Síntesis de tabla de ondas
Técnica de síntesis de audio digital

La síntesis de tabla de ondas es una técnica de síntesis de sonido utilizada para crear formas de onda cuasiperiódicas que suelen emplearse en la producción de tonos o notas musicales .

Desarrollo

La síntesis de tabla de ondas fue inventada por Max Mathews en 1958 como parte de MUSIC II . MUSIC II “tenía polifonía de cuatro voces y era capaz de generar dieciséis formas de onda mediante la introducción de un oscilador de tabla de ondas”. [1]

Hal Chamberlin analizó la síntesis de tabla de ondas en la edición de septiembre de 1977 de Byte . [2] Wolfgang Palm de Palm Products GmbH (PPG) desarrolló su versión a fines de la década de 1970 [3] y la publicó en 1979. [4] Desde entonces, la técnica se ha utilizado como método de síntesis principal en sintetizadores construidos por PPG y Waldorf Music y como método de síntesis auxiliar por Ensoniq y Access . Actualmente se utiliza en sintetizadores de hardware de Waldorf Music y en sintetizadores de software para PC y tabletas, incluidas las aplicaciones ofrecidas por PPG y Waldorf, entre otros.

También fue desarrollado independientemente por Michael McNabb, quien lo utilizó en su composición de 1978 Dreamsong . [5] [6]

Principio

La síntesis de tabla de ondas se basa fundamentalmente en la reproducción periódica de múltiples formas de onda arbitrarias de un solo ciclo . [7] En la síntesis de tabla de ondas, se emplea algún método para variar o modular la forma de onda seleccionada en la tabla de ondas. La posición en la tabla de ondas selecciona la forma de onda de un solo ciclo. La interpolación digital entre formas de onda adyacentes permite cambios dinámicos y suaves del timbre del tono producido. El barrido de la tabla de ondas en cualquier dirección se puede controlar de varias maneras, por ejemplo, mediante el uso de un LFO, envolvente, presión o velocidad.

Muchas tablas de ondas utilizadas en los sintetizadores PPG y Ensoniq pueden simular los métodos utilizados por los sintetizadores analógicos , como la modulación por ancho de pulso , utilizando una serie de ondas cuadradas con diferentes ciclos de trabajo . De esta manera, cuando se realiza un barrido de la tabla de ondas, el ciclo de trabajo de la onda de pulso parecerá cambiar con el tiempo. Como los primeros sintetizadores de tabla de ondas Ensoniq tenían filtros no resonantes (los sintetizadores PPG Wave usaban filtros resonantes Curtis analógicos), algunas tablas de ondas contenían formas de onda altamente resonantes para superar esta limitación de los filtros.

Confusión entre la síntesis basada en muestras (S&S) y la síntesis de ondas digitales

En 1992, con la introducción de la Sound Blaster 16 de Creative Labs, el término "wavetable" [8] comenzó a aplicarse (incorrectamente) como término de marketing a su tarjeta de sonido. Sin embargo, estas tarjetas de sonido no empleaban ningún tipo de síntesis de tabla de ondas, [9] sino muestras PCM y síntesis FM .

S&S (Sample and Synthesis) y Digital Wave Synthesis fue el principal método de síntesis de sonido utilizado por los sintetizadores digitales a partir de mediados de la década de 1980 con sintetizadores como Sequential Circuits Prophet VS, Korg DW6000/8000 (DW significa Digital Wave), Roland D50 y Korg M1 hasta los sintetizadores actuales.

Ableton abordó cierta confusión en un artículo: [10]

Un momento, ¿no es esto simplemente una síntesis muestreada? Hagamos una pausa aquí para abordar una confusión común. Mientras que la síntesis muestreada implica el uso de una muestra digital estática, la síntesis de tabla de ondas permite la evolución (opcional) de una forma de onda; es decir, mientras que los sintetizadores de tabla de ondas pueden sonar como una síntesis muestreada, la opción de evolución (que está habilitada de manera predeterminada en la mayoría de los sonidos de tabla de ondas clásicos) los diferencia.

A menudo, ahora tienen pantallas que muestran gráficos 3D en tiempo real de la tabla de ondas que se está reproduciendo con la forma de onda actual resaltada, que es la característica distintiva común en los sintetizadores de tabla de ondas modernos.

