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Fadis
May 09, 2015
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シンセサイザー入門
mbedのDAコンバータを使って色んな方式のシンセサイザーの仕組みを解説します
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May 09, 2015
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Transcript
γϯηαΠβʔೖ
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দྛঘཧ IUUQTHJUIVCDPN'BEJT HJUIVC͡Ί·ͨ͠ ࠓճհ͢Δίʔυ ͜͜Ͱެ։த ࣗݾհ
ݹͷੲ ୈҰճΧʔωϧ7.୳ݕୂ!ؔ CFFQԻͰԿ͕ग़དྷΔ͔
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ԻͷपʹΑͬͯԻ֊͕มΘΔ ͜͜ ͜͜
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γϯηαΠβʔͷجຊ ҙਤͨ͠Ի֊ʹରԠ͢ΔपΛ ओͱ͢ΔΛ࡞Δ
ྲྀߦͷϚΠίϯNCFE͞Μ AnalogOut
#include "mbed.h" AnalogOut audio_out(p18); const float freq_table[ 8 ] =
{ 523.25113f, 587.32953f, 659.25511f, 698.45646f, 783.99087f, 880.00000f, 987.76660f, 1046.5022f, }; int main() { while(1) { for( int note = 0; note != 8; ++note ) for( float time = 0.0f; time < 1.0f; time += 1.0f/16000.0f ) { Timer used_time; used_time.start(); audio_out = sinf( time * freq_table[ note ] * 3.141592f * 2.0f ) * 0.5f + 0.5f; used_time.stop(); wait(1.0f/16000.0f-used_time.read()); } } }
αΠζͷ߹ͰಈըΧοτʜ
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Τϯϕϩʔϓ ͬͱෳࡶͳԻΛग़͍ͨ͠ ԻྔΛܦա࣌ؒʹԠͯ͡มԽͤ͞Δ ͜͜Ͱ໐Β͢ͷΛΊͨ ͜͜Ͱ໐Β͠͡Ίͨ
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σΟέΠ γϩϑΥϯ Ϊλʔ ໐Β͠͡Ίͯ࠷େԻྔʹୡͨ͠ޙ ͙͢ʹԻྔ͕Լ͕Δ ໐Β͠͡Ίͯ࠷େԻྔʹୡͨ͠ޙ Ώͬ͘ΓԻྔ͕Լ͕Δ ͜ͷ෦ͷ͞Λม͑Δ͜ͱͰରԠ
αεςΠϯ ϐΞϊ ΦϧΨϯ ݤ൫Λԡ͍ͯ͠Δ࣌ؒʹؔΘΒͣ ͋Δఔͷ࣌ؒͰԻ͕ফ͑Δ ݤ൫Λԡ͍ͯ͠ΔݶΓࡍݶͳ͘ Ի͕໐Γଓ͚Δ ͜ͷ෦ͷେ͖͞Λม͑Δ͜ͱͰରԠ
ϦϦʔε ΦϧΨϯ ενʔϧυϥϜ ͘ͷΛΊΔͱ ൺֱత࣌ؒͰԻ͕ফ͑Δ ͜ͷ෦ͷ͖Λม͑Δ͜ͱͰରԠ ͘ͷΛΊͯԻ͕ ফ͑Δ·Ͱʹ͋Δఔͷ࣌ؒΛཁ͢
Τϯϕϩʔϓ º
#include "mbed.h" AnalogOut audio_out(p18); DigitalIn button(p19); class Envelope { bool
note_stat; float prev; public: Envelope() : note_stat( true ), prev( 0.0f ) {} void off() { note_stat = false; } float operator()( float _time ) { if( note_stat ) { if( _time < 0.2f ) prev = _time / 0.2f; else if( _time < 0.7f ) prev = 1.0f - ( _time - 0.2f ); else prev = 0.5f; return prev; } else return ( prev - _time < 0.0f ) ? 