Tổng hợp âm thanh tương tự trên máy tính của bạn: 10 bước (có hình ảnh)

2025 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2025-01-13 06:58

Giống như âm thanh của những bộ tổng hợp analog cũ? Bạn muốn chơi với một trò chơi vào thời gian của riêng bạn, tại địa điểm của riêng bạn, bao lâu tùy thích, MIỄN PHÍ? Đây là nơi những giấc mơ Moog hoang dã nhất của bạn trở thành hiện thực. Bạn có thể trở thành một nghệ sĩ thu âm điện tử hoặc chỉ tạo ra một số âm thanh thú vị, vui tai để nghe trên máy mp3 của bạn. Tất cả những gì bạn cần là một chiếc máy tính! Tất cả được thực hiện thông qua sự kỳ diệu của một trình mô phỏng mạch miễn phí có tên LTSpice. Bây giờ tôi biết có lẽ bạn đang nói "Gee willikers, Tyler, tôi không biết gì về việc chạy một trình mô phỏng mạch- nghe có vẻ CỨNG!". Đừng lo lắng, Bunky! Thật dễ dàng và tôi sẽ cung cấp cho bạn một vài mẫu để bắt đầu và sửa đổi để tạo ra bất kỳ tiếng động kỳ lạ nào bạn muốn. Đây là liên kết đến tệp âm thanh sẵn sàng phát (tệp này được tạo từ "composit_1.asc" ở bước 7 của 'ible này) mà bạn có thể dùng thử. Tôi đã chuyển đổi nó từ.wav sang mp3 để giảm thời gian tải xuống. https://www.rehorst.com/mrehorst/instructables/composition_1.mp3 Có một số âm trầm trong âm thanh, vì vậy hãy nghe bằng tai nghe hoặc loa tốt. Nếu bạn thích những gì bạn thấy, hãy bình chọn cho tôi! Lưu ý: Tôi đã đính kèm các tệp giản đồ cho LTSpice mà bạn có thể chạy trên máy tính của mình, nhưng vì một số lý do khi bạn cố gắng tải xuống, tên và phần mở rộng đã bị thay đổi. Nội dung của các tệp trông ổn, vì vậy sau khi tải xuống các tệp chỉ cần thay đổi tên và phần mở rộng là chúng sẽ hoạt động. Các tên và tiện ích mở rộng chính xác được hiển thị trên các biểu tượng bạn nhấp vào để tải xuống.

Bước 1: Những điều đầu tiên Trước tiên

LTSpice là một chương trình windows, nhưng đừng để điều đó làm bạn thất vọng. Nó chạy tốt trong Wine trong linux. Tôi nghi ngờ không có vấn đề gì khi chạy nó trong máy khách VMWare, VirtualBox hoặc các công cụ ảo hóa khác trong linux và cả probabaly trên máy Mac. Tải xuống bản sao của LTSpice cho Windows (ugh!) Tại đây: https://www.linear.com/ Designtools / software / ltspice.jspCài đặt nó. LTSpice là gì? Nó là một trình mô phỏng mạch miền thời gian mà mọi người yêu thích thiết bị điện tử phải biết cách sử dụng. Tôi sẽ không cung cấp một hướng dẫn chi tiết về cách nó hoạt động ở đây, nhưng tôi sẽ giải thích một số điều bạn cần biết khi chúng ta tiếp tục. hoặc quá cao để nghe thấy. Nếu bạn làm điều đó và lái những chiếc loa đắt tiền của mình với một bộ khuếch đại công suất cao, bạn có thể chỉ làm nổ loa / amp của bạn thành từng bit. LUÔN LUÔN xem các dạng sóng trước khi bạn phát lại và hãy cẩn thận để giới hạn âm lượng khi bạn phát lại tệp lần đầu tiên chỉ để an toàn. Luôn luôn là một ý kiến hay để phát các tập tin qua tai nghe rẻ tiền với âm lượng nhỏ trước khi thử loa.

