Разработка программно-аппаратного макета аудиопроцессора реального времени

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Электрогитара -- разновидность гитары с электромагнитными звукоснимателями, которые преобразуют колебания металлических струн в колебания электрического тока. Сама по себе электрогитара работать не может. Сигнал с звукоснимателей очень слабый, поэтому обязательно наличие комбоусилителя.

Комбоусилитель - это усилитель сигнала с электрогитары и динамик для его воспроизведения, встроенные в один корпус.

Самая простая схема подключения электрогитары - это когда она подключена напрямую в комбоусилитель. В результате мы получим обычный звук без эффектов, называемый “чистым”.

Чтобы наложить на электрогитару какой-нибудь эффект и добиться от неё совершенно нового звучания, используются блоки эффектов (включать и выключать их можно ногой, отсюда и второе название - педали эффектов). Это специальные устройства, которые подключаются между электрогитарой и комбоусилителем. Таким образом исходный “чистый” звук можно перегрузить, добавить эхо, сымитировать звучание целого хора инструментов, создать иллюзию “летящего” звука и много другое.

Существует огромное количество разных блоков эффектов. Разные производители реализуют каждый эффект совершенно по-своему и со своим характерным звучанием. К примеру, два блока эффектов, один от фирмы Marshall, другой от фирмы Boss, реализующие аналогичный эффект на абсолютно одинаковых гитарах дадут совершенно разное звучание.

Однако, каждый блок эффектов реализует только один конкретный эффект. Естественно, этого мало, поэтому таких блоков у гитаристов обычно бывает несколько, и их можно комбинировать между собой. Опытные гитаристы собирают цепи из нескольких десятков блоков эффектов. Однако стоимость данных устройств не позволяет покупать их “пачками”. Цена самых простых блоков эффектов в среднем составляет пять-десять тысяч рублей, поэтому многие гитаристы (особенно начинающие) не могут свободно поэкспериментировать с эффектами, выбрать лучший для себя или просто собрать свою цепь блоков эффектов сразу.

Данную проблему решили виртуальные гитарные процессоры - специальные компьютерные программы, способные эмулировать звучание не только отдельных гитарных блоков эффектов и комбоусилителей, но и целых цепей эффектов, используемых каким-либо известным музыкантом или характерных для какого-либо времени или музыкального направления.

Рассмотрим несколько самых популярных виртуальных гитарных процессоров:

IK Multimedia Amplitube - Один из самых популярных плагинов для моделирования гитарных усилителей и эффектов. Хотя он и предназначен для рок-н-ролла, блюза и подобных направлений, но получить из него можно довольно неплохое звучание и для других, более жестких стилей. Процессор реализует каждый индивидуальный компонент усиления гитары, смоделированный отдельно, позволяя свободно создавать свыше 20 000 комбинаций усилителей.

Guitar Rig -- программа-эмулятор процессов, происходящих в гитарном тракте. Разработана компанией Native Instruments. Программа является виртуальным гитарным процессором, и основана на специальных алгоритмах моделирования процессов, происходящих в различных физических устройствах электронной обработки сигнала электрогитары. Имеет форматы включения как VST-плагина, так и RTAS. Позволяет играть практически в реальном времени при наличии современной звуковой карты.

Peavey ReValver - Программа-эмулятор гитарных услилителей и эффектов, обладающая самым качественным звуком за счёт того, что её разработка проводилась в тесном сотрудничестве с производителями гитарного оборудования, однако имеющая самый недружелюбный интерфейс. гитарный виртуальный эмулятор комбоусилитель

Подобные программы можно установить на ПК, ноутбук, планшет или даже смартфон, позволяя использовать их как небольшие музыкальные студии, способные записывать, воспроизводить и обрабатывать звук в реальном времени с минимальной задержкой. Однако при этом снижается качество полученного в итоге звука, так как данные устройства мало приспособлены к обработке аудиосигнала, не хватает вычислительных ресурсов процессора и мощности звуковых плат. Также управление обработкой звука требует дополнительного использования рук, что для гитаристов бывает неудобно.

Достоинства виртуальных гитарных процессоров

- Огромное количество реализуемых эффектов;

- Наличие множества уже готовых наборов эффектов;

- Гибкая настройка;

- Возможность записи и редактирования записанного звука;

- Оптимизация под большинство виртуальных звукозаписывающих студий (Adobe Audition, Pro Tools).