0.0f : prev - _time; } }; int main() { while(1) { Envelope envelope; float time, note_off_time; for( time = 0.0f; button; time += 1.0f/16000.0f ) { Timer used_time; used_time.start(); audio_out = envelope( time ) * sinf( time * 880.0f * 3.141592f * 2.0f ) * 0.4f + 0.5f; used_time.stop(); wait(1.0f/16000.0f-used_time.read()); } envelope.off(); for( note_off_time = time; !button; time += 1.0f/16000.0f ) { Timer used_time; used_time.start(); audio_out = envelope( time - note_off_time ) * sinf( time * 880.0f * 3.141592f * 2.0f ) * 0.4f + 0.5f; used_time.stop(); wait(1.0f/16000.0f-used_time.read()); } } }
αΠζͷ߹ͰಈըΧοτʜ
ϋϞϯυΦϧΨϯ αΠϯͱ͔ۣܗͱ͔Ͱͳ͘ ͬͱෳࡶͳܗΛ͏͜ͱͰ ଟ࠼ͳԻ৭ΛͰ͍ͨ ෳͷαΠϯΛॏͶ߹ΘͤΔ ࡞ઓ
ϋϞϯυΦϧΨϯ ഒ ഒ ഒ ഒ ̏ഒ ̐ഒ ഒ ̒ഒ ഒ
جԻ ͜ΕΒͷഒԻΛҙͷԻྔͰॏͶ߹ΘͤΔ
ϋϞϯυΦϧΨϯ ຊͷϋϞϯυΦϧΨϯ αΠϯͷࠁ·Εͨຕͷԁ൫Λ ߴճసͤ͞Δ͜ͱͰ֤पͷΛ࡞͍ͬͯͨ ϚΠίϯͰ؆୯ʹαΠϯΛ࡞ΕΔ࣌Ͱ ຊʹྑ͔ͬͨ
... template< typename Traits > class Hammond { public: Hammond(){}
fixed32< 16 > operator()( fixed32< 16 > _time ) { static const fixed32< 16 > scale_16 = 220.0f; static const fixed32< 16 > scale_8 = 440.0f; static const fixed32< 16 > scale_513 = 659.3f; static const fixed32< 16 > scale_4 = 880.0f; static const fixed32< 16 > scale_223 = 1318.5f; static const fixed32< 16 > scale_2 = 1760.0f; static const fixed32< 16 > scale_135 = 2217.0f; static const fixed32< 16 > scale_113 = 2637.0f; static const fixed32< 16 > scale_1 = 3520.0f; fixed32< 16 > sum = 0.0f; sum += sint( _time * scale_16 ) * Traits::level_16; sum += sint( _time * scale_8 ) * Traits::level_8; sum += sint( _time * scale_513 ) * Traits::level_513; sum += sint( _time * scale_4 ) * Traits::level_4; sum += sint( _time * scale_223 ) * Traits::level_223; sum += sint( _time * scale_2 ) * Traits::level_2; sum += sint( _time * scale_135 ) * Traits::level_135; sum += sint( _time * scale_113 ) * Traits::level_113; sum += sint( _time * scale_1) * Traits::level_1; fixed32< 16 > max = 0.0f; max += Traits::level_16; max += Traits::level_8; max += Traits::level_513; max += Traits::level_4; max += Traits::level_223; max += Traits::level_2; max += Traits::level_135; max += Traits::level_113; max += Traits::level_1; sum /= max; return sum; } private: }; ...