Bước 2: Đầu vào

Đầu vào cho trình mô phỏng ở dạng một sơ đồ giản đồ. Bạn chọn các thành phần, đặt chúng trên giản đồ, sau đó kết nối chúng lại với nhau. Khi mạch của bạn hoàn thành, bạn cho trình mô phỏng biết bạn muốn nó mô phỏng mạch như thế nào và loại đầu ra nào bạn muốn. Bạn sẽ thấy có một mạch bao gồm một nguồn điện áp, một cặp điện trở, một nút đầu ra có nhãn, một mặt đất và một dòng lệnh văn bản. Hãy xem xét từng cái. Bây giờ là thời điểm tốt để mở tệp mạch được liên kết bên dưới. Ground: Đây là thành phần TIÊU CHUẨN NHẤT trên sơ đồ của bạn. Bạn PHẢI kết nối đất với ít nhất một điểm trên mạch của mình nếu không bạn sẽ nhận được kết quả rất lạ từ các mô phỏng của mình. (hoặc một cái gì đó phức tạp hơn), điện áp là gì, "nội trở" của nguồn, vv Bạn có thể nhập các thông số đó bằng cách nhấp chuột phải với con trỏ trên nguồn. Tất cả những gì bạn thực sự cần là điện trở cho các mô phỏng đơn giản. Chỉ cần nhấp chuột phải để đặt giá trị của điện trở. Bỏ qua bất kỳ tham số nào khác có thể ẩn ở đó. Các nút đầu vào và đầu ra được gắn nhãn: Chỉ đặt tên cho các nút trong mạch thân thiện với người dùng. - Sử dụng các tên như "đầu ra", "đầu vào", v.v. Chỉ thị mô phỏng: câu lệnh.tran cho trình mô phỏng biết bạn muốn mạch được mô phỏng như thế nào. Đây là một trình mô phỏng miền thời gian có nghĩa là nó phân tích mạch tại các thời điểm khác nhau. Bạn cần cho nó biết bước thời gian tối đa nên là bao lâu và mô phỏng sẽ chạy trong "thời gian mạch", không phải thời gian thực. Nếu bạn yêu cầu trình mô phỏng chạy trong 10 giây thời gian mạch và bạn đặt bước thời gian tối đa là 0,001 giây, nó sẽ phân tích mạch ít nhất 10.000 lần (10 giây / 0,001 giây) rồi dừng lại., điện áp tại mọi nút trong mạch và dòng điện vào và ra mọi nút sẽ được tính toán và lưu tại mỗi bước thời gian. Tất cả thông tin đó sẽ có sẵn để vẽ biểu đồ trên màn hình như màn hình máy hiện sóng (thời gian của trục hoành, điện áp hoặc dòng điện trên trục tung. Ngoài ra, bạn cũng có thể gửi đầu ra tới tệp âm thanh.wav mà bạn có thể phát trên máy tính, ghi vào đĩa CD hoặc chuyển đổi sang mp3 để phát trên máy nghe nhạc mp3 của bạn. Nhiều hơn về điều đó sau…

Bước 3: Đầu ra

Đầu ra có thể là biểu đồ đồ họa của điện áp so với thời gian, điện áp so với điện áp, v.v. hoặc tệp văn bản bao gồm một loạt điện áp hoặc dòng điện ở mỗi bước thời gian hoặc tệp âm thanh.wav mà chúng ta sẽ sử dụng nhiều trong này có thể được hướng dẫn. Tải xuống và mở tệp "Resistors.asc". Nhấp vào biểu tượng người đàn ông chạy nhỏ (phần trên bên trái của màn hình) và mạch sẽ chạy. Bây giờ hãy nhấp vào nhãn "OUT" trong mạch. Bạn sẽ thấy điện áp có nhãn "đầu ra" được hiển thị trên đầu ra đồ họa dọc theo trục hoành biểu thị thời gian. Đó là điện áp được đo so với mặt đất (đó là lý do tại sao bạn cần ít nhất một mặt đất trong mỗi mạch!). Đó là những điều cơ bản. Hãy thử thay đổi một trong các giá trị điện trở hoặc điện áp sau đó chạy lại mô phỏng và xem điều gì xảy ra với điện áp đầu ra. Bây giờ bạn biết làm thế nào để chạy một mô phỏng mạch. Dễ dàng phải không?