Tablas de ondas de usuario

La creación de nuevas tablas de ondas era un proceso difícil, a menos que se contara con el apoyo de herramientas de edición especializadas y reproducción (casi) en tiempo real de las tablas de ondas editadas en el sintetizador. Estos editores a menudo requerían el uso de dispositivos de hardware adicionales, como el PPG Waveterm, o solo estaban presentes en modelos costosos como el Waldorf WAVE. Lo más común era que las tablas de ondas precalculadas se pudieran agregar mediante tarjetas de memoria o enviar al sintetizador mediante MIDI. Hoy en día, las tablas de ondas se pueden crear más fácilmente mediante software y se pueden escuchar directamente en una computadora. Dado que todas las formas de onda utilizadas en la síntesis de tablas de ondas son periódicas, la representación en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia son equivalentes exactos entre sí y ambos se pueden usar simultáneamente para definir formas de onda y tablas de ondas.

Uso práctico

Durante la reproducción, el sonido producido puede modificarse armónicamente moviéndose a otro punto de la tabla de ondas, normalmente bajo el control de un generador de envolvente o un oscilador de baja frecuencia , pero con frecuencia mediante cualquier número de moduladores (modulación matricial). Al hacer esto, se modifica el contenido armónico de la onda de salida en tiempo real, produciendo sonidos que pueden imitar instrumentos acústicos o ser totalmente abstractos, que es donde sobresale este método de creación de sonido. La técnica es especialmente útil para los pads de sintetizador en evolución , donde el sonido cambia lentamente con el tiempo.

A menudo es necesario "audicionar" cada posición en una tabla de ondas y escanearla, hacia adelante y hacia atrás, para hacer un buen uso de ella, aunque la selección aleatoria de tablas de ondas, posiciones iniciales, posiciones finales y direcciones de escaneo también puede producir resultados musicales satisfactorios. Vale la pena señalar que la mayoría de los sintetizadores de tabla de ondas también emplean otros métodos de síntesis para dar forma a la forma de onda de salida, como la síntesis sustractiva (filtros), la modulación de fase , la modulación de frecuencia y la modulación AM (en anillo) .

Síntesis de búsqueda de tablas

La síntesis de búsqueda de tablas [12] (o síntesis de búsqueda de tablas de ondas [13] ) (Roads 1996) es una clase de métodos de síntesis de sonido que utilizan las tablas de formas de onda mediante búsqueda de tablas , denominada técnica de "oscilador de búsqueda de tablas". La longitud de las formas de onda o muestras puede variar según el método de síntesis de sonido, desde un solo ciclo hasta varios minutos.

Terminologías

El término " tabla de formas de onda " (o " tabla de formas de onda " como equivalente) a menudo se abrevia como "tabla de ondas", [14] y su término derivado " oscilador de tabla de ondas " [15] parece ser casi el mismo que " oscilador de búsqueda de tabla " mencionado anteriormente, aunque la palabra "onda" (o "forma de onda", "forma de onda") posiblemente implique un matiz de forma de onda de ciclo único.

Sin embargo, el término derivado " síntesis de tabla de ondas " parece ligeramente confuso por los desarrollos posteriores del algoritmo derivado.

(1) Síntesis de tabla de ondas [15]
Su significado original es esencialmente el mismo que el de " síntesis de búsqueda de tabla ", [16] [17] [15] [18] y posiblemente se puedan esperar varias acciones sobre las formas de onda. ⇒ Ver (2), (3)
(2) Algoritmo de modificación de tabla de ondas [19]
Por ejemplo, la síntesis de cuerdas Karplus-Strong [20] es una clase simple de " algoritmo de modificación de tabla de ondas " conocido como síntesis de guía de ondas digital . [19]
(3) Síntesis de tabla de ondas múltiples [21]
A fines de la década de 1970, Michael McNabb [5] [6] y Wolfgang Palm [4] desarrollaron de forma independiente la extensión de tabla de ondas múltiple en la síntesis de búsqueda de tabla [nota 1] que se usaba típicamente en PPG Wave y se conocía como barrido de tabla de ondas . [22] Más tarde, Horner, Beauchamp y Haken 1993 la denominaron " síntesis de tabla de ondas múltiple ". [21]
(4) Síntesis basada en muestras
Simultáneamente, desde finales de la década de 1970, la síntesis basada en muestras que utiliza muestras relativamente largas en lugar de formas de onda de ciclo único se ha vuelto omnipresente debido a la introducción del Fairlight CMI y el emulador E-mu .

