DE10316540B4

DE10316540B4 - Syntheseverfahren für Endgeräte

Info

Publication number: DE10316540B4
Application number: DE2003116540
Authority: DE
Inventors: Ansgar Adamietz; Rainer Brehm
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2023-04-11
Also published as: DE10316540A1

Abstract

Musiksyntheseverfahren zur Modellierung der Abklingphase eines Tonsignals für ein Endgerät mit geringem Speicher, aufweisend die Verfahrensschritte:
– Generieren eines ersten Signals (10) in einem ersten Wavetable-Oszillator (1) durch Abtastratenwandlung eines in einer ersten Wavetable (3) gespeicherten Signals,
– Generieren eines zweiten Signals (11) in einem zweiten Wavetable-Oszillator (2) durch Abtastratenwandlung eines in einer zweiten Wavetable (4) gespeicherten Signals,
– Gewichtung des ersten Signals (10) mit einem Gewichtsfaktor (12),
– Gewichtung des zweiten Signals (11) mit einem Gewichtsfaktor (13), und
– Generieren eines synthetisierten Signals (7) durch Addieren der durch die Gewichtungen generierten Signale (14, 15).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Musiksyntheseverfahren sowie ein hierfür ausgebildetes Endgerät.
Derartige Verfahren finden unter Anderem in Endgeräten wie beispielsweise Mobilfunk-Endgeräten der dritten Generation Anwendung.

Ein bekanntes Musiksyntheseverfahren ist die sogenannte "Wavetable-Synthese". Dabei werden Wellentabellen, sogenannte "Wavetables", im Speicher abgelegt, die meist von echten Instrumenten aufgenommen wurden. Die Wavetable-Synthese wird beispielsweise in der Sound Font-Technical Specification-Version 2.01, 23. Juli 1998, der Firma Sound Font oder der "Downloadable Sounds Level 1", Version 1.1a, 1999, von "The MIDI Manufacturers Association", Los Angeles, beschrieben. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass es sehr viel Speicher benötigt.

Bei diesen bekannten Verfahren wird die letzte Phase des Ausklingverhaltens mit Hilfe von wiederholt abgespielten Segmenten der Wavetable, sogenannten "Loops", realisiert. Auf diese Weise muss nicht das gesamte Ausklingen des Instruments abgespeichert werden. Die wiederholt abgespielten Segmente können dabei aber erst relativ spät eingesetzt werden, weil sich der Klang eines Instruments in der Ausklingphase noch ändert. Dadurch wird wiederum relativ viel Speicher gebraucht, da die erste Phase des Ausklingens, während der sich der Klang noch ändert, komplett abgespeichert werden muss. Wird der Speicher reduziert, indem man ein wiederholtes Segment früher einsetzt, so hat dies jedoch den Nachteil, dass die Qualität des erzeugten Klangs deutlich reduziert wird.

Aus der US 5814751 A ist ein Musiksyntheseverfahren bekannt mit den folgenden Verfahrensschritten:

• Generierung eines ersten Signales in einem ersten Wavetable-Oszillator auf Basis von einem Signal, welches in der ersten Wavetable gespeichert ist,
• Generierung eines zweiten Signales in einem zweiten Wavetable-Oszillator auf Basis von einem Signal, welches in der zweiten Wavetable gespeichert ist,
• Gewichtung des ersten Signales,
• Gewichtung des zweiten Signales, und
• Generierung eines synthetisierten Signales durch Addieren der durch die Gewichtung generierten Signale.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Musiksyntheseverfahren bereitzustellen, welches den Speicherbedarf vermindert, ohne dabei die Klangqualität deutlich zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird durch ein Musiksyntheseverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Das erfindungsgemäße Syntheseverfahren, insbesondere Musiksyntheseverfahren zur Modellierung der Abklingphase eines Tonsignals, weist die Verfahrensschritte:

– Generieren eines ersten Signals in einem ersten Wavetable-Oszillator durch Abtastratenwandlung eines in einer ersten Wavetable gespeicherten Signals,
– Generieren eines zweiten Signals in einem zweiten Wavetable-Oszillator durch Abtastratenwandlung eines in einer zweiten Wavetable gespeicherten Signals,
– Gewichtung des ersten Signals,
– Gewichtung des zweiten Signals, und
– Generieren eines synthetisierten Signals durch Addieren der durch die Gewichtungen generierten Signale, auf.

Grundelemente des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die beiden "Wavetable-Oszillatoren". Dies sind Oszillatoren, welche auf in einem Speicher abgelegte Wellentabellen, die sogenannten "Wavetables" zurückgreifen. Um andere Frequenzen als die aufgenommene Frequenz erzeugen zu können, wird die Abtastrate mit einem geeigneten Interpolationsverfahren gewandelt. Als Interpolationsverfahren bietet sich beispielsweise eine lineare Interpolation an.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Endgerät welches ausgebildet ist, das erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders für Systeme geeignet, die über keinen großen Speicher verfügen, wie z.B. Mobiltelefone, Spielzeug etc.

In einer bevorzugten Ausführungsform verfügen die Wavetable-Oszillatoren über eine gemeinsame programmierbare Hüllkurve.

Weiter bevorzugt erfolgt die Gewichtung durch Beaufschlagung der wiederholten Segmente mit zeitlich veränderlichen Gewichtsfaktoren. Dadurch kann das Abklingen modelliert werden.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung klingt das erste wiederholte Segment exponentiell ab und das zweite wiederholte Segment steigt exponentiell an.

In einer anderen Ausführungsform klingt das erste wiederholte Segment exponentiell ab und das zweite wiederholte Segment wird mit einer Hüllkurve beaufschlagt. Bevorzugt ist die Hüllkurve programmierbar.

Weiter bevorzugt ist die Abklinggeschwindigkeit mit Hilfe eines Parameters einstellbar.

Zum Schluss wird das synthetisierte Signal bevorzugt mit einer Hüllkurve beaufschlagt.

Weitere Verbesserungen des Klanges ergeben sich durch Überlagerung von mehr als zwei wiederholten Segmenten.

Die vorliegende Erfindung verbessert das Verfahren der Wavetable-Synthese durch Überlagerung von wiederholten Segmenten. Dabei wird die Eigenschaft vieler Musikinstrumente (z.B. aller Saiteninstrumente) ausgenutzt, dass in der Ausklingphase bestimmte Frequenzbereiche abklingen, während andere konstant bleiben. Durch gewichtete Überlagerung von wiederholten Segmenten erfolgt eine vereinfachte Modellierung der Ausklingphase. Durch das Ersetzen der Ausklingphase mit sich änderndem Klang in der Wavetable durch zwei wiederholte Segmente werden die Wavetables wesentlich kürzer, wodurch Speicher gespart wird. Die Qualität des erzeugten Klangs ist dabei nahezu so gut wie die eines reinen Wavetable-Synthesizers mit wesentlich größeren Wavetables. Während der Einschwingphase des Instruments wird die normale Wavetable-Synthese genutzt. Folglich wird durch die vorliegende Erfindung der Speicherbedarf stark reduziert, ohne die Klangqualität wesentlich zu vermindern.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügte Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die dort dargestellten Merkmale und auch die bereits oben beschriebenen Merkmale können nicht nur in der genannten Kombination, sondern auch einzeln oder in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Es zeigt:
1: ein Ausführungsbeispiel eines Synthesizers mit zwei Wavetable-Oszillatoren.
1