Недостатки виртуальных гитарных процессоров:

- Задержка воспроизведения. В современных аудиопроцесоорах снижена до неслышимых человеческим ухом значений;

- Низкое качество звучания в сравнении с аналоговыми средствами обработки звука, требующее использования более дорогих аудиокарт; - Переключение эффектов с помощью рук.

Таким образом, на данный момент существует потребность в системе для обработки аудиосигнала, представляющей собой виртуальный гитарный процессор, способный работать как совместно с ПК, так и автономно, позволяя при этом управлять процессом обработки сигнала с помощью внешних переключателей. Другими словами, такая система должна сочетать лучшие качества виртуальных гитарных процессоров и физических устройств - педалей эффектов.

Целью проекта является создание и демонстрация полного цикла разработки встраиваемой системы из Matlab и Simulink, которая станет усовершенствованным аналогом существующих виртуальных систем для обработки аудиосигнала, ликвидирующим их основные недостатки, описанные выше. Данная система представляет собой макет аудиопроцессора, способный осуществлять цифровую обработку в реальном времени и реализовывать эффекты задержки, “дисторшна”, многополосного эквалайзера, и т.п., реализованный с помощью одноплатного компьютера BeagleBoard (основанного на процессоре OMAP3530 от Texas Instrumentals) и за счёт этого имеющий более широкие возможности, например, такие как управление процессами обработки аудиосигнала с внешних переключателей. Данная система используется совместно с внешней платой формирования сигналов. Также имеется возможность поставить макетную плату с аналоговыми компонентами для исследования их характеристик, например характеристик фильтра на операционном усилителе.

Макет аудиопроцессора создаётся в интерактивной графической среде имитационного моделирования Simulink. Есть возможность работать в двух режимах: режиме отладки Simulink External Mode или в режиме StandAlone. В режиме отладки модель создаётся на компьютере, после чего по сети Еthernet отправляется на внешнюю плату BeagleBoard, где и компилируется. В режиме StandAlone модель уже заранее встроена во внешнюю плату и подключение к компьютеру необязательно. С помощью подключенных внешних переключателей можно управлять процессом обработки аудиосигнала в реальном времени, так как в обоих случаях выполняется этот процесс непосредственно на самой внешней плате BeagleBoard.

Таким образом, создаваемая в рамках данного проекта система обладает рядом преимуществ над существующими средствами обработки аудиосигнала. Основное преимущество данной системы над физическими устройствами обработки звука состоит в том, что может быть смоделирован и нужным образом настроен практически любой звуковой эффект, а заводские педали эффектов предлагают крайне ограниченный набор эффектов. С другой стороны, данная система превосходит и существующие виртуальные гитарные процессоры, поскольку управление производится с внешних переключателей без помощи рук.

Также одной из отличительной особенностей данной системы является возможность использовать смартфон в качестве контроллера эффектов, а команды внешней плате передавать по сети Wi-Fi.

Существующие на данный момент аналоги: Guitar Rig Kontrol, AXE FX II, IRig Amplitube. Сравнение с ними будет представлено в таблице 1.

Табл. 1

Литература:

1. Официальных сайт компании Native Instruments. Обзор виртуального гитарного процессора Guitar Rig. URL: http://www.native-nstruments.com/en/products/komplete/guitar/ guitar-rig-5-pro/ (Дата обращения - 24.06.14)

2. Официальный сайт компании IK Multimedia. Материал о виртуальном гитарном процессоре Amplitube URL: http://www.ikmultimedia.com/products/cat-view.php?C=family-amplitube (Дата обращения - 0.06.14)

3. Сайт Guitar Magic, статья, посвящённая гитарным эффектам URL: http://guitarmagic.ru/view_post.php?id=4 (Дата обращения - 14.08.14)

4. Cайт компании FractalAudioSystems, статья об AXE FX II URL: http://www.fractalaudio.com/p-axe-fx-ii-preamp-fx-processor.php (Дата обращения - 25.09.14)

5. Музыкальный портал CJCity. Статья о самых популярных виртуальных гитарных процессорах. URL: http://cjcity.ru/news/content/guitar_fx.php (Дата обращения - 13.05.14)

6. Официальный сайт Matlab. URL: http://www.mathworks.com/ (Дата обращения - 3.06.14)

7. Официальный сайт компании Texas Instrumentals URL: http://www.ti.com/ (Дата обращения - 4.06.14)

8. Сайт BeagleBoard. URL: http://beagleboard.org (Дата обращения - 24.06.14)

Размещено на Allbest.ru