Síntesis de sonido analógico en su computadora: 10 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:45

¿Te gusta el sonido de esos viejos sintetizadores analógicos? ¿Quieres jugar con uno en tu propio tiempo, en tu propio lugar, durante el tiempo que quieras, GRATIS? Aquí es donde sus sueños más salvajes de Moog se hacen realidad. Puede convertirse en un artista de grabación electrónica o simplemente hacer algunos sonidos geniales y alucinantes para escuchar en su reproductor de mp3. ¡Todo lo que necesitas es una computadora! Todo se hace a través de la magia de un simulador de circuito gratuito llamado LTSpice. Ahora sé que probablemente estás diciendo "Caray Willikers, Tyler, no sé nada acerca de ejecutar un simulador de circuitos, ¡eso suena DIFÍCIL!". ¡No te preocupes, Bunky! Es fácil y te daré algunas plantillas para empezar y modificar para hacer los ruidos extraños que quieras. ¿No estás seguro de que valga la pena el esfuerzo? Aquí hay un enlace a un archivo de sonido listo para reproducir (está hecho a partir de "composición_1.asc" en el paso 7 de este archivo) que puede probar. Lo convertí de.wav a mp3 para reducir el tiempo de descarga. https://www.rehorst.com/mrehorst/instructables/composition_1.mp3 Hay algunos graves en el sonido, así que escúchalo con auriculares o buenos altavoces. Si te gusta lo que ves, ¡vota por mí! Nota: He adjuntado archivos esquemáticos para LTSpice que puede ejecutar en su computadora, pero por alguna razón, cuando intenta descargarlos, los nombres y extensiones cambian. El contenido de los archivos se ve bien, así que después de descargar los archivos, simplemente cambie los nombres y extensiones y deberían funcionar. Los nombres y extensiones correctos se muestran en los iconos en los que hace clic para descargar.

Paso 1: Primero lo primero

LTSpice es un programa de Windows, pero no dejes que eso te deprima. Funciona bien en Wine en Linux. Sospecho que no hay problemas para ejecutarlo en el cliente VMWare, VirtualBox u otras herramientas de virtualización en Linux, y probablemente también en Mac. Descargue una copia de LTSpice para Windows (¡uf!) Aquí: https://www.linear.com/ designtools / software / ltspice.jsp Instálelo. ¿Qué es LTSpice? Es un simulador de circuitos en el dominio del tiempo que todo aficionado a la electrónica debería saber utilizar. No voy a proporcionar un tutorial detallado sobre cómo funciona aquí, pero explicaré algunas cosas que necesitará saber a medida que avanzamos. Una advertencia: es fácilmente posible producir frecuencias que son demasiado bajas. o demasiado alto para escuchar. Si hace eso y maneja sus costosos parlantes con un amplificador de alta potencia, puede volar sus parlantes / amplificador en pedazos. SIEMPRE observe las formas de onda antes de reproducirlas y tenga cuidado de limitar el volumen cuando reproduzca un archivo por primera vez solo para estar seguro. Siempre es una buena idea reproducir los archivos con auriculares baratos a bajo volumen antes de probar los altavoces.