Fondo

En cuanto a las cuatro terminologías anteriores para las clases de métodos de síntesis de sonido ( es decir , (1) síntesis de tabla de ondas , (2) algoritmo de modificación de tabla de ondas , (3) síntesis de tabla de ondas múltiple y (4) síntesis basada en muestras ), si se hubieran utilizado adecuadamente para distinguirlas entre sí, se podrían evitar las confusiones, pero parece que ha fracasado históricamente. A más tardar en la década de 1990, se comercializaron varios productos influyentes de síntesis basados ​​en muestras con nombres comerciales similares a "síntesis de tabla de ondas" (incluida la tarjeta de tabla de ondas Gravis Ultrasound , la placa hija de tabla de ondas Creative Wave Blaster y Microsoft GS Wavetable SW Synth ), y estas confusiones han afectado aún más a los estándares de la industria (incluida la síntesis algorítmica y de tabla de ondas de audio estructurado MPEG-4 [23] y el sintetizador de tabla de ondas con aceleración de hardware opcional AC97 [24] ). A mediados de la década de 2000, volvió a surgir la confusión en la terminología. Una subclase de síntesis de tabla de ondas genérica, es decir, la síntesis de tabla de ondas múltiple de McNabb y Palm, tiende a ser erróneamente referida como si fuera una clase genérica de toda la familia de síntesis de tabla de ondas, exclusivamente. [25]

Por ello, es de destacar la dificultad de mantener la coherencia entre conceptos y terminología durante el rápido desarrollo tecnológico. Por este motivo, en este artículo se explica en detalle el término "síntesis de búsqueda en tablas".

Véase también

Notas

  1. ^ "La síntesis de múltiples tablas de ondas" (Horner, Beauchamp y Haken 1993), desarrollada por Michael McNabb y Wolfgang Palm a fines de la década de 1970, es solo una de las técnicas empleadas para lograr formas de onda que cambian dinámicamente, mediante el uso de una matriz de formas de onda de un solo ciclo en la síntesis de búsqueda de tablas. Con esta técnica de síntesis, la forma de onda se puede animar de manera similar a un libro animado .

