Syntéza analogového zvuku ve vašem počítači: 10 kroků (s obrázky)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-13 06:57

Jako zvuk těch starých analogových syntezátorů? Chcete si s jedním hrát ve svém vlastním čase, na svém místě, jak dlouho chcete, ZDARMA? Zde se splní vaše nejdivočejší moogské sny. Můžete se stát umělcem elektronické nahrávky nebo jen vydávat skvělé, hlučné zvuky, které můžete poslouchat ve svém mp3 přehrávači. Vše, co potřebujete, je počítač! Vše je provedeno pomocí kouzla simulátoru volného obvodu s názvem LTSpice. Teď vím, že pravděpodobně říkáte „Gee willikers, Tylere, nevím nic o spuštění simulátoru obvodu- to zní TVRDĚ!“. Neboj se, Bunky! Je to snadné a dám vám několik šablon, s nimiž můžete začít a upravit je tak, aby vydávaly jakékoli podivné zvuky, které chcete. Nejste si jisti, zda to stojí za tu námahu? Zde je odkaz na zvukový soubor připravený k přehrávání (je vytvořen z „composition_1.asc“v kroku 7 této možnosti), který můžete vyzkoušet. Převedl jsem to z.wav na mp3, abych zkrátil dobu stahování. https://www.rehorst.com/mrehorst/instructables/composition_1.mp3 Zvuk má nějaké nízké basy, takže poslouchejte se sluchátky nebo dobrými reproduktory. Pokud se vám líbí, co vidíte, hlasujte pro mě! Poznámka: Připojil jsem schematické soubory pro LTSpice, které můžete spustit na počítači, ale z nějakého důvodu se při pokusu o jejich stažení změní názvy a přípony. Obsah souborů vypadá OK, takže po stažení souborů stačí změnit názvy a přípony a měly by fungovat. Správné názvy a přípony jsou zobrazeny na ikonách, které kliknutím stáhnete.

Krok 1: Nejprve první věci

LTSpice je program pro Windows, ale nenechte se tím dostat dolů. Funguje dobře pod Wine v linuxu. Mám podezření, že s jeho spuštěním v klientu VMWare, VirtualBoxu nebo jiných virtualizačních nástrojích pod linuxem a pravděpodobně také na počítačích Mac nejsou žádné problémy. Stáhněte si kopii LTSpice pro Windows (ugh!) Zde: https://www.linear.com/ designtools/software/ltspice.jsp Nainstalujte si ho. Co je to LTSpice? Je to simulátor obvodu v časové oblasti, který by měl každý milovník elektroniky umět používat. Nebudu zde poskytovat podrobný návod, jak to funguje, ale vysvětlím několik věcí, které budete potřebovat vědět, jak postupujeme. Jedno varování- je možné snadno vytvářet příliš nízké frekvence nebo příliš vysoko, aby bylo slyšet. Pokud to uděláte a budete řídit své drahé reproduktory vysoce výkonným zesilovačem, můžete reproduktory/zesilovač jednoduše rozbít. VŽDY se podívejte na průběhy, než je přehrajete, a dávejte pozor, abyste omezili hlasitost při prvním přehrávání souboru, abyste byli v bezpečí. Před vyzkoušením reproduktorů je vždy dobré přehrávat soubory pomocí levných sluchátek při nízké hlasitosti.