Paso 2: Entrada

La entrada al simulador tiene la forma de un diagrama esquemático. Usted selecciona los componentes, los coloca en el esquema y luego los conecta. Una vez que su circuito está completo, le dice al simulador cómo desea que simule el circuito y qué tipo de salida desea. Eche un vistazo al esquema llamado resistors.asc. Verá que hay un circuito que incluye una fuente de voltaje, un par de resistencias, un nodo de salida etiquetado, una tierra y una línea de comando de texto. Echemos un vistazo a cada uno. Ahora es un buen momento para abrir el archivo de circuito vinculado a continuación. Tierra: Este es el componente MÁS CRÍTICO en su esquema. DEBE tener una conexión a tierra en al menos un punto de su circuito o obtendrá resultados muy extraños de sus simulaciones. La fuente de voltaje: si está poniendo un voltaje en un circuito, debe decirle si es CA o CC (o algo más complejo), cuál es el voltaje, la "resistencia interna" de la fuente, etc. Puede ingresar esos parámetros haciendo clic derecho con el puntero en la fuente. Todo lo que realmente necesita es la resistencia para simulaciones simples. Resistores: Los resistores son bastante fáciles de entender. Simplemente haga clic derecho para establecer el valor de resistencia. Ignore cualquier otro parámetro que pueda estar escondido allí. Nodos de entrada y salida etiquetados: solo nombres para los nodos en el circuito que sean fáciles de usar.- use nombres como "salida", "entrada", etc. La directiva de simulación: la declaración.tran le dice al simulador cómo desea que se simule el circuito. Este es un simulador en el dominio del tiempo, lo que significa que analiza el circuito en diferentes puntos en el tiempo. Debe indicarle cuál debe ser el intervalo de tiempo máximo y cuánto tiempo debe ejecutarse la simulación en "tiempo de circuito", no en tiempo real. Si le dice al simulador que se ejecute durante 10 segundos de tiempo de circuito y establece el paso de tiempo máximo en 0,001 segundos, analizará el circuito al menos 10, 000 veces (10 seg / 0,001 seg) y luego se detendrá., el voltaje en cada nodo del circuito y las corrientes de entrada y salida de cada nodo se calcularán y guardarán en cada paso de tiempo. Toda esa información estará disponible para trazar en una pantalla como una pantalla de osciloscopio (tiempo del eje horizontal, voltaje o corriente en el eje vertical. Alternativamente, también puede enviar la salida a un archivo de audio.wav que puede reproducir en un computadora, grabe en un CD o conviértalo a mp3 para reproducirlo en su reproductor de mp3. Más sobre eso más adelante …

Paso 3: Salida

La salida puede ser un diagrama gráfico de voltaje frente a tiempo, voltaje frente a voltaje, etc., o un archivo de texto que consta de un montón de voltajes o corrientes en cada paso de tiempo, o un archivo de audio.wav que vamos a usar mucho en este instructable. Descargue y abra el archivo "resistors.asc". Haga clic en el símbolo del pequeño hombre corriendo (parte superior izquierda de la pantalla) y el circuito debería funcionar. Ahora haga clic en la etiqueta "OUT" en el circuito. Verá el voltaje etiquetado como "salida" que se muestra en la salida gráfica a lo largo de un eje horizontal que representa el tiempo. Ese es el voltaje medido en relación con la tierra (¡es por eso que necesita al menos una tierra en cada circuito!) Esos son los conceptos básicos. Intente cambiar uno de los valores de la resistencia o el voltaje, luego vuelva a ejecutar la simulación y vea qué sucede con el voltaje de salida. Ahora sabe cómo ejecutar un simulador de circuitos. Fácil, ¿no?