Referencias

  1. ^ Crab, Simon (26 de diciembre de 2013). «'MUSIC N', Max Vernon Mathews, Estados Unidos, 1957». 120 años de música electrónica . Consultado el 26 de mayo de 2022 .
  2. ^ Una muestra de técnicas para la interpretación de música por ordenador, por Hal Chamberlin, Byte, septiembre de 1977
  3. ^ Palma 2009.
  4. ^ por Andresen 1979.
  5. ^ ab Smith III, Julius O. "Puntos de vista sobre la historia de la síntesis digital: taxonomía de las técnicas de síntesis digital". Stanford, CA: Stanford University . Consultado el 24 de febrero de 2015 .
  6. ^ ab McNabb, Michael. "Dreamsong: The Composition" (PDF) . Computer Music Journal . 5 (4) . Consultado el 24 de febrero de 2015 .
  7. ^ Bristow-Johnson 1996.
  8. ^ "Tarjetas Sound Blaster ISA: información y solución de problemas". Soporte técnico de Creative Worldwide . Archivado desde el original el 2 de febrero de 2012.
  9. ^ "Síntesis de tabla de ondas". WikiAudio . 2018-04-05.
  10. ^ "La nueva ola: una mirada en profundidad a la tabla de ondas de Live 10". Ableton . 29 de noviembre de 2017.
  11. ^ Nelson, Jon Christopher (2000). "2. Comprensión y uso de las rutinas GEN de Csound". El libro de Csound . Cambridge, MA, EE. UU.: MIT Press . pp. 65–97. ISBN 0-262-52261-6." Csound utiliza tablas de búsqueda para aplicaciones musicales tan diversas como la síntesis de tablas de ondas, la modelación de ondas, la asignación de números de notas MIDI y el almacenamiento de conjuntos ordenados de clases de tonos. Estas tablas de funciones (tablas f) contienen todo, desde formas de onda periódicas hasta polinomios arbitrarios y valores generados aleatoriamente. Los datos específicos se crean con las subrutinas generadoras de tablas f de Csound, o rutinas GEN . ... "
  12. ^ Roads 1996, p. 87, Introducción a la síntesis de sonido digital, " Este capítulo describe los métodos fundamentales de producción de sonido digital. Después de una breve reseña histórica, presentamos la teoría de la síntesis de búsqueda en tablas , el núcleo de la mayoría de los algoritmos de síntesis... "
  13. ^ Roads 1996, p. 125, Sampling Synthesis, "Técnica de variación de cambio de tono como la utilizada en la síntesis de búsqueda de tabla de ondas descrita en el capítulo 3 ".
  14. ^ Alles, HG ; Giugno, Pepino di (noviembre de 1977). "Un sintetizador digital de 64 canales de una tarjeta". Computer Music Journal . 1 (4): 7–9. JSTOR  40731292. Las muestras en la tabla de forma de onda ...", "FIGURA 1 ... TABLA DE ONDAS DE 16 K × 14 BITS
  15. ^ abc Puckette, Miller (2002). "Max a los diecisiete" (reimpresión) . Computer Music Journal . 26 (4): 31–43. doi :10.1162/014892602320991356.
    " Por ejemplo, el oscilador de tabla de ondas utilizado en la Fig. 1 hizo su primera aparición en Music II de Mathews (dos, no once) a fines de la década de 1950. Music II fue solo uno en una larga secuencia de programas MUSIC N, pero la idea de la síntesis de tabla de ondas ha tenido una influencia generalizada en toda la disciplina de la música por computadora. "
  16. ^ Boulanger, Richard ; Lazzarini, Victor , eds. (2010-10-22). "3.2.3 Osciladores de consulta de tabla". El libro de programación de audio . Prólogo de Max Mathews . MIT Press. p. 335–336. ISBN 978-0-262-28860-6. En esta sección... presentaremos el método de búsqueda en tablas para generar formas de onda. Este método también se denomina síntesis de tabla de ondas ... / La síntesis de tabla de ondas es una técnica basada en la lectura de datos que se han almacenado en bloques de ubicaciones contiguas de la memoria de la computadora , llamadas tablas . Esta técnica de síntesis de sonido fue uno de los primeros métodos de síntesis de software introducidos en los lenguajes MUSIC I-MUSIC V desarrollados por Max Mathews en Bell Labs a fines de la década de 1950 y principios de la de 1960. ... / Con la síntesis de búsqueda en tablas, es suficiente calcular solo un ciclo único de una forma de onda y luego almacenar este pequeño conjunto de muestras en la tabla donde sirve como plantilla. ... "
    Nota : en la cita anterior, los autores parafrasearon el título de la sección "osciladores de búsqueda en tablas" de la siguiente manera: "método de búsqueda en tablas", "síntesis de tabla de ondas" y "síntesis de búsqueda en tablas".
  17. ^ Hosken, Dan (2012). "El oscilador". Tecnología musical y Project Studio: síntesis y muestreo . Routledge. pág. 72-73. ISBN 978-1-136-64435-1El oscilador genera un ciclo de alguna forma de onda la cantidad adecuada de veces por segundo para la frecuencia fundamental deseada. Esto se conoce como síntesis de forma de onda fija, síntesis de consulta de tabla o síntesis de tabla de ondas .
  18. ^ Cullen & Howell 2006, " Steve Howell, colaborador de SOS, responde: La síntesis de tabla de ondas es en realidad bastante fácil de entender. En los primeros días de la síntesis, los osciladores (analógicos) proporcionaban una gama limitada de formas de onda, como sinusoidal, triangular, de diente de sierra y cuadrada/pulso, normalmente seleccionadas desde un interruptor giratorio. Esto le daba al usuario una gama sorprendentemente amplia de sonidos básicos con los que jugar, especialmente cuando se combinaban diferentes formas de onda de varias maneras .
    (Versión HTML disponible)
  19. ^ ab US application 5212334, Julius O. Smith III , "Digital signal processing using closed waveguide networks", publicada el 18 de mayo de 1993, asignada a Yamaha Corporation . (Véase también el artículo de Wikipedia Digital waveguide synthesis : " El término " síntesis de guía de onda digital " fue acuñado por Julius O. Smith III , quien ayudó a desarrollarlo y finalmente presentó la patente. Representa una extensión del algoritmo Karplus-Strong . La Universidad de Stanford posee los derechos de patente para la síntesis de guía de onda digital y firmó un acuerdo en 1989 para desarrollar la tecnología con Yamaha . ") 
  20. ^ Karplus, Kevin ; Strong, Alex (verano de 1983). "Síntesis digital de timbres de cuerdas pulsadas y de batería" (PDF) . Computer Music Journal . 7 (2): 45–55. doi :10.2307/3680062. JSTOR  3680062. Síntesis de tabla de ondas: una técnica de síntesis estándar es el algoritmo de síntesis de tabla de ondas . ... La técnica de síntesis de tabla de ondas es muy simple pero bastante aburrida musicalmente, ya que produce tonos puramente periódicos. ... Todos los algoritmos descritos en este artículo producen la variación en el sonido modificando la tabla de ondas en sí .
  21. ^ ab Horner, Andrew; Beauchamp, James; Haken, Lippold (1993). "Métodos para la síntesis de tonos de instrumentos musicales mediante múltiples tablas de ondas" (PDF) . J. Audio Eng. Soc . 41 (5) (publicado en mayo de 1993): 336–356. La síntesis mediante múltiples tablas de ondas , objeto de este artículo, se basa en una suma de formas de onda fijas o funciones de base periódicas con pesos que varían en el tiempo .
  22. ^ Cullen & Howell 2006, " Sin embargo, a finales de los años 70, Wolfgang Palm utilizó osciladores digitales de "tabla de ondas" en sus innovadores sintetizadores PPG Wave. En lugar de tener sólo tres o cuatro formas de onda, un oscilador de tabla de ondas puede tener muchas más (digamos, 64) porque se crean digitalmente y se almacenan en una "tabla de búsqueda"... Ahora, si las formas de onda están ordenadas de forma sensata, podemos empezar a crear un movimiento armónico en el sonido... nos acercamos a algo parecido a un barrido de filtro tradicional... "
  23. ^ Scheirer, Eric D. (MIT Media Lab); Ray, Lee (Joint E-Mu/Creative Technology Center) (1998). "Síntesis algorítmica y de tabla de ondas en el estándar multimedia MPEG-4". 105.ª Convención de la Audio Engineering Society (AES) (San Francisco, California) . CiteSeerX 10.1.1.35.2773 . 2.2 Síntesis de tabla de ondas con SASBF: El formato de banco de tablas de ondas SASBF tuvo una historia de desarrollo algo compleja. La especificación original fue aportada por E-Mu Systems y se basó en su formato "SoundFont" [15]. Después de que se completó la integración de este componente en el software de referencia MPEG-4, la MIDI Manufacturers Association (MMA) se acercó a MPEG solicitando que MPEG-4 SASBF fuera compatible con su formato "Downloaded Sounds" [13]. E-Mu estuvo de acuerdo en que esta compatibilidad era deseable, por lo que se negoció y diseñó un nuevo formato en colaboración entre todas las partes. 
  24. ^ "1.4 Integración de AC '97 en el sistema" (PDF) . Especificación de componentes de AC '97 Revisión 2.3 Rev 1.0 . Intel Corporation. Abril de 2002. p. 11. Figura 2. Diagrama del sistema AC '97: Controlador digital AC '97 / Aceleración de hardware opcional / SRC*, mezcla*, posicional 3D*, sintetizador de tabla de ondas *
  25. ^ Cullen & Howell 2006, " Desde entonces, otros sintetizadores han empleado la síntesis de tabla de ondas de una forma u otra, y hoy en día hay varios sintetizadores de software disponibles que incorporan capacidades de síntesis de tabla de ondas " .
    Nota : Con respecto a la cita anterior, una síntesis de tabla de ondas específica desarrollada por Wolfgang Palm, conocida como "síntesis de tabla de ondas múltiple", se denomina ambiguamente "síntesis de tabla de ondas".