Bước 4: Bây giờ là một số âm thanh

Mở mạch được gọi là "crazy.asc". Đây là một bộ tạo tiếng ồn kỳ lạ sử dụng một bộ điều chế và một vài nguồn điện áp để tạo ra tệp âm thanh chất lượng CD (16 bit, 44,1 ksps, 2 kênh) mà bạn có thể phát. Thành phần bộ điều chế thực sự là một bộ dao động. Cả tần số và biên độ đều có thể điều chỉnh giống như VCO và VCA trong một bộ tổng hợp tương tự thực. Dạng sóng luôn luôn có dạng hình sin, nhưng có nhiều cách để thay đổi nó- nhiều hơn nữa về dạng đó sau này. Các giới hạn tần số được thiết lập bởi các tham số dấu và không gian. Dấu là tần số khi điện áp đầu vào FM là 1V và dấu cách là tần số khi điện áp đầu vào FM là 0V. Tần số đầu ra là một hàm tuyến tính của điện áp đầu vào FM, vì vậy tần số sẽ bằng một nửa giữa tần số dấu và tần số không gian khi điện áp đầu vào FM là 0,5V và sẽ bằng 2 lần tần số dấu khi điện áp đầu vào FM là 2V. bộ điều chế cũng có thể được điều chế biên độ thông qua chân đầu vào AM. Biên độ đầu ra của bộ điều chế (bộ dao động) sẽ phù hợp với điện áp đặt vào đầu vào điện áp AM. Nếu bạn sử dụng nguồn một chiều có điện áp 1, biên độ đầu ra sẽ là 1V (có nghĩa là nó sẽ dao động trong khoảng từ -1 đến +1 V). Bộ điều chế có hai đầu ra là sin và côsin. Các dạng sóng hoàn toàn giống nhau ngoại trừ chúng lệch pha nhau 90 độ. Điều này có thể thú vị đối với các ứng dụng âm thanh nổi. Có một câu lệnh.tran cho trình mô phỏng biết bước thời gian tối đa và khoảng thời gian của mô phỏng. Trong trường hợp này, thời gian mạch (tổng thời gian mô phỏng) = thời gian tệp âm thanh. Điều đó có nghĩa là nếu bạn chạy mô phỏng trong 10 giây, bạn sẽ nhận được một tệp âm thanh dài 10 giây. Câu lệnh.save được sử dụng để giảm thiểu lượng dữ liệu mà trình mô phỏng sẽ lưu khi chạy mô phỏng. Thông thường, nó tiết kiệm điện áp ở mọi nút và dòng điện vào và ra của mọi thành phần. Điều đó có thể thêm tới RẤT NHIỀU dữ liệu nếu mạch của bạn phức tạp hoặc bạn chạy một mô phỏng dài. Khi bạn chạy mô phỏng, chỉ cần chọn một điện áp hoặc dòng điện từ danh sách trong hộp thoại và tệp dữ liệu (.raw) sẽ nhỏ và mô phỏng sẽ chạy ở tốc độ tối đa. tạo tệp âm thanh nổi chất lượng CD (16 bit mỗi mẫu, 44,1 ksps, hai kênh) đặt điện áp ở "OUTL" ở kênh bên trái và điện áp ở "OUTR" ở kênh bên phải. Tệp.wav bao gồm các mẫu 16 bit. Đầu ra quy mô đầy đủ trong tệp.wav (tất cả 16 bit trong một mẫu được bật) xảy ra khi điện áp được đầu ra chính xác là +1 Volt hoặc -1 Volt. Mạch tổng hợp của bạn phải được thiết lập để tạo ra điện áp không quá +/- 1V cho mỗi kênh, nếu không đầu ra trong tệp.wav sẽ bị "cắt" bất cứ khi nào điện áp vượt quá +1 hoặc -1 V. Vì chúng tôi đang tạo tệp âm thanh được lấy mẫu ở 44,1 ksps, chúng tôi cần trình mô phỏng mô phỏng mạch ít nhất 44, 100 lần mỗi giây, vì vậy chúng tôi đặt bước thời gian tối đa là 1/44, 100 giây hoặc khoảng 20 micro giây (chúng tôi).

