Síntesi de so analògic a l'ordinador: 10 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:18

Com el so d’aquests sintetitzadors analògics antics? Voleu jugar amb un al vostre temps, al vostre lloc, durant el temps que vulgueu, GRATIS? Aquí és on es fan realitat els teus somnis més salvatges de Moog. Podeu convertir-vos en un artista de gravació electrònica o simplement fer sons divertits i divertits per escoltar-los al vostre reproductor de mp3. Tot el que necessiteu és un ordinador! Tot es fa mitjançant la màgia d’un simulador de circuit lliure anomenat LTSpice. Ara sé que probablement dieu "Gee willikers, Tyler, no sé res sobre executar un simulador de circuit, que soni DUR!". No us preocupeu, Bunky! És fàcil i us donaré unes quantes plantilles per començar i modificar-les per fer els sorolls estranys que vulgueu. No esteu segur que val la pena l’esforç? Aquí teniu un enllaç a un fitxer de so llest per reproduir-lo (està format per "composition_1.asc" al pas 7 d'aquest 'ible) que podeu provar. El vaig convertir de.wav a mp3 per reduir el temps de descàrrega. https://www.rehorst.com/mrehorst/instructables/composition_1.mp3 Hi ha alguns baixos en el so, així que escolteu-los amb auriculars o bons altaveus. Si t’agrada el que veus, vota’m! Nota: He adjuntat fitxers esquemàtics per a LTSpice que podeu executar a l'ordinador, però per alguna raó quan proveu de descarregar-los, es canvien els noms i les extensions. El contingut dels fitxers sembla correcte, de manera que després de descarregar-los només heu de canviar els noms i les extensions i haurien de funcionar. Els noms i les extensions correctes es mostren a les icones que feu clic per baixar.

Pas 1: primer, primer

LTSpice és un programa de Windows, però no deixeu que això us desconcerti. Funciona bé sota Wine in Linux. Sospito que no hi ha problemes per executar-lo al client VMWare, al VirtualBox o a altres eines de virtualització sota Linux, i probablement també en Macs. Descarregueu una còpia de LTSpice per a Windows (uf!) Aquí: https://www.linear.com/ designtools / software / ltspice.jsp Instal·leu-lo. Què és LTSpice? És un simulador de circuits de domini temporal que tots els aficionats a l'electrònica haurien de saber utilitzar. No oferiré un tutorial detallat sobre el seu funcionament aquí, però sí que explicaré algunes coses que haureu de saber a mesura que avancem. Una paraula d’advertència: és fàcil produir freqüències massa baixes. o massa alt per escoltar-lo. Si feu això i conduïu els vostres altaveus cars amb un amplificador de gran potència, només podeu fer que els altaveus / amplificadors es converteixin en bits. SEMPRE mireu les formes d'ona abans de reproduir-les i tingueu cura de limitar el volum quan reproduïu un fitxer per primera vegada només per estar segur. Sempre és una bona idea reproduir els fitxers mitjançant auriculars barats a baix volum abans de provar els altaveus.

Pas 2: entrada

L’entrada al simulador es realitza en forma de diagrama esquemàtic. Seleccioneu els components, els col·loqueu a l’esquema i els connecteu. Un cop completat el circuit, expliqueu al simulador com voleu que simuli el circuit i quin tipus de sortida voleu. Mireu l’esquema anomenat resistors.asc. Veureu que hi ha un circuit que inclou una font de voltatge, un parell de resistències, un node de sortida etiquetat, una terra i una línia d’ordres de text. Vegem-ne cadascun. Ara és un bon moment per obrir el fitxer del circuit enllaçat a continuació. Terreny: aquest és el component MÉS CRÍTIC del vostre esquema. DEVEU tenir una terra connectada a almenys un punt del vostre circuit o obtindreu resultats molt estranys de les vostres simulacions. (o alguna cosa més complex), quin és el voltatge, la "resistència interna" de la font, etc. Podeu introduir aquests paràmetres fent clic dret amb el punter a la font. Tot el que realment necessiteu és la resistència a simulacions simples. Resistors: les resistències són força fàcils d’entendre. Simplement feu clic amb el botó dret per establir el valor de la resistència. Ignoreu qualsevol altre paràmetre que s’hi pugui amagar. Nodes d’entrada i sortida etiquetats: només noms per a nodes del circuit que siguin fàcils d’utilitzar. Utilitzeu noms com "sortida", "entrada", etc. La directiva de simulació: la sentència.tran explica al simulador com voleu que es simuli el circuit. Es tracta d’un simulador de domini temporal que significa que analitza el circuit en diferents moments del temps. Heu d’indicar-li quin ha de ser el pas de temps màxim i quant de temps s’ha de dur a terme la simulació en “temps de circuit”, no en temps real. Si indiqueu al simulador que funcioni durant 10 segons de temps de circuit i configureu el pas de temps màxim a 0,001 segons, analitzarà el circuit almenys 10 000 vegades (10 segons / 0,001 segon) i s’aturarà., la tensió a cada node del circuit i les corrents d’entrada i sortida de cada node es calcularan i s’estalviaran en cada pas de temps. Tota aquesta informació estarà disponible per representar-se en una pantalla com una pantalla d'oscil·loscopi (temps de l'eix horitzontal, tensió o corrent a l'eix vertical. També podeu enviar la sortida a un fitxer d'àudio.wav que podeu reproduir en un ordinador, gravar-lo en un CD o convertir-lo en mp3 per reproduir-lo al reproductor de mp3. Més informació més endavant …