Bibliografía

  • Andresen, Uwe (1979), Una nueva forma de síntesis de sonido, 62.ª Convención de la AES (Bruselas, Bélgica), Sociedad de Ingeniería de Audio (AES)
  • Bristow-Johnson, Robert (1996), Introducción a la síntesis de tablas de ondas: una perspectiva fundamental, 101.ª Convención de la AES (Los Ángeles, California), Sociedad de ingeniería de audio (AES)Copiar en MusicDSP
  • Cullen, Michael; Howell, Steve (febrero de 2006). "P. ¿Puede explicar los orígenes de la tabla de ondas, la síntesis de sonido y la síntesis vectorial?". Sound on Sound .
  • Maunchly, J. William; Charpentier, Albert J. (1987), Consideraciones prácticas en el diseño de sistemas musicales utilizando VLSI, 5.ª conferencia internacional de la AES: música y tecnología digital, Sociedad de ingeniería de audio (AES)
  • Palm, Wolfgang (2009), La historia de PPG, parte 4
  • Manual del propietario de PPG Wave 2.2 (inglés) (PDF) , Palm Productions GmbH
  • Roads, Curtis (1996). El tutorial de música por ordenador. MIT Press. ISBN 978-0-262-68082-0.
  • "Cocina de tabla ondulada". Archivado desde el original el 3 de febrero de 2014.Aplicación GPL con interfaz gráfica escrita en C por Camille Bassuel, que implementa varias herramientas DSP , incluida DFT para generar un conjunto de tablas de ondas.
  • Hermann Seib (7 de enero de 2011). "Simulador PPG Wave 2.2 / 2.3 / EVU".( plugIn VSTi ) junto con el nuevo Wavetables '08 de Wolfgang Palm y "WaveSim Demo".(versión independiente) funcionó con "Waveterm C".por Hermann Seib, Paul Maddox y Dave Forward.
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