Bước 5: Các loại nguồn điện áp, các loại âm thanh khác

Một bộ tổng hợp tương tự cần một nguồn nhiễu ngẫu nhiên. Bạn có thể tạo ra tiếng ồn bằng cách sử dụng "nguồn điện áp hành vi" (bv) và bạn có thể bật và tắt nó bằng "công tắc điều khiển điện áp" (sw). Việc sử dụng thành phần bv để tạo ra tiếng ồn bao gồm việc xác định điện áp dựa trên công thức. Công thức tạo ra tiếng ồn có dạng như sau: V = white (time * X) * Y Hàm màu trắng tạo ra một điện áp ngẫu nhiên trong khoảng -0,5 đến +0,5 V sử dụng giá trị thời gian hiện tại làm hạt giống. Đặt Y thành 2 sẽ cho dao động +/- 1V. Đặt X trong khoảng từ 1, 000 (1e3) đến 100, 000 (1e5) ảnh hưởng đến phổ của tiếng ồn và thay đổi âm thanh. Bạn có thể sử dụng nhiều công tắc điều khiển điện áp và nhiều câu lệnh mô hình để làm cho mỗi công tắc hoạt động khác nhau nếu bạn muốn. Bạn phải cho trình mô phỏng biết điện trở "bật" và "tắt" và điện áp ngưỡng mà nó chuyển đổi. Vh là "điện áp trễ". Đặt nó thành một giá trị dương nào đó như 0,4V và sẽ không có bất kỳ tiếng lách cách nào khi công tắc đóng và mở. >>> Cập nhật: đây là một cách thậm chí còn dễ dàng hơn để tạo ra một nguồn tiếng ồn có kiểm soát - chỉ cần nhân điện áp tiếng ồn với một xung source- xem easy_iled_noise.asc, bên dưới.

Bước 6: Chuông, Trống, Chũm chọe, Dây kéo

Chuông, trống, chũm chọe và dây gảy đều là bộ gõ. Chúng có thời gian tăng tương đối nhanh và thời gian phân rã theo cấp số nhân. Chúng rất dễ tạo bằng cách sử dụng các nguồn điện áp hình sin và hành vi kết hợp với một số mạch đơn giản. Hãy xem sơ đồ "bell_drum_cymbal_string.asc". Các nguồn điện áp xung với điện trở, tụ điện và diode tạo ra các dạng sóng phân rã theo hàm mũ nhanh và chậm cần thiết. Các điện áp đầu ra đó điều chỉnh đầu ra của các nguồn hành vi được thiết lập dưới dạng nhiễu ngẫu nhiên hoặc nguồn sóng sin. Khi điện áp nguồn xung tăng lên, nó nhanh chóng tích điện cho tụ điện. Sau đó tụ điện phóng điện qua điện trở. Diode giữ cho nguồn áp không phóng tụ khi điện áp nguồn bằng không. Giá trị điện trở lớn hơn làm tăng thời gian phóng điện. Bạn có thể chỉ định thời gian tăng của nguồn xung - chũm chọe là nguồn nise có thời gian tăng rất nhanh. Trống cũng là một nguồn tiếng ồn hoạt động ở tần số thấp hơn và có thời gian tăng chậm hơn. Chuông và dây cũng sử dụng các nguồn sóng hình sin được điều chế bởi các nguồn xung. Chuông hoạt động ở tần số cao hơn và có thời gian tăng nhanh hơn so với dây. Chạy mô phỏng và lắng nghe kết quả. Lưu ý rằng trống xuất hiện ở cả hai kênh trong khi tất cả các âm thanh khác là kênh phải hoặc kênh trái. Hai điện trở ở đầu ra trống có nhiệm vụ đưa âm thanh vào cả hai kênh.