Pas 3: sortida

La sortida pot ser un gràfic de tensió vs temps, tensió vs tensió, etc., o un fitxer de text que consta d’un munt de tensions o corrents a cada pas de temps, o un fitxer d’àudio.wav que utilitzarem molt descarregueu i obriu el fitxer "resistors.asc". Feu clic al símbol de l'home petit que corre (part superior esquerra de la pantalla) i el circuit hauria de funcionar. Ara feu clic a l'etiqueta "OUT" del circuit. Veureu el voltatge etiquetat com a "sortida" a la sortida gràfica al llarg d'un eix horitzontal que representa el temps. Aquesta és la tensió mesurada en relació a terra (per això necessiteu almenys una terra a cada circuit!). Aquests són els fonaments. Proveu de canviar un dels valors de la resistència o el voltatge i, a continuació, torneu a executar la simulació i comproveu què passa amb el voltatge de sortida. Ara ja sabeu com executar un simulador de circuits. Fàcil, no?

Pas 4: Ara hi ha so

Obriu el circuit anomenat "dizzy.asc". Aquest és un estrany fabricant de soroll que utilitza un modulador i un parell de fonts de voltatge per produir un fitxer d’àudio de qualitat CD (16 bits, 44,1 ksps, 2 canals) amb el qual es pot reproduir. El component del modulador és en realitat un oscil·lador. La freqüència i l'amplitud es poden ajustar com un VCO i un VCA en un sintetitzador analògic real. La forma d'ona sempre és sinusoïdal, però hi ha maneres d'alterar-la, més endavant. Els límits de freqüència els estableixen els paràmetres de marca i espai. La marca és la freqüència quan el voltatge d’entrada FM és 1V i l’espai és la freqüència quan el voltatge d’entrada FM és 0V. La freqüència de sortida és una funció lineal de la tensió d’entrada FM, de manera que la freqüència estarà a mig camí entre les freqüències de marca i espai quan la tensió d’entrada FM és de 0,5 V i serà de 2 vegades la freqüència de marca quan la tensió d’entrada de FM és de 2 V. el modulador també es pot modular en amplitud mitjançant el pin d'entrada AM. L’amplitud de sortida del modulador (oscil·lador) coincidirà amb la tensió aplicada a l’entrada de tensió AM. Si utilitzeu una font de corrent continu amb un voltatge d'1, l'amplitud de sortida serà d'1 V (això vol dir que oscil·larà entre -1 i +1 V). El modulador té dues sortides: sinus i cosinus. Les formes d'ona són exactament les mateixes, tret que estan desfasades a 90 graus. Això pot ser divertit per a aplicacions d’àudio estèreo. Hi ha una instrucció.tran que indica al simulador el pas màxim de temps i la durada de la simulació. En aquest cas, circuit-temps (temps total de simulació) = temps de fitxer d’àudio. Això vol dir que si executeu la simulació durant 10 segons, obtindreu un fitxer d’àudio de 10 segons de durada. La sentència.save s’utilitza per minimitzar la quantitat de dades que el simulador guardarà mentre executa la simulació. Normalment, estalvia els voltatges de cada node i els corrents dins i fora de cada component. Això pot sumar MOLTES dades si el vostre circuit es complica o feu una simulació llarga. Quan executeu la simulació, només heu de seleccionar un voltatge o corrent de la llista al quadre de diàleg i el fitxer de dades (.raw) serà petit i la simulació s’executarà a la velocitat màxima. Finalment, la sentència.wave indica al simulador que: creeu un fitxer d’àudio estèreo de qualitat CD (16 bits per mostra, 44,1 ksps, dos canals) posant la tensió a "OUTL" al canal esquerre i la tensió a "OUTR" al canal dret. El fitxer.wav consta de mostres de 16 bits. La sortida a escala completa del fitxer.wav (els 16 bits d'una mostra activada) es produeix quan el voltatge que es genera és exactament de +1 Volt o -1 Volt. El vostre circuit de sintetitzador s'hauria de configurar per generar voltatges no superiors a +/- 1V a cada canal, en cas contrari la sortida del fitxer.wav es "retallarà" sempre que la tensió superi els +1 o -1 V. un fitxer d’àudio que es mostra a 44,1 ksps, necessitem que el simulador simuli el circuit com a mínim 44, 100 vegades per segon, de manera que establim el pas de temps màxim a 1/44, 100 segons o uns 20 microsegons (nosaltres).