Krok 2: Vstup

Vstup do simulátoru je ve formě schematického diagramu. Vyberete součásti, umístíte je na schéma a poté je spojíte dohromady. Jakmile je váš obvod dokončen, řekněte simulátoru, jak chcete, aby simuloval obvod a jaký druh výstupu chcete. Podívejte se na schéma s názvem rezistory.asc. Uvidíte obvod, který obsahuje zdroj napětí, dvojici rezistorů, označený výstupní uzel, uzemnění a textový příkazový řádek. Podívejme se na každý z nich. Nyní je vhodný čas na otevření níže uvedeného propojeného souboru obvodu. Země: Toto je NEJKRITICKĚJŠÍ komponenta ve vašem schématu. MUSÍTE mít uzemnění připojené alespoň k jednomu bodu ve vašem obvodu, nebo ze svých simulací získáte velmi podivné výsledky. Zdroj napětí: Pokud do obvodu zapojujete napětí, musíte mu říci, zda je střídavé nebo stejnosměrné (nebo něco složitějšího), jaké je napětí, „vnitřní odpor“zdroje atd. Tyto parametry můžete zadat kliknutím pravým tlačítkem na ukazatel na zdroji. Vše, co opravdu potřebujete, je odpor pro jednoduché simulace. Rezistory: Rezistory jsou docela snadno pochopitelné. Hodnotu odporu nastavíte kliknutím pravým tlačítkem. Ignorujte všechny další parametry, které se tam mohou skrývat. Označené vstupní a výstupní uzly: Pouze názvy uzlů v okruhu, které jsou uživatelsky přívětivé.- používejte názvy jako „výstup“, „vstup“atd. Směrnice simulace: příkaz.tran říká simulátoru, jak chcete obvod simulovat. Toto je simulátor časové domény, což znamená, že analyzuje obvod v různých časových bodech. Musíte mu říci, jaký by měl být maximální časový krok a jak dlouho by měla simulace běžet v „obvodovém čase“, nikoli v reálném čase. Pokud řeknete simulátoru, aby běžel po dobu 10 sekund obvodového času a nastavíte maximální časový krok na 0,001 sekundy, bude analyzovat obvod nejméně 10 000krát (10 s/0,001 s) a poté se zastaví. Když simulace běží, napětí v každém uzlu v obvodu a proudy do a z každého uzlu budou vypočítány a uloženy v každém časovém kroku. Všechny tyto informace budou k dispozici k vykreslení na displeji, jako je obrazovka osciloskopu (čas vodorovné osy, napětí nebo proud na svislé ose. Alternativně můžete také odeslat výstup do zvukového souboru.wav, který můžete přehrát na počítač, vypálit na disk CD nebo převést na mp3 a přehrát v přehrávači mp3. Více o tom později …

Krok 3: Výstup

Výstupem může být grafický diagram napětí vs čas, napětí vs napětí atd. Nebo textový soubor sestávající ze svazku napětí nebo proudů v každém časovém kroku nebo zvukový soubor.wav, který budeme hodně používat tento instructable. Download a otevřete soubor "resistors.asc". Klikněte na symbol malého běžícího muže (levá horní část obrazovky) a obvod by měl běžet. Nyní klikněte na štítek "OUT" v obvodu. Napětí označené jako „výstup“se zobrazí na grafickém výstupu podél vodorovné osy, která představuje čas. To je napětí měřené vzhledem k zemi (proto potřebujete v každém obvodu alespoň jednu zem!). To jsou základy. Zkuste změnit jednu z hodnot odporu nebo napětí, poté spusťte simulaci a podívejte se, co se stane s výstupním napětím. Nyní víte, jak spustit simulátor obvodu. Snadné, že?