Bước 7: Kết hợp tất cả lại với nhau

OK, bây giờ bạn đã thấy cách tạo ra một số âm thanh và cách tạo hình các phong bì và điều chỉnh tần số chúng. Bây giờ đã đến lúc kết hợp một số nguồn khác nhau trong một giản đồ duy nhất và tạo ra thứ gì đó thú vị để lắng nghe. Làm thế nào để bạn đưa nguồn nhiễu đó vào bố cục ở giây thứ 33? Làm thế nào để bạn bật cái chuông kêu vang đó ở giây thứ 16, sau đó tắt nó, sau đó bật lại ở giây thứ 42? Một cách là sử dụng nguồn điện áp hành vi để tạo ra âm thanh mong muốn, sau đó bật và tắt nó bằng cách nhân điện áp tạo âm thanh với một điện áp khác để bật và tắt âm thanh, như đã được thực hiện trong bell_drum_cymbal_string.asc. Bạn có thể làm điều tương tự để làm mờ âm thanh trong và ngoài. Ý tưởng ở đây là thiết lập âm thanh lặp lại sau đó sử dụng (các) nguồn bổ sung để thêm những âm thanh đó vào sáng tác của bạn vào những thời điểm mong muốn bằng cách nhân điện áp của chúng với điện áp âm thanh. Bạn có thể đưa bao nhiêu điện áp vào đầu ra âm thanh cuối cùng tùy thích, chỉ cần tiếp tục nhân chúng (giống như logic "và") với nhau. Bằng cách bắt đầu tất cả các âm thanh cùng một lúc, chúng sẽ duy trì đồng bộ hoàn hảo trong suốt quá trình sáng tác, do đó chúng sẽ không bao giờ bị sớm hoặc muộn trong thời gian của bản nhạc. Hãy xem sáng tác_1.asc. Có hai chuông, một chuông ở mỗi kênh. Các điện áp xung_bóng hoạt động trong suốt quá trình mô phỏng nhưng âm thanh chỉ hiển thị ở đầu ra khi V (bell_r) và V (bell_l) không bằng 0.

Bước 8: Đường dốc theo cấp số nhân

Cập nhật 7 / 10- cuộn xuống dưới cùng Đây là một mạch tạo ra một đoạn đường theo cấp số nhân được áp dụng cho một cặp nguồn nhiễu. V1 và V2 tạo ra các đường dốc tuyến tính bắt đầu từ 0 và tăng lên X volt (kênh bên trái) và Y volt (kênh bên phải) trong khoảng thời gian prd_l và prd_r. B1 và B3 sử dụng công thức để chuyển đổi đường dốc tuyến tính thành đường dốc hàm mũ với biên độ tối đa là 1V. B2 và B4 tạo ra tiếng ồn ngẫu nhiên được điều chế biên độ bởi các dốc hàm mũ và bởi các tham số amp_l và amp_r (điều khiển mức đơn giản). Tôi đã đính kèm tệp mp3 do mạch này tạo ra để bạn có thể nghe thấy âm thanh của nó. Có thể bạn sẽ phải đổi tên tệp để phát. X và Y đặt giới hạn điện áp của các đường dốc tuyến tính. Cuối cùng, cả hai đoạn dốc của kênh đều được chia tỷ lệ thành 1V, nhưng bằng cách đặt X và Y, bạn có thể kiểm soát độ dốc của đoạn đường theo cấp số nhân. Một số nhỏ như 1 cung cấp một đoạn đường dốc gần như tuyến tính và một số lớn như 10 cho một đoạn đường dốc hàm mũ rất dốc. Khoảng thời gian đoạn đường nối được đặt bằng cách sử dụng các tham số prd_l và prd_r. Thời gian tăng của đoạn đường nối tuyến tính được đặt thành giá trị prd_l hoặc prd_r trừ đi 5 ms và thời gian giảm được đặt thành 5 ms. Thời gian giảm dài ngăn cản việc nhấp chuột ở cuối mỗi đoạn đường nối khi biên độ giảm trở lại 0.out_l và out_r là sản phẩm của điện áp nhiễu ngẫu nhiên dựa trên thời gian, điện áp dốc theo cấp số nhân và các tham số amp_l và amp_r. Lưu ý rằng giá trị nhiễu ngẫu nhiên của kênh bên phải sử dụng một "hạt giống" khác với kênh bên trái. Điều đó giữ cho tiếng ồn trong mỗi kênh ngẫu nhiên và khác với kênh đối diện. Nếu bạn sử dụng cùng một nguồn gốc, đồng thời giá trị, bạn sẽ nhận được cùng một giá trị ngẫu nhiên và âm thanh sẽ kết thúc ở trung tâm thay vì được coi là hai nguồn khác nhau, một trong mỗi kênh. Đây có thể là một hiệu ứng thú vị để chơi với… Cập nhật: lưu ý rằng dạng sóng đi từ 0V đến một giá trị dương nào đó. Tốt hơn là điện áp dao động giữa các giá trị âm và dương bằng nhau. Tôi đã làm lại giản đồ để làm điều đó nhưng nó làm tăng độ phức tạp của phương trình xác định dạng sóng một chút. Tải xuống exponential_ramp_noise.asc (hãy nhớ rằng máy chủ Guiductables sẽ thay đổi tên và phần mở rộng khi bạn lưu nó).