αΠζͷ߹ͰಈըΧοτʜ
ϋϞϯυΦϧΨϯ ϑʔϦΤڃΑΓ ͋ΒΏΔܗαΠϯͷॏͶ߹ΘͤͰ࡞ΕΔ͕ Ұൠʹेͳ࣭ΛಘΔҝʹཁٻ͞ΕΔ αΠϯͷඇৗʹଟ͘ ͔͔ͨͩݸఔͷαΠϯͰ େͨ͠Ի৭ͷࣗ༝ಘΒΕͳ͍
'.Իݯ αΠϯͱ͔ۣܗͱ͔Ͱͳ͘ ͬͱෳࡶͳܗΛ͏͜ͱͰ ଟ࠼ͳԻ৭ΛͰ͍ͨ '.มௐΛͬͯαΠϯΛΊΔ ࡞ઓ
ΦϖϨʔλ PVUQVUTJO DMPDL JOQVU FOWFMPQF ·ͨผͷΦϖϨʔλ ΦʔσΟΦग़ྗ·ͨผͷΦϖϨʔλ
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ೖྗଆͷԻྔͰΈ۩߹͕ௐઅͰ͖Δ ΦϖϨʔλ ΦϖϨʔλ ΦϖϨʔλ ΦϖϨʔλ
ೖྗଆͷԻྔͰΈ۩߹͕ௐઅͰ͖Δ PVUQVUTJO DMPDL JOQVU FOWFMPQF ΦϖϨʔλʹ Τϯϕϩʔϓ͕͍͍ͭͯΔ ΦʔσΟΦग़ྗʹܨ͕͍ͬͯͳ͍ ΦϖϨʔλͷΤϯϕϩʔϓ
ܗͷΈΛ࣌ؒมԽͤ͞ΔͨΊʹ͑Δ
... class Const { public: fixed32< 16 > operator()( fixed32<
16 > _time ) { static const fixed32< 16 > value = 0; return value; } }; ! template< typename Source > class FM { public: FM() {} void off( fixed32< 16 > _off_time ) { envelope.off( _off_time ); } fixed32< 16 > operator()( fixed32< 16 > _time ) { fixed32< 16 > looped_time = _time - static_cast< int >( _time ); return sint( ( looped_time * 880.0f + source( _time ) / 2 ) ) * envelope( _time ); } private: Source source; Envelope envelope; }; ! int main() { while(1) { FM< FM< Const > > fm; fixed32< 16 > time, note_off_time; for( time = 0.0f; button; time += 1.0f/16000.0f ) { Timer used_time; used_time.start(); audio_out = fm( time ) * 0.4f + 0.5f; used_time.stop(); wait(1.0f/16000.0f-used_time.read()); } fm.off( time ); ...
αΠζͷ߹ͰಈըΧοτʜ
'.Իݯ '.มௐͷ݁Ռײతʹ༧͠ਏ͍ͨΊ ҙਤͨ͠Ի৭Λ࡞ΔͨΊʹࢼߦࡨޡ͕ඞཁ
ܗςʔϒϧԻݯ αΠϯͱ͔ۣܗͱ͔Ͱͳ͘ ͬͱෳࡶͳܗΛ͏͜ͱͰ ଟ࠼ͳԻ৭ΛͰ͍ͨ ࣄલʹ༻ҙͨ͠ܗσʔλΛ͏ ࡞ઓ
ܗςʔϒϧԻݯ ٕज़తʹ໘ന͘ͳ͍͚Ͳ ͦΕͳΓʹྑ͍Ի͕ग़Δํ๏ ͋Β͔͡Ίຊͷָث͔ΒԻ͖ͯͨ͠ ܗσʔλΛԻ֊ʹରԠ͢Δ͞ͰᢞΊΔ ྻ
... class Guiter { public: virtual fixed32< 16 > operator()(
fixed32< 16 > _pos ) { static const int16_t guiter_table[ 512 ] = { -32735, -32583, -32431, -32279, -32127, -31975, -31823, -31671, ... -27519, -28171, -28823, -29475, -30127, -30779, -31431, -32083, }; fixed32< 16 > result; fixed32< 16 > a4 = _pos * 220.0f; int pos = ( a4.get() >> 7 ) % 512; // pos = pos * 880 % 512; int32_t value = static_cast< int32_t >( guiter_table[ pos ] ) << 1; result.set( value ); return result * envelope( _pos ); } void off( fixed32< 16 > _off_time ) { envelope.off( _off_time ); } private: Envelope envelope; }; ...
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ܗςʔϒϧԻݯ ࣮ͷଘࡏ͠ͳ͍ԻΛ࡞Δͷࠔ ࣌ؒมԽ͢ΔԻ৭Λѻ͏ͷ͕ࠔ
࠷ऴతʹग़དྷ্͕ͬͨͷ ͦͷଞ৭ʑ࣮͚ͨ͠Ͳ ͦͷΜͷղઆ·ͨͷػձʹ Ψοπͷ͋Δਓ ιʔεΛݟͯΈΔͱ͍͍͔
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