Sintesis Bunyi Analog pada Komputer Anda: 10 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:13

Suka dengan bunyi synthesizer analog lama itu? Ingin bermain dengan satu masa anda sendiri, di tempat anda sendiri, selama yang anda mahukan, secara PERCUMA? Di sinilah impian Moog paling liar anda menjadi kenyataan. Anda boleh menjadi artis rakaman elektronik atau hanya membuat beberapa bunyi keren untuk didengar pada pemain mp3 anda. Yang anda perlukan hanyalah komputer! Semuanya dilakukan melalui keajaiban simulator litar percuma yang dipanggil LTSpice. Sekarang saya tahu anda mungkin mengatakan "Gee willikers, Tyler, saya tidak tahu apa-apa tentang menjalankan simulator litar - kedengarannya SANGAT!". Jangan risau, Bunky! Sangat mudah dan saya akan memberi anda beberapa templat untuk dimulakan dan diubah suai untuk membuat suara pelik yang anda mahukan. Tidak pasti ia berbaloi? Berikut adalah pautan ke fail suara yang siap dimainkan (ia dibuat dari "komposisi_1.asc" dalam langkah 7 'ible) ini yang boleh anda cuba. Saya menukarnya dari.wav ke mp3 untuk mengurangkan masa muat turun. https://www.rehorst.com/mrehorst/instructables/composition_1.mp3Ada bunyi bass rendah di dalamnya, jadi dengarkan dengan fon kepala atau pembesar suara yang baik. Sekiranya anda menyukai apa yang anda lihat, pilih saya! Catatan: Saya telah melampirkan fail skema untuk LTSpice yang boleh anda jalankan di komputer anda, tetapi atas sebab tertentu semasa anda mencuba memuat turunnya nama dan peluasannya akan berubah. Kandungan fail kelihatan baik-baik saja, jadi setelah memuat turun fail, ubah nama dan peluasannya. Nama dan peluasan yang betul ditunjukkan pada ikon yang anda klik untuk memuat turun.

Langkah 1: Perkara Pertama Pertama

LTSpice adalah program windows, tetapi jangan biarkan itu membuat anda kecewa. Ia berjalan dengan baik di bawah Wine di linux. Saya mengesyaki tidak ada masalah untuk menjalankannya di klien VMWare, VirtualBox, atau alat virtualisasi lain di bawah linux, dan kemungkinan pada Mac juga. Muat turun salinan LTSpice untuk Windows (ugh!) Di sini: https://www.linear.com/ designtools / software / ltspice.jsp Pasang. Apa itu LTSpice? Ini adalah simulator litar domain masa yang harus diketahui oleh setiap penggemar elektronik bagaimana menggunakannya. Saya tidak akan memberikan tutorial terperinci mengenai bagaimana ia berfungsi di sini, tetapi saya akan menerangkan beberapa perkara yang perlu anda ketahui semasa kita berjalan. Satu kata amaran - dengan mudah menghasilkan frekuensi yang terlalu rendah atau terlalu tinggi untuk didengar. Sekiranya anda melakukannya dan mendorong pembesar suara anda yang mahal dengan amp berkuasa tinggi, anda mungkin hanya mengeluarkan speaker / amp anda sedikit. SELALU melihat bentuk gelombang sebelum anda memainkannya semula dan berhati-hati untuk menghadkan kelantangan semasa anda memainkan semula fail untuk pertama kalinya agar selamat. Adalah idea yang baik untuk memainkan fail melalui fon kepala murah dengan kelantangan rendah sebelum mencuba pembesar suara.

