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加法合成器开源分享

消耗积分:0 | 格式:zip | 大小:0.00 MB | 2023-07-13

王婷

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描述

概述

声音的合成有着悠久的历史，并且开发了不同的合成方法。最常见的方法称为减法：基本波形由处理器（波表合成）或模拟组件生成；然后应用于滤波器并混合以生成输出信号。添加剂合成更复杂；它基于傅里叶变换。

傅立叶变换将时间函数（信号）分解为组成它的频率。变换给出振幅和相移的系数。每个周期信号都可以用不同频率、幅度、相移的正弦波之和来描述。

加法合成器通过对正弦波求和来工作，正弦波的频率基于输入频率（称为声音的音调）。

 
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。（FPGA 平台）

此外，还需要一部带蓝牙功能的手机与系统进行通信。

该项目的重点是以当今的另一种方式产生声音。加法合成可以根据其定义（傅立叶级数）创建信号的所有现有形状。此外，我们可以记录来自麦克风的信号的 FFT 并通过正弦波再现它（之后，可以在信号中编辑单个正弦波！）。

体系结构是在 VHDL（音频编解码器驱动程序、加法合成生成器）中开发的。软处理器 Microblaze 用于控制信号流（FFT、DMA 通道到编解码器、内存、蓝牙、附加发生器系数）。代码是用C实现的。

建筑学

系统包括：

  • 微火处理器
  • DDR3内存
  • 由自定义 IP 驱动的音频编解码器（具有中央 DMA 通道和 512 个样本 FIFO [L 和 R 音频通道]）
  • 具有 FIFO 的 Xilinx FFT IP
  • 蓝牙串口
  • 添加剂发生器 IP
 
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添加剂发生器块设计
 

添加剂发生器IP

  • AXI Memory-Mapped - 由 Xilinx 提供的块，允许 Microblaze 处理器访问 IP 存储器，该存储器存储有关音高、振幅 (k)、相移 (k) 的数据，其中 k 是正弦波的索引。
  • 相位发生器 - 根据音调、相移和先前的相位值计算相位值。
 
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相位生成算法
 
  • 数据生成器——向 DDS 编译器提供信号流
  • DDS 编译器 - Xilinx IP，将正弦波表存储在 Block RAM 中。输入：16 位相位值，输出：16 位正弦波值。
  • 振幅乘数 - 执行等式 A * sin[n]，其中 A 是 (0 ; 1)（16 位分数值）。
  • 混频器——添加所有的正弦波。
  • 归一化 - 将输出乘以基于正弦波计数的因子（提供满量程输出）

现在的进展

现阶段外设（音频编解码器驱动、蓝牙）和处理器架构（DMA、内存、FFT）全部完成并测试。加法发生器在软件中工作（由 Adder、Multiplier、Normalizer IP 和 DDS Compiler IP 支持），能够实时生成包含多达 10 个正弦波的信号。

 
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输出波形
 

完成的步骤：

  • 音频编解码器驱动 IP，数据存储在 FIFO 中，通过 DMA 通道传输 - 音频编解码器演示由 Digilent 共享，不幸的是，系统无法实时播放声音（演示是为播放录制的数据包而设计的），设计已修改现在播放声音时没有任何延迟、咔哒声、噪音等。
  • Android 应用程序 - 允许与系统连接（通过蓝牙），开发了用于设置 10 个正弦波的图形界面
  • Additive Generator IP 的基础模块

未来的步骤：

  • 将 Additive Generator 集成到一个能够生成 1024 个正弦波的模块中
  • 实例化更多的 Additive Generator 块（主要目标：10000 个正弦波）
  • 开发Android应用程序由用户绘制频谱并添加设置相移功能（现在用户只能设置正弦波的幅度）
  • 添加记录 FFT 和再现信号选项
  • 加调制——一段时间内一组正弦波的幅值和相移的变化
  • 添加 MIDI 支持
 
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安卓应用程序图形用户界面
 

。。

 
  • 将 PMOD BT2 模块连接到 Nexys Video 的 JA 端口。在 BT2 上设置跳线 J2（现在 BT2 自动接受来自蓝牙主设备的配对请求）。
 
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在 BT2 上设置 JP2 跳线
 

 

 
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将 BT2 连接到 Nexys Video 的 JA 端口
 
  • 将耳机或扬声器连接到耳机端口（黑色插孔端口）。您还可以将 Analog Discovery 2 作为示波器连接（您将需要插孔电缆）。
 
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Analog Discovery 2 连接 - 我使用改良的 jack-RCA 电缆
 

 

 
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RCA 插头被切断，金针被焊接到 RCA 电缆上，现在我们可以连接示波器了
 
  • 在您的手机上安装 android 应用程序 - app-debug.apk （我的GitHub存储库中的文件夹输出）。这是未经授权的应用程序，您的手机不允许您安装它：如何安装。
  • 将您的手机与 BT2 配对并运行蓝牙 MIDI应用程序。
 
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选择“配对设备”
 

 

 
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将出现配对设备列表 - 选择 BT2 模块 (RNBT)
 

 

 
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如果连接成功，您将看到应用程序的主窗口
 
  • 您可以控制声音的音高（频率）和 10 个正弦波（谐波）的振幅
  • 就是这样！

 

 

 

 

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