Paso 4: ¡Ahora algo de sonido

Abra el circuito llamado "dizzy.asc". Este es un generador de ruido extraño que usa un modulador y un par de fuentes de voltaje para producir un archivo de audio con calidad de CD (16 bits, 44.1 ksps, 2 canales) con el que puedes jugar. El componente del modulador es en realidad un oscilador. Tanto la frecuencia como la amplitud son ajustables como un VCO y VCA en un sintetizador analógico real. La forma de onda es siempre sinusoidal, pero hay formas de alterarla; hablaremos de eso más adelante. Los límites de frecuencia se establecen mediante los parámetros de marca y espacio. La marca es la frecuencia cuando el voltaje de entrada de FM es 1V y el espacio es la frecuencia cuando el voltaje de entrada de FM es 0V. La frecuencia de salida es una función lineal del voltaje de entrada de FM, por lo que la frecuencia estará a medio camino entre las frecuencias de marca y espacio cuando el voltaje de entrada de FM sea 0.5V y será el doble de la frecuencia de marca cuando el voltaje de entrada de FM sea 2V. El modulador también se puede modular en amplitud a través del pin de entrada AM. La amplitud de salida del modulador (oscilador) coincidirá con el voltaje aplicado a la entrada de voltaje AM. Si usa una fuente de CC con un voltaje de 1, la amplitud de salida será de 1 V (eso significa que oscilará entre -1 y +1 V). El modulador tiene dos salidas: seno y coseno. Las formas de onda son exactamente iguales excepto que están desfasadas 90 grados. Esto puede ser divertido para aplicaciones de audio estéreo. Hay una declaración.tran que le dice al simulador el paso de tiempo máximo y la duración de la simulación. En este caso, circuito-tiempo (tiempo total de simulación) = tiempo del archivo de audio. Eso significa que si ejecuta la simulación durante 10 segundos, obtendrá un archivo de audio de 10 segundos de duración. La instrucción.save se usa para minimizar la cantidad de datos que el simulador guardará mientras ejecuta la simulación. Normalmente, guarda los voltajes en cada nodo y las corrientes que entran y salen de cada componente. Eso puede sumar MUCHOS datos si su circuito se complica o ejecuta una simulación larga. Cuando ejecute la simulación, simplemente seleccione un voltaje o corriente de la lista en el cuadro de diálogo y el archivo de datos (.raw) será pequeño, y la simulación se ejecutará a la velocidad máxima. Finalmente, la declaración.wave le dice al simulador que Cree un archivo de audio estéreo con calidad de CD (16 bits por muestra, 44,1 ksps, dos canales) poniendo el voltaje en "OUTL" en el canal izquierdo y el voltaje en "OUTR" en el canal derecho. El archivo.wav consta de muestras de 16 bits. La salida de escala completa en el archivo.wav (los 16 bits de una muestra activados) se produce cuando el voltaje que se emite es exactamente +1 voltio o -1 voltio. Su circuito de sintetizador debe estar configurado para generar voltajes no más de +/- 1V en cada canal, de lo contrario, la salida en el archivo.wav será "recortada" siempre que el voltaje exceda +1 o -1 V. un archivo de audio que se muestrea a 44.1 ksps, necesitamos que el simulador simule el circuito al menos 44, 100 veces por segundo, por lo que establecemos el paso de tiempo máximo en 1/44, 100 segundos o aproximadamente 20 microsegundos (nosotros).

Paso 5: Otros tipos de fuentes de voltaje, otros tipos de sonidos

Un sintetizador analógico necesita una fuente de ruido aleatorio. Puede generar ruido usando una "fuente de voltaje de comportamiento" (bv) y puede encenderlo y apagarlo usando un "interruptor controlado por voltaje" (sw). Usar el componente bv para generar ruido implica definir el voltaje según una fórmula. La fórmula para generar ruido se ve así: V = blanco (tiempo * X) * Y La función de blanco crea un voltaje aleatorio entre -0,5 y +0,5 V utilizando el valor de tiempo actual como semilla. Establecer Y en 2 da una oscilación de +/- 1V. Establecer X entre 1, 000 (1e3) y 100, 000 (1e5) afecta el espectro del ruido y cambia el sonido. El interruptor controlado por voltaje también necesita que se establezcan algunos parámetros en una declaración.model. Puede usar múltiples interruptores controlados por voltaje y múltiples declaraciones de modelos para hacer que cada uno se comporte de manera diferente si lo desea. Tienes que decirle al simulador las resistencias de "encendido" y "apagado" y el voltaje umbral al que se enciende. Vh es "voltaje de histéresis". Configúrelo en un valor positivo como 0.4V y no habrá ningún sonido de clic cuando el interruptor se abra y se cierre. >>> Actualización: aquí hay una forma aún más fácil de hacer una fuente de ruido con compuerta: simplemente multiplique el voltaje del ruido por un pulsado fuente: consulte easy_gated_noise.asc, a continuación.