Langkah 2: Input

Input ke simulator adalah dalam bentuk gambarajah skematik. Anda memilih komponen, meletakkannya pada skema, kemudian memasangkannya bersama. Setelah litar anda selesai, anda akan memberitahu simulator bagaimana anda mahu mensimulasikan litar dan jenis output yang anda mahukan. Lihat skema yang disebut resistors.asc. Anda akan melihat ada litar yang merangkumi sumber voltan, sepasang perintang, nod output berlabel, arde, dan baris perintah teks. Mari lihat setiap satu. Sekarang adalah masa yang tepat untuk membuka fail litar yang dipautkan di bawah. Dasar: Ini adalah komponen PALING KRITIKAL pada skema anda. Anda HARUS mempunyai tanah yang terhubung dengan sekurang-kurangnya satu titik di litar anda atau anda akan mendapat hasil yang sangat pelik dari simulasi anda. Sumber voltan: Sekiranya anda meletakkan voltan dalam litar, anda perlu memberitahu sama ada AC atau DC (atau sesuatu yang lebih kompleks), apakah voltan, "rintangan dalaman" sumber, dll. Anda boleh memasukkan parameter tersebut dengan mengklik kanan dengan penunjuk pada sumbernya. Yang anda perlukan hanyalah rintangan untuk simulasi mudah. Penolak: Perintang cukup mudah difahami. Klik kanan untuk menetapkan nilai rintangan. Abaikan parameter lain yang mungkin tersembunyi di sana. Node input dan output berlabel: Cukup nama untuk nod dalam litar yang mesra pengguna. - gunakan nama seperti "output", "input", dll. Arahan simulasi: pernyataan.tran memberitahu simulator bagaimana anda mahu litar disimulasikan. Ini adalah simulator domain masa yang bermaksud ia menganalisis litar pada titik masa yang berlainan. Anda perlu memberitahu berapa langkah masa maksimum dan berapa lama simulasi dijalankan dalam "waktu litar", bukan masa nyata. Sekiranya anda memberitahu simulator berjalan selama 10 saat masa litar dan anda menetapkan langkah waktu maksimum hingga 0.001 saat, ia akan menganalisis litar sekurang-kurangnya 10, 000 kali (10 saat / 0.001 saat) kemudian berhenti. Apabila simulasi dijalankan, voltan pada setiap nod dalam litar dan arus masuk dan keluar dari setiap nod akan dikira dan disimpan pada setiap langkah masa. Semua maklumat itu akan tersedia untuk digambarkan pada paparan seperti skrin osiloskop (masa paksi mendatar, voltan atau arus pada paksi menegak. Sebagai alternatif, anda juga boleh menghantar output ke fail audio.wav yang boleh anda mainkan pada komputer, bakar ke CD, atau tukar ke mp3 untuk dimainkan pada pemain mp3 anda. Lebih banyak lagi kemudian …

Langkah 3: Keluaran

Output boleh berupa plot grafik voltan vs waktu, voltan vs voltan, dll., Atau fail teks yang terdiri daripada sekumpulan voltan atau arus pada setiap langkah waktu, atau fail audio.wav yang akan banyak kita gunakan ini diarahkan. Download dan buka fail "resistors.asc". Klik simbol pelarian kecil (bahagian kiri atas skrin) dan litar harus berjalan. Sekarang klik pada label "OUT" di litar. Anda akan melihat voltan berlabel "output" dipaparkan pada output grafik di sepanjang paksi mendatar yang mewakili masa. Itulah voltan yang diukur berbanding dengan tanah (sebab itu anda memerlukan sekurang-kurangnya satu arde di setiap litar!). Itulah asasnya. Cuba ubah salah satu nilai perintang atau voltan kemudian jalankan semula simulasi dan lihat apa yang berlaku pada voltan keluaran. Sekarang anda tahu bagaimana menjalankan simulator litar. Mudah bukan?

Langkah 4: Sekarang Bunyi

Buka litar yang dipanggil "dizzy.asc". Yang ini adalah pembuat bunyi pelik yang menggunakan modulator dan sumber voltan pasangan untuk menghasilkan fail audio berkualiti CD (16 bit, 44.1 kps, 2 saluran) yang boleh anda mainkan. Komponen modulator sebenarnya adalah pengayun. Kekerapan dan amplitud kedua-duanya boleh disesuaikan seperti VCO dan VCA dalam synthesizer analog sebenar. Bentuk gelombang selalu sinusoidal, tetapi ada cara untuk mengubahnya - lebih lanjut kemudian. Had frekuensi ditetapkan oleh parameter tanda dan ruang. Mark adalah frekuensi ketika voltan input FM adalah 1V dan ruang adalah frekuensi ketika voltan input FM adalah 0V. Frekuensi output adalah fungsi linear voltan input FM, jadi frekuensi akan berada di tengah-tengah antara tanda dan frekuensi ruang ketika voltan input FM adalah 0.5V dan akan menjadi 2x frekuensi tanda apabila voltan input FM adalah 2V. modulator juga boleh dimodulasi amplitud melalui pin input AM. Amplitud keluaran modulator (pengayun) akan sepadan dengan voltan yang dikenakan pada input voltan AM. Sekiranya anda menggunakan sumber DC dengan voltan 1, amplitud outputnya akan 1V (itu bermaksud ia akan berayun antara -1 dan +1 V). Modulator mempunyai dua output - sinus dan kosinus. Bentuk gelombang hampir sama kecuali 90 darjah di luar fasa. Ini boleh menggembirakan aplikasi audio stereo. Terdapat pernyataan.tran yang memberitahu simulator langkah masa maksimum dan jangka masa simulasi. Dalam kes ini, waktu litar (jumlah masa simulasi) = masa fail audio. Ini bermaksud jika anda menjalankan simulasi selama 10 saat, anda akan mendapat fail audio yang berdurasi 10 saat. Penyataan.save digunakan untuk meminimumkan jumlah data yang akan disimpan simulator semasa menjalankan simulasi. Biasanya ia menjimatkan voltan pada setiap nod dan arus masuk dan keluar dari setiap komponen. Itu boleh menambah BANYAK data jika litar anda menjadi rumit atau anda menjalankan simulasi yang panjang. Semasa anda menjalankan simulasi, pilih satu voltan atau arus dari senarai di kotak dialog dan fail data (.raw) akan kecil, dan simulasi akan berjalan pada kelajuan maksimum. Akhirnya, pernyataan.wave memberitahu simulator untuk buat fail audio stereo berkualiti CD (16 bit setiap sampel, 44.1 ksps, dua saluran) meletakkan voltan pada "OUTL" di saluran kiri dan voltan pada "OUTR" di saluran kanan. Fail.wav terdiri daripada 16 bit sampel. Output skala penuh dalam fail.wav (semua 16 bit dalam sampel dihidupkan) berlaku apabila voltan yang dikeluarkan adalah tepat +1 Volt atau -1 Volt. Litar synthesizer anda harus diatur untuk menghasilkan voltan tidak lebih dari +/- 1V ke setiap saluran, jika tidak, output dalam fail.wav akan "dipotong" setiap kali voltan melebihi +1 atau -1 V. Oleh kerana kita membuat fail audio yang disampel pada 44.1 ksps, kita memerlukan simulator untuk mensimulasikan litar sekurang-kurangnya 44, 100 kali sesaat, jadi kita menetapkan langkah waktu maksimum ke 1/44, 100 saat atau kira-kira 20 mikrodetik (kita).

Langkah 5: Jenis Sumber Voltan Lain, Jenis Bunyi Lain

Synthesizer analog memerlukan sumber bunyi rawak. Anda boleh menghasilkan bunyi dengan menggunakan "sumber voltan tingkah laku" (bv) dan anda boleh menghidupkan dan mematikannya menggunakan "suis terkawal voltan" (sw). Menggunakan komponen bv untuk menghasilkan bunyi melibatkan menentukan voltan berdasarkan formula. Rumus untuk menghasilkan bunyi kelihatan seperti ini: V = putih (masa * X) * Y Fungsi putih menghasilkan voltan rawak antara -0.5 dan +0.5 V menggunakan nilai masa semasa sebagai biji. Menetapkan Y ke 2 memberikan ayunan +/- 1V. Menetapkan X antara 1, 000 (1e3) dan 100, 000 (1e5) mempengaruhi spektrum kebisingan dan mengubah suara. Suis terkawal voltan juga memerlukan beberapa parameter untuk ditetapkan dalam pernyataan.model. Anda boleh menggunakan pelbagai suis terkawal voltan dan pernyataan model berganda untuk membuat setiap tingkah laku berbeza jika anda mahu. Anda harus memberitahu simulator rintangan "on" dan "off" dan voltan ambang di mana ia beralih. Vh adalah "voltan histeresis". Tetapkan pada nilai positif seperti 0.4V dan tidak akan ada bunyi klik apabila suis dibuka dan ditutup. sumber- lihat easy_gated_noise.asc, di bawah.

Langkah 6: Lonceng, Gendang, Simbol, Rentetan Dipetik

Loceng, gendang, simbal, dan tali yang dipetik semuanya adalah perkusi. Mereka mempunyai masa kenaikan yang agak cepat dan masa peluruhan eksponensial. Mereka mudah dibuat menggunakan sumber voltan sinus dan tingkah laku yang digabungkan dengan beberapa litar sederhana. Lihat skema "bell_drum_cymbal_string.asc". Sumber voltan berdenyut dengan perintang, kapasitor dan diod membuat bentuk gelombang peluruhan eksponensial yang cepat dan perlahan yang diperlukan. Tegangan output tersebut memodulasi output sumber tingkah laku yang ditetapkan sebagai sumber bunyi rawak atau gelombang sinus. Apabila voltan sumber berdenyut meningkat dengan cepat mengecas kapasitor. Kapasitor kemudian melepaskan melalui perintang. Diod memastikan sumber voltan tidak melepaskan kapasitor ketika voltan sumber berada pada sifar. Nilai perintang yang lebih besar meningkatkan masa pelepasan. Anda boleh menentukan waktu kenaikan sumber berdenyut - simbal adalah sumber nise dengan waktu kenaikan yang sangat cepat. Drum juga merupakan sumber kebisingan yang beroperasi pada frekuensi yang lebih rendah dan mempunyai waktu kenaikan yang lebih perlahan. Loceng dan tali menggunakan sumber gelombang sinus yang dimodulasi oleh sumber berdenyut juga. Loceng beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi dan mempunyai waktu kenaikan yang lebih cepat daripada tali. Jalankan simulasi dan dengarkan hasilnya. Perhatikan bahawa drum muncul di kedua saluran sementara semua bunyi lain adalah saluran kanan atau kiri. Kedua-dua perintang pada output drum bertanggungjawab untuk memasukkan suara ke dalam kedua saluran.

Langkah 7: Menggabungkan Semuanya

OK, sekarang anda telah melihat bagaimana membuat beberapa bunyi dan bagaimana membentuk sampul dan frekuensi memodulasinya. Kini tiba masanya untuk mengumpulkan beberapa sumber yang berbeza dalam satu skema dan menghasilkan sesuatu yang menarik untuk didengarkan. Bagaimana anda mendapatkan sumber bunyi itu ke dalam komposisi pada 33 saat? Bagaimana anda menghidupkan loceng lonceng itu pada 16 saat, kemudian mematikannya, kemudian menghidupkannya semula pada 42 saat? Salah satu cara adalah dengan menggunakan sumber voltan tingkah laku untuk membuat bunyi yang diinginkan kemudian menghidupkan dan mematikannya dengan mengalikan voltan penghasil suara dengan voltan lain yang menghidupkan dan mematikan suara, seperti yang dilakukan di bell_drum_cymbal_string.asc. Anda boleh melakukan perkara yang sama untuk memudarkan bunyi masuk dan keluar. Ideanya di sini adalah untuk mengatur bunyi berulang kemudian menggunakan sumber tambahan untuk menambahkan bunyi tersebut ke komposisi anda pada waktu yang dikehendaki dengan mengalikan voltan mereka dengan voltan suara. Anda boleh memasukkan voltan dalam output suara akhir yang anda mahukan, teruskan mengalikannya (sama seperti logik "dan") bersama-sama. Dengan memulakan suaranya sekaligus, mereka akan kekal selaras dengan keseluruhan komposisi sehingga mereka tidak akan awal atau lambat pada masa muzik. Lihat komposisi_1.asc. Terdapat dua loceng, satu di setiap saluran. Voltan pulse_bell beroperasi sepanjang simulasi tetapi suaranya hanya muncul dalam output apabila V (bell_r) dan V (bell_l) tidak sama dengan 0.