Krok 4: Nyní nějaký zvuk

Otevřete obvod s názvem „dizzy.asc“. Tenhle je podivný výrobce šumu, který používá modulátor a několik zdrojů napětí k vytvoření zvukového souboru v kvalitě CD (16 bitů, 44,1 kps, 2 kanály), se kterým můžete hrát. Komponenta modulátoru je ve skutečnosti oscilátor. Frekvence a amplituda jsou nastavitelné jako VCO a VCA ve skutečném analogovém syntetizátoru. Forma vlny je vždy sinusová, ale existují způsoby, jak ji změnit- o tom později. Frekvenční limity jsou nastaveny značkou a parametry prostoru. Značka je frekvence, když je vstupní napětí FM 1V a mezera je frekvence, když je vstupní napětí FM 0V. Výstupní frekvence je lineární funkcí vstupního napětí FM, takže frekvence bude poloviční mezi značkovými a prostorovými frekvencemi, když je vstupní napětí FM 0,5 V, a bude dvojnásobkem značkovací frekvence, když je vstupní napětí FM 2 V. modulátor může být také amplitudově modulován prostřednictvím vstupního pinu AM. Výstupní amplituda modulátoru (oscilátoru) bude odpovídat napětí aplikovanému na napěťový vstup AM. Pokud používáte stejnosměrný zdroj s napětím 1, výstupní amplituda bude 1V (to znamená, že se bude pohybovat mezi -1 a +1 V). Modulátor má dva výstupy- sinusový a kosinový. Průběhy jsou přesně stejné, kromě toho, že jsou 90 stupňů mimo fázi. To může být zábava pro stereo zvukové aplikace. Existuje příkaz.tran, který říká simulátoru maximální časový krok a dobu trvání simulace. V tomto případě obvodový čas (celkový čas simulace) = čas zvukového souboru. To znamená, že pokud simulaci spustíte na 10 sekund, získáte zvukový soubor o délce 10 sekund. Příkaz.save se používá k minimalizaci množství dat, která simulátor při spuštění simulace uloží. Normálně ukládá napětí v každém uzlu a proudy do a ze všech komponent. Pokud se váš obvod zkomplikuje nebo spustíte dlouhou simulaci, může se přidat až MNOHO dat. Když spustíte simulaci, stačí v seznamu v dialogovém okně vybrat jedno napětí nebo proud a datový soubor (.raw) bude malý a simulace poběží maximální rychlostí. Nakonec příkaz.wave říká simulátoru, aby vytvořte stereofonní zvukový soubor v kvalitě CD (16 bitů na vzorek, 44,1 ks / s, dva kanály), přičemž do levého kanálu vložte napětí „OUTL“a do pravého kanálu napětí „OUTR“. Soubor.wav se skládá ze 16 bitových vzorků. Plný rozsah výstupu v souboru.wav (všech 16 bitů ve vzorku zapnuto) nastane, když je výstupní napětí přesně +1 V nebo -1 Volt. Váš syntezátorový obvod by měl být nastaven tak, aby generoval napětí ne více než +/- 1 V na každý kanál, jinak bude výstup v souboru.wav „oříznut“, kdykoli napětí překročí +1 nebo -1 V. Protože děláme zvukový soubor, který je vzorkován na 44,1 ks/s, potřebujeme, aby simulátor simuloval obvod alespoň 44, 100krát za sekundu, takže maximální časový krok nastavíme na 1/44, 100 s nebo asi 20 mikrosekund (nás).

Krok 5: Jiné typy zdrojů napětí, jiné typy zvuků

Analogový syntezátor potřebuje zdroj náhodného šumu. Šum můžete generovat pomocí „behaviorálního zdroje napětí“(bv) a můžete jej zapínat a vypínat pomocí „napěťově řízeného spínače“(sw). Použití složky bv ke generování šumu zahrnuje definování napětí na základě vzorce. Vzorec pro generování šumu vypadá takto: V = bílá (čas*X)*Y Bílá funkce vytváří náhodné napětí mezi -0,5 a +0,5 V pomocí aktuální hodnoty času jako osiva. Nastavení Y na 2 dává švih +/- 1V. Nastavení X mezi 1 000 (1e3) a 100 000 (1e5) ovlivňuje spektrum šumu a mění zvuk. Přepínač řízený napětím také potřebuje nastavit některé parametry v příkazu.model. Můžete použít několik napěťově řízených přepínačů a více modelových příkazů, aby se každý choval jinak, pokud chcete. Musíte simulátoru sdělit odpory „zapnuto“a „vypnuto“a prahové napětí, při kterém se spíná. Vh je „hysterezní napětí“. Nastavte ji na nějakou kladnou hodnotu, jako je 0,4 V, a při otevírání a zavírání spínače nebudou znít žádné klikání. >>> Aktualizace: zde je ještě jednodušší způsob, jak vytvořit zdroj hluku s bránou- stačí znásobit šumové napětí pulzním source- viz easy_gated_noise.asc, níže.

Krok 6: Zvony, bicí, činely, trhané struny

Zvony, bubny, činely a trhané struny jsou perkusní. Mají relativně rychlý čas náběhu a exponenciální dobu rozpadu. Ty lze snadno vytvořit pomocí sinusových a behaviorálních zdrojů napětí v kombinaci s několika jednoduchými obvody. Podívejte se na schematický „bell_drum_cymbal_string.asc“. Pulzní zdroje napětí s rezistorem, kondenzátorem a diodou vytvářejí rychlý vzestup a pomalé exponenciální průběhy rozpadu. Tato výstupní napětí modulují výstupy z behaviorálních zdrojů nastavených jako zdroje náhodného šumu nebo sinusových vln. Když napětí pulzního zdroje stoupne, rychle nabije kondenzátor. Kondenzátor se poté vybíjí přes odpor. Dioda brání zdroji napětí vybíjet kondenzátor, když je napětí zdroje na nule. Větší hodnoty odporu prodlužují dobu vybíjení. Můžete určit dobu náběhu pulzního zdroje - činel je zdroj nise s velmi rychlou dobou náběhu. Buben je také zdrojem hluku, který pracuje na nižší frekvenci a má pomalejší náběh. Zvonek a struna používají sinusové zdroje, které jsou také modulovány pulzními zdroji. Zvonek pracuje na vyšší frekvenci a má rychlejší dobu náběhu než struna. Spusťte simulaci a poslouchejte výsledek. Všimněte si, že buben se objeví v obou kanálech, zatímco všechny ostatní zvuky jsou buď pravý nebo levý kanál. Dva odpory na výstupu bubnu jsou zodpovědné za uvedení zvuku do obou kanálů.

Krok 7: Dát to všechno dohromady

Dobře, teď jste viděli, jak vytvářet nějaké zvuky a jak tvarovat obálky a frekvenčně je modulovat. Nyní je čas dát dohromady několik různých zdrojů do jednoho schématu a vygenerovat něco zajímavého k poslechu. Jak docílíte toho, že se zdroj hluku dostane do kompozice za 33 sekund? Jak zapnete zvonění na 16 sekund, pak jej vypnete a znovu zapnete na 42 sekund? Jedním ze způsobů je použít zdroj behaviorálního napětí k vytvoření požadovaného zvuku a poté jej zapnout a vypnout vynásobením napětí generujícího zvuk jiným napětím, které zvuk zapíná a vypíná, jak bylo provedeno v bell_drum_cymbal_string.asc. Stejným způsobem můžete zeslabovat zvuky dovnitř i ven. Cílem je nastavit opakující se zvuky a poté použít další zdroje k přidání těchto zvuků do vaší skladby v požadovaných časech vynásobením jejich napětí zvukovými napětími. Do konečného zvukového výstupu můžete zahrnout tolik napětí, kolik chcete, jen je stále násobte (stejné jako logické „a“) dohromady. Když spustíte zvuky najednou, zůstanou v celé skladbě v dokonalé synchronizaci, takže nikdy nebudou brzy nebo pozdě v době hudby. Podívejte se na složení_1.asc. Jsou zde dva zvony, v každém kanálu jeden. Napětí pulse_bell funguje v průběhu simulace, ale zvuky se na výstupu zobrazí pouze v případě, že V (bell_r) a V (bell_l) nejsou rovno 0.