Paso 6: campanas, tambores, platillos, cuerdas pulsadas

Las campanas, los tambores, los platillos y las cuerdas punteadas son de percusión. Tienen un tiempo de subida relativamente rápido y un tiempo de caída exponencial. Son fáciles de crear usando fuentes de voltaje sinusoidal y de comportamiento combinadas con algunos circuitos simples. Mire el esquema "bell_drum_cymbal_string.asc". Las fuentes de voltaje pulsado con la resistencia, el condensador y el diodo crean las formas de onda de aumento rápido y disminución exponencial lenta necesarias. Esos voltajes de salida modulan las salidas de las fuentes de comportamiento configuradas como fuentes de onda sinusoidal o ruido aleatorio. Cuando aumenta la tensión de la fuente pulsada, se carga rápidamente el condensador. El condensador luego se descarga a través de la resistencia. El diodo evita que la fuente de voltaje descargue el capacitor cuando el voltaje de la fuente es cero. Los valores de resistencia más grandes aumentan el tiempo de descarga. Puede especificar el tiempo de subida de la fuente pulsada: el platillo es una fuente nise con un tiempo de subida muy rápido. El tambor también es una fuente de ruido que funciona a una frecuencia más baja y tiene un tiempo de subida más lento. La campana y la cuerda utilizan fuentes de onda sinusoidal que también son moduladas por fuentes pulsadas. La campana opera a una frecuencia más alta y tiene un tiempo de subida más rápido que la cuerda. Ejecute la simulación y escuche el resultado. Tenga en cuenta que el tambor aparece en ambos canales mientras que todos los demás sonidos son del canal derecho o izquierdo. Las dos resistencias en la salida de la batería son responsables de poner el sonido en ambos canales.

Paso 7: Poniéndolo todo junto

Bien, ahora has visto cómo hacer algunos sonidos y cómo dar forma a las envolventes y modular la frecuencia. Ahora es el momento de juntar algunas fuentes diferentes en un solo esquema y generar algo interesante para escuchar. ¿Cómo logras que esa fuente de ruido entre en la composición a los 33 segundos? ¿Cómo enciendes esa campana que suena a los 16 segundos, luego la apagas y luego la enciendes de nuevo a los 42 segundos? Una forma es usar una fuente de voltaje de comportamiento para producir el sonido deseado y luego encenderlo y apagarlo multiplicando el voltaje que genera el sonido por otro voltaje que enciende y apaga el sonido, como se hizo en bell_drum_cymbal_string.asc. Puede hacer el mismo tipo de cosas para atenuar los sonidos hacia adentro y hacia afuera. La idea aquí es configurar sonidos repetidos y luego usar fuentes adicionales para agregar esos sonidos a su composición en los momentos deseados multiplicando sus voltajes por los voltajes de sonido. Puede incluir tantos voltajes en la salida de sonido final como desee, simplemente siga multiplicándolos (igual que los "y" lógicos) juntos. Al iniciar todos los sonidos a la vez, permanecerán en perfecta sincronización a lo largo de la composición, por lo que nunca llegarán temprano o tarde al tiempo de la música. Mira composición_1.asc. Hay dos campanas, una en cada canal. Los voltajes de pulse_bell operan durante toda la simulación, pero los sonidos solo aparecen en la salida cuando V (bell_r) y V (bell_l) no son iguales a 0.

