же, как и эффекты синхронизации: путем модуляции частоты резонанса (огибающей DCW) тембр изменяется, добавляя и вычитая гармоники в/из выбранного основного спектра вокруг выбранной резонансной частоты.

Сравнение с другими типами синтеза

Как указано выше, фазовое искажение широко применяет аналогичные математические концепции к фазовой модуляции синтезу , но их реализация и результаты не эквивалентны. В то время как PM – впервые разработанный Джоном Чоунингом и коммерчески используемый Yamaha – использует колебательный модулятор, который может иметь свой собственный период, PD применяет угловой модулятор из прямолинейных сегментов, жестко синхронизированных с тем же периодом, что и соответствующая несущая, т.е. модулируя каждый цикл. одинаково. PM/FM создает спектры, полученные из функции Бесселя , если они не линеаризованы с помощью обратной связи, тогда как PD дает более линейные спектры. Это проявляется в репутации синтезаторов PD как более простых для создания традиционных субтрактивных звуков, например тех, которые обычно ассоциируются с аналоговыми синтезаторами, которые характеризуются линейными спектрами. Эти факты показывают, что, хотя широкая концепция – изменение фазы – одна и та же, реализация и результаты сильно различаются.

Собственный более поздний движок Casio под названием Interactive Phase Distortion (iPD) , который использовался в их синтезаторах VZ (VZ-1, VZ-10M и VZ-8M; первые два также были переименованы Hohner в HS-2, соответственно HS-2). E), на самом деле очень мало похоже на «настоящий» БП, вместо этого он основан на своеобразном типе ПМ. В iPD несколько генераторов объединяются в различные настраиваемые маршруты (аналогично «алгоритмам» Yamaha) и могут модулировать друг друга с помощью PM или кольцевой модуляции (последняя недоступна в системе Yamaha). Возможности Casio по объединению и маршрутизации генераторов более гибкие, чем у Yamaha. Например, VZ10-M способен использовать 90 уникальных комбинаций генераторов и модуляций по сравнению с 32 алгоритмами DX7. Кроме того, генераторы VZ-10M предлагают 8 различных форм сигналов, что позволяет генерировать более сложный звук, чем DX7, который использует только синусоидальные волны.

Синтезаторы, использующие фазовые искажения

• Серия синтезаторов Casio CZ (включая CZ-101, CZ-230, CZ-1000, CZ-3000, CZ-5000, CZ-1)
• CZ V — Arturia. эмуляция серии Casio CZ от

Внешние ссылки

• US4658691 - Электронный музыкальный инструмент (Масанори Исибаши, Casio Computer Co Ltd, Priority, 17 октября 1982 г.)
• US4479411 - Устройство генерации тонального сигнала электронных музыкальных инструментов (Масанори Исибаши, Casio Computer Co Ltd, приоритет от 22 декабря 1981 г.)
• Синтезатор виртуальных фазовых искажений. Архивировано 10 января 2007 г. на Wayback Machine.
• pdhalf — Canonical Csound Справочное руководство . « Опкод pdhalf предназначен для эмуляции «классического» метода синтеза фазовых искажений синтезаторов Casio серии CZ середины 1980-х годов.»