Pas 5: Altres tipus de fonts de tensió, Altres tipus de sons

Un sintetitzador analògic necessita una font de soroll aleatori. Podeu generar soroll mitjançant una "font de tensió conductual" (bv) i activar-lo i apagar-lo mitjançant un "commutador de tensió controlada" (sw). L'ús del component bv per generar soroll implica definir el voltatge en funció d'una fórmula. La fórmula per generar soroll és la següent: V = blanc (temps * X) * Y La funció blanca crea una tensió aleatòria entre -0,5 i +0,5 V utilitzant el valor de temps actual com a llavor. Si configureu Y a 2, es produirà un oscil·lació de +/- 1V. L'ajust de X entre 1, 000 (1e3) i 100, 000 (1e5) afecta l'espectre del soroll i canvia el so. L'interruptor controlat per tensió també necessita establir alguns paràmetres en una instrucció.model. Podeu utilitzar diversos commutadors controlats per voltatge i diverses declaracions de models per fer que cadascun es comporti de manera diferent si voleu. Heu de dir al simulador les resistències "on" i "off" i la tensió llindar en què commuta. Vh és "tensió d'histèresi". Establiu-lo a un valor positiu com ara 0,4 V i no hi haurà sons de clic quan l’interruptor s’obre i es tanca. >>> Actualització: aquí teniu una manera encara més senzilla de fer una font de soroll tancada: només multipliqueu la tensió de soroll per una pulsació font: vegeu easy_gated_noise.asc, a continuació.

Pas 6: Campanes, tambors, plats, cordes arrencades

Campanes, tambors, plats i cordes arrencades són percussives. Tenen un temps de pujada relativament ràpid i un temps de desintegració exponencial. Són fàcils de crear mitjançant fonts de tensió conductual i sinusoïdal combinades amb alguns circuits simples. Mireu l'esquema "bell_drum_cymbal_string.asc". Les fonts de tensió polsada amb la resistència, el condensador i el díode creen les formes d'ona de pujada ràpida i exponencial necessàries. Aquests voltatges de sortida modulen les sortides de fonts de comportament configurades com a fonts de soroll aleatori o d'ona sinusoïdal. Quan la tensió de la font pulsada augmenta, carrega ràpidament el condensador. El condensador es descarrega a través de la resistència. El díode evita que la font de tensió descarregui el condensador quan la tensió de la font està a zero. Els valors de resistència més grans augmenten el temps de descàrrega. Podeu especificar el temps de pujada de la font polsada: el plater és una font nise amb un temps de pujada molt ràpid. El tambor també és una font de soroll que funciona amb una freqüència més baixa i té un temps de pujada més lent. La campana i la corda utilitzen fonts d'ona sinusoïdal que també són modulades per fonts pulsades. La campana funciona a una freqüència més alta i té un temps de pujada més ràpid que la corda. Executeu la simulació i escolteu el resultat. Tingueu en compte que el tambor apareix a tots dos canals, mentre que la resta de sons són al canal dret o esquerre. Les dues resistències de la sortida del tambor s’encarreguen d’introduir el so als dos canals.

Pas 7: ajuntar-ho tot

D'acord, ara heu vist com fer alguns sons i com donar forma als sobres i modular-los en freqüència. Ara és el moment de reunir algunes fonts diferents en un sol esquema i generar quelcom interessant per escoltar. Com aconsegueix que aquesta font de soroll entri a la composició als 33 segons? Com s’activa la campana que toca als 16 segons, després l’apaga i l’encén de nou als 42 segons? Una manera és utilitzar una font de tensió conductual per fer el so desitjat i després activar-la i apagar-la multiplicant la tensió generadora de so per una altra tensió que activa i desactiva el so, com es va fer a bell_drum_cymbal_string.asc. Podeu fer el mateix tipus de coses per esvair i suprimir sons. La idea aquí és configurar sons repetitius i, a continuació, utilitzar fonts addicionals per afegir aquests sons a la vostra composició en els moments desitjats multiplicant les seves tensions per les tensions sonores. Podeu incloure tantes tensions a la sortida de so final com vulgueu, només continueu multiplicant-les (igual que les lògiques "i") juntes. En iniciar els sons alhora, es mantindran sincronitzats perfectament durant tota la composició, de manera que no arribaran mai tard ni tard a la música. Mireu composition_1.asc. Hi ha dues campanes, una a cada canal. Les tensions pulse_bell funcionen al llarg de la simulació, però els sons només apareixen a la sortida quan V (bell_r) i V (bell_l) no són iguals a 0.