Paso 8: Rampa exponencial

Actualización 7/10: desplácese hacia abajo Aquí hay un circuito que genera una rampa exponencial aplicada a un par de fuentes de ruido. V1 y V2 generan rampas lineales que comienzan en 0 y suben a X voltios (canal izquierdo) e Y voltios (canal derecho) en los períodos prd_l y prd_r. B1 y B3 usan una fórmula para convertir las rampas lineales en rampas exponenciales con amplitudes máximas de 1V. B2 y B4 generan ruido aleatorio que es modulado en amplitud por las rampas exponenciales y por los parámetros amp_l y amp_r (controles de nivel simples). He adjuntado un archivo mp3 generado por este circuito para que puedas escuchar cómo suena. Probablemente tendrá que cambiar el nombre del archivo para que se reproduzca. X e Y establecen los límites de voltaje de las rampas lineales. Eventualmente, las rampas de ambos canales se escalan a 1V, pero al configurar X e Y puede controlar la inclinación de la rampa exponencial. Un número pequeño como 1 da una rampa casi lineal, y un número grande como 10 da una rampa exponencial muy empinada. Los períodos de rampa se establecen mediante los parámetros prd_l y prd_r. El tiempo de subida de la rampa lineal se establece en el valor prd_l o prd_r menos 5 ms, y el tiempo de caída se establece en 5 ms. El tiempo de caída más largo evita hacer clic al final de cada rampa cuando la amplitud vuelve a cero. Out_l y out_r son los productos de los voltajes de ruido aleatorio basados en el tiempo, los voltajes de rampa exponencial y los parámetros amp_l y amp_r. Tenga en cuenta que el valor de ruido aleatorio del canal derecho utiliza una "semilla" diferente que el canal izquierdo. Eso mantiene el ruido en cada canal aleatorio y diferente del canal opuesto. Si usa la misma semilla, al mismo valor de tiempo obtendrá el mismo valor aleatorio y el sonido terminará en el centro en lugar de ser percibido como dos fuentes diferentes, una en cada canal. Este podría ser un efecto interesante para jugar … Actualización: observe que la forma de onda va de 0V a algún valor positivo. Es mejor que el voltaje oscile entre valores iguales positivos y negativos. Modifiqué el esquema para hacer precisamente eso, pero aumentó un poco la complejidad de la ecuación que define la forma de onda. Descargue exponential_ramp_noise.asc (recuerde que el servidor Instructables cambiará el nombre y la extensión cuando lo guarde).

Paso 9: Rampa exponencial aplicada a una onda sinusoidal

Esta página muestra cómo usar la rampa exponencial del paso anterior para modular una fuente de seno (en realidad, seno y coseno). La fuente de voltaje de comportamiento se utiliza para convertir una rampa lineal en una rampa exponencial que impulsa la entrada de FM en un componente modulado2. La amplitud se modula mediante una rampa exponencial rápida y una onda sinusoidal lenta. Escuche el archivo de muestra, suena bastante extraño.

Paso 10: sugerencias

1) Puede variar el tiempo total de simulación: sea breve mientras juega con los componentes y cuando obtenga el sonido que le gusta, luego configure el simulador para que se ejecute durante 30 minutos (1800 segundos) o el tiempo que desee. Puede copiar circuitos de una página a otra y puede crear subcircuitos para que pueda conectar pequeños módulos de circuito juntos, como usar una placa de conexiones en un sintetizador real. 2) La frecuencia de muestreo de un CD es 44,1 ksps. Si mantiene el intervalo de tiempo máximo en 20 us obtendrá una salida "limpia" porque el simulador tendrá datos disponibles para cada nueva muestra. Si utiliza un intervalo de tiempo más pequeño, la simulación será lenta y probablemente no tendrá ningún efecto en el sonido. Si usa un intervalo de tiempo más largo, es posible que escuche algunos alias que le pueden gustar o no. tamaño del archivo.raw pequeño. Si no hace una selección, TODOS los voltajes y corrientes se guardarán y el archivo.raw se volverá MUY grande. 4) intente usar frecuencias muy bajas para modular frecuencias más altas 5) intente usar frecuencias más altas para modular frecuencias más bajas. 6) Combine salidas de algunas fuentes de baja frecuencia con algunas fuentes de alta frecuencia para hacer las cosas interesantes.7) use una fuente de voltaje pulsado para modular un seno u otra fuente para proporcionar ritmo.8) use circuitos analógicos para dar forma a los pulsos de voltaje en algo que desee.9) utilizan expresiones matemáticas para definir la salida de una fuente de voltaje de comportamiento