Krok 8: Exponenciální rampa

Aktualizace 7/10- přejděte dolů Zde je obvod, který generuje exponenciální rampu aplikovanou na dvojici zdrojů hluku. V1 a V2 generují lineární rampy, které začínají na 0 a stoupají na X voltů (levý kanál) a Y voltů (pravý kanál) v obdobích prd_l a prd_r. B1 a B3 používají vzorec pro převod lineárních ramp na exponenciální rampy s maximální amplitudou 1V. B2 a B4 generují náhodný šum, který je amplitudově modulován exponenciálními rampami a parametry amp_l a amp_r (jednoduché ovládání úrovně). Připojil jsem soubor mp3 generovaný tímto obvodem, abyste slyšeli, jak to zní. Pravděpodobně budete muset soubor přejmenovat, aby se dal hrát. X a Y nastavují limity napětí lineárních ramp. Nakonec se rampy obou kanálů změní na 1 V, ale nastavením X a Y můžete ovládat strmost exponenciální rampy. Malé číslo jako 1 dává téměř lineární rampu a velké číslo jako 10 dává velmi strmou exponenciální rampu. Doby rampy se nastavují pomocí parametrů prd_l a prd_r. Doba náběhu lineární rampy je nastavena na hodnotu prd_l nebo prd_r minus 5 ms a doba pádu je nastavena na 5 ms. Prodloužená doba pádu brání kliknutí na konci každé rampy, protože amplituda klesá zpět na nulu. Out_l a out_r jsou součinem náhodných šumových napětí založených na čase, napětí exponenciální rampy a parametrů amp_l a amp_r. Všimněte si, že hodnota náhodného šumu pravého kanálu používá jiné „osivo“než levý kanál. To udržuje šum v každém kanálu náhodný a odlišný od opačného kanálu. Pokud použijete stejné osivo, ve stejnou dobu získáte stejnou náhodnou hodnotu a zvuk skončí uprostřed, místo aby byl vnímán jako dva různé zdroje, jeden v každém kanálu. To by mohl být zajímavý efekt na hraní… Aktualizace: všimněte si, že průběh se pohybuje od 0 V do nějaké kladné hodnoty. Je lepší, aby se napětí pohybovalo mezi stejnými kladnými a zápornými hodnotami. Přepracoval jsem schéma, abych to udělal, ale trochu to zvýšilo složitost rovnice, která definuje průběh. Stáhněte si exponential_ramp_noise.asc (pamatujte, že server Instructables při uložení změní název a příponu).

Krok 9: Exponenciální rampa aplikovaná na sinusovou vlnu

Tato stránka ukazuje, jak použít exponenciální rampu z předchozího kroku k modulaci zdroje sinus (ve skutečnosti sinus a kosinus). Zdroj behaviorálního napětí se používá k přeměně lineární rampy na exponenciální rampu, která pohání vstup FM na komponentě modulate2. Amplituda je modulována jak rychlou exponenciální rampou, tak pomalou sinusovou vlnou. Poslechněte si ukázkový soubor- zní to dost divně.

Krok 10: Návrhy

1) Můžete změnit celkovou dobu simulace - pokud hrajete s komponentami a pokud máte zvuk, který se vám líbí, zkraťte jej. Poté nastavte simulátor na 30 minut (1 800 s) nebo jakkoli chcete. Můžete kopírovat obvody z jedné stránky na druhou a můžete vytvářet dílčí obvody, takže můžete jednoduše spojit malé obvody společně jako pomocí propojovací desky na skutečném syntetizátoru. 2) Vzorkovací frekvence CD je 44,1 ks / s. Pokud dodržíte maximální časový krok až na 20 us, získáte „čistý“výstup, protože simulátor bude mít k dispozici data pro každý nový vzorek. Pokud použijete menší časový krok, simulace bude pomalá a pravděpodobně nebude mít žádný vliv na zvuk. Pokud použijete delší časový krok, můžete slyšet nějaké aliasy, které se vám mohou nebo nemusí líbit. 3) Použijte ve svém schématu příkaz.save dialogbox a při spuštění simulace a výběru pouze jednoho z napětí nebo proudů zachovejte malá velikost souboru.raw. Pokud nevyberete, uloží se VŠECHNA napětí a proudy a soubor.raw bude VELMI velký. 4) Zkuste použít velmi nízké frekvence k modulaci vyšších frekvencí 5) Zkuste použít vyšší frekvence k modulaci nižších frekvencí. 6) zkombinujte výstupy z některých nízkofrekvenčních zdrojů s některými vysokofrekvenčními zdroji, aby byly věci zajímavé. 7) použijte pulzní napěťový zdroj k modulaci sinusového nebo jiného zdroje pro zajištění rytmu. 8) použijte analogové obvody pro tvarování napěťových impulzů na něco, co chcete.9) pomocí matematických výrazů definujte výstup zdroje behaviorálního napětí Bavte se!