Pas 8: Rampa exponencial

Actualització 7/10: desplaceu-vos fins a la part inferior Aquí hi ha un circuit que genera una rampa exponencial aplicada a un parell de fonts de soroll. V1 i V2 generen rampes lineals que comencen a 0 i augmenten a X volts (canal esquerre) i Y volts (canal dret) en els períodes prd_l i prd_r. B1 i B3 utilitzen una fórmula per convertir les rampes lineals en rampes exponencials amb amplituds màximes d’1V. B2 i B4 generen sorolls aleatoris modulats en l'amplitud per les rampes exponencials i pels paràmetres amp_l i amp_r (controls de nivell simples). He adjuntat un fitxer mp3 generat per aquest circuit perquè pugueu escoltar com sona. Probablement haureu de canviar el nom del fitxer perquè es reprodueixi. X i Y estableixen els límits de tensió de les rampes lineals. Finalment, les rampes d'ambdós canals es redueixen a 1V, però configurant X i Y podeu controlar la pendent de la rampa exponencial. Un nombre petit com 1 dóna una rampa gairebé lineal i un gran nombre com 10 dóna una rampa exponencial molt pronunciada. Els períodes de rampa s’estableixen mitjançant els paràmetres prd_l i prd_r. El temps de pujada de la rampa lineal s’estableix en el valor prd_l o prd_r menys 5 ms i el temps de caiguda en 5 ms. El llarg temps de caiguda impedeix fer clic al final de cada rampa, ja que l’amplitud torna a zero. Tingueu en compte que el valor de soroll aleatori del canal dret utilitza una "llavor" diferent del canal esquerre. Això manté el soroll de cada canal aleatori i diferent del canal oposat. Si feu servir la mateixa llavor, al mateix temps obtindreu el mateix valor aleatori i el so acabarà al centre en lloc de ser percebut com a dues fonts diferents, una a cada canal. Aquest podria ser un efecte interessant per jugar amb … Actualització: observeu que la forma d'ona va de 0V a algun valor positiu. És millor que la tensió oscil·li entre valors positius i negatius iguals. Vaig tornar a treballar l’esquema per fer-ho, però va augmentar la complexitat de l’equació que defineix una mica la forma d’ona. Baixeu-vos exponential_ramp_noise.asc (recordeu que el servidor Instructables canviarà el nom i l'extensió quan el deseu).

Pas 9: Rampa exponencial aplicada a una ona sinusoïdal

Aquesta pàgina mostra com utilitzar la rampa exponencial del pas anterior per modular una font de sinus (en realitat, sinus i cosinus). La font de tensió conductual s’utilitza per convertir una rampa lineal en una rampa exponencial que condueix l’entrada FM en un component modulate 2. L’amplitud es modula tant per una rampa exponencial ràpida com per una ona sinusoïdal lenta. Escolteu el fitxer de mostra: sona bastant estrany.

Pas 10: suggeriments

1) Podeu variar el temps total de simulació: mantingueu-lo breu mentre jugueu amb components i, quan obtingueu el so que vulgueu, configureu el simulador perquè funcioni durant 30 minuts (1800 segons) o el temps que vulgueu. Podeu copiar circuits d'una pàgina a una altra i fer subcircuits perquè pugueu connectar petits mòduls de circuits junts, com utilitzar una placa de connexió en un sintetitzador real. Si manteniu el pas màxim de temps fins a 20, obtindreu una sortida "neta" perquè el simulador tindrà dades disponibles per a cada nova mostra. Si utilitzeu un pas de temps més petit, la simulació serà lenta i probablement no tindrà cap efecte sobre el so. Si utilitzeu un pas de temps més llarg, és possible que escolteu alguns pseudònims que us agradin o no. mida del fitxer.raw petit. Si no feu una selecció, es guardaran TOTS els voltatges i corrents i el fitxer.raw serà MOLT gran. 4) Proveu d’utilitzar freqüències molt baixes per modular freqüències més altes. combineu sortides d'algunes fonts de baixa freqüència amb algunes fonts d'alta freqüència per fer que les coses siguin interessants. 7) utilitzeu una font de tensió polsada per modular un seno o una altra font per proporcionar ritme.) utilitzeu expressions matemàtiques per definir la sortida d’una font de tensió conductual Diverteix-te!