Langkah 8: Jalan Eksponensial

Kemas kini 7/10 - tatal ke bawah Inilah litar yang menghasilkan tanjakan eksponen yang berlaku pada sepasang sumber bunyi. V1 dan V2 menghasilkan tanjakan linier yang bermula pada 0 dan naik ke voltan X (saluran kiri) dan voltan Y (saluran kanan) dalam tempoh prd_l dan prd_r. B1 dan B3 menggunakan formula untuk menukar tanjakan linier menjadi tanjakan eksponensial dengan amplitud maksimum 1V. B2 dan B4 menghasilkan bunyi rawak yang dimodulasi amplitud oleh tanjakan eksponensial dan dengan parameter amp_l dan amp_r (kawalan tahap sederhana). Saya telah melampirkan fail mp3 yang dihasilkan oleh litar ini supaya anda dapat mendengarnya. Anda mungkin perlu menamakan semula fail untuk dimainkan. X dan Y menetapkan had voltan tanjakan linear. Akhirnya kedua-dua tanjakan saluran diperkecil menjadi 1V, tetapi dengan menetapkan X dan Y, anda dapat mengawal curam tanjakan eksponensial. Sebilangan kecil seperti 1 memberikan jalan hampir linier, dan sebilangan besar seperti 10 memberikan jalan eksponen yang sangat curam. Tempoh tanjakan ditetapkan menggunakan parameter prd_l dan prd_r. Waktu kenaikan tanjakan linear ditetapkan ke nilai prd_l atau prd_r tolak 5 ms, dan masa jatuh ditetapkan ke 5 ms. Waktu jatuh yang panjang menghalang mengklik pada akhir setiap tanjakan kerana amplitud turun kembali ke sifar.out_l dan out_r adalah produk dari voltan bunyi rawak berdasarkan masa, voltan tanjakan eksponensial, dan parameter amp_l dan amp_r. Perhatikan nilai kebisingan rawak saluran kanan menggunakan "biji" yang berbeza daripada saluran kiri. Itu membuat kebisingan di setiap saluran rawak dan berbeza dari saluran yang berlawanan. Sekiranya anda menggunakan benih yang sama, pada nilai masa yang sama anda akan mendapat nilai rawak yang sama dan suaranya akan berakhir di tengah dan bukannya dianggap sebagai dua sumber yang berbeza, satu di setiap saluran. Ini boleh menjadi kesan menarik untuk dimainkan… Kemas kini: perhatikan bahawa bentuk gelombang berubah dari 0V ke beberapa nilai positif. Lebih baik voltan berpusing antara nilai positif dan negatif yang sama. Saya menyusun semula skema untuk melakukan itu tetapi ia meningkatkan kerumitan persamaan yang sedikit sebanyak menentukan bentuk gelombang. Muat turun exponential_ramp_noise.asc (ingat bahawa pelayan Instructables akan menukar nama dan pelanjutan semasa anda menyimpannya).

Langkah 9: Jalan Exponential Diterapkan pada Gelombang Sinus

Halaman ini menunjukkan cara menggunakan jalan eksponensial dari langkah sebelumnya untuk memodulasi sumber sinus (sebenarnya, sinus dan kosinus). Sumber voltan tingkah laku digunakan untuk mengubah tanjakan linier menjadi tanjakan eksponensial yang mendorong input FM pada komponen modulate 2. Amplitud dimodulasi oleh tanjakan eksponen cepat dan gelombang sinus yang perlahan. Dengarkan fail contoh - kedengarannya agak pelik.

Langkah 10: Cadangan

1) Anda boleh mengubah jumlah masa simulasi - tetap pendek semasa anda bermain dengan komponen dan apabila anda mendapat bunyi yang anda suka, kemudian tetapkan simulator untuk berjalan selama 30 minit (1800 saat) atau seberapa lama anda suka. Anda boleh menyalin litar dari satu halaman ke halaman yang lain dan anda boleh membuat subkitar supaya anda dapat menyambungkan modul litar kecil bersama-sama seperti menggunakan papan tampalan pada synthesizer sebenar.2) Kadar sampel CD ialah 44.1 ksps. Sekiranya anda mengekalkan langkah maksimum hingga 20 orang, anda akan mendapat output "bersih" kerana simulator akan mempunyai data yang tersedia untuk setiap sampel baru. Sekiranya anda menggunakan langkah waktu yang lebih kecil, simulasi akan menjadi perlahan dan mungkin tidak akan memberi kesan pada suaranya. Sekiranya anda menggunakan langkah waktu yang lebih lama, anda mungkin akan mendengar beberapa kata alias yang mungkin anda suka atau tidak. saiz fail.raw kecil. Sekiranya anda tidak membuat pilihan, SEMUA voltan dan arus akan disimpan dan fail.raw akan menjadi SANGAT besar.4) cuba gunakan frekuensi yang sangat rendah untuk memodulasi frekuensi yang lebih tinggi5) cuba gunakan frekuensi yang lebih tinggi untuk memodulasi frekuensi yang lebih rendah.6) menggabungkan output dari beberapa sumber frekuensi rendah dengan beberapa sumber frekuensi tinggi untuk menjadikan sesuatu menarik.7) menggunakan sumber voltan berdenyut untuk memodulasi sinus atau sumber lain untuk memberikan irama.8) menggunakan litar analog untuk membentuk denyutan voltan menjadi sesuatu yang anda mahukan.9) gunakan ungkapan matematik untuk menentukan output sumber voltan tingkah lakuSenang!