Bước 9: Đường dốc theo cấp số nhân được áp dụng cho sóng hình sin

Trang này hiển thị cách sử dụng đoạn đường nối theo cấp số nhân từ bước trước để điều chế nguồn sin (thực tế là sin và cosine). Nguồn điện áp hành vi được sử dụng để biến một đoạn dốc tuyến tính thành một đoạn dốc hàm mũ điều khiển đầu vào FM trên thành phần modulate2. Biên độ được điều chế bởi cả một đoạn dốc hàm mũ nhanh và một sóng sin chậm. Hãy nghe tập tin mẫu - nó nghe có vẻ khá kỳ lạ.

Bước 10: Đề xuất

1) Bạn có thể thay đổi tổng thời gian mô phỏng - giữ thời gian ngắn khi bạn đang chơi với các thành phần và khi bạn nhận được âm thanh mình thích, sau đó đặt trình mô phỏng chạy trong 30 phút (1800 giây) hoặc lâu hơn tùy thích. Bạn có thể sao chép các mạch từ trang này sang trang khác và bạn có thể tạo các mạch con để có thể kết nối các mô-đun mạch nhỏ với nhau giống như sử dụng bảng vá trên một bộ tổng hợp thực. 2) Tốc độ lấy mẫu của CD là 44,1 ksps. Nếu bạn giữ bước thời gian tối đa xuống 20 chúng tôi, bạn sẽ nhận được đầu ra "sạch" vì trình mô phỏng sẽ có sẵn dữ liệu cho mỗi mẫu mới. Nếu bạn sử dụng bước thời gian nhỏ hơn, mô phỏng sẽ chậm và có thể không ảnh hưởng đến âm thanh. Nếu bạn sử dụng bước thời gian dài hơn, bạn có thể nghe thấy một số răng cưa mà bạn có thể thích hoặc không. 3) sử dụng câu lệnh hộp thoại.save trên sơ đồ của bạn và khi bạn chạy mô phỏng và chỉ chọn một trong các điện áp hoặc dòng điện để giữ kích thước của tệp.raw nhỏ. Nếu bạn không thực hiện lựa chọn, TẤT CẢ điện áp và dòng điện sẽ được lưu và tệp.raw sẽ trở nên RẤT lớn. 4) thử sử dụng tần số rất thấp để điều chỉnh tần số cao hơn 5) thử sử dụng tần số cao hơn để điều chỉnh tần số thấp hơn. kết hợp đầu ra từ một số nguồn tần số thấp với một số nguồn tần số cao để tạo ra những điều thú vị.) sử dụng các biểu thức toán học để xác định đầu ra của nguồn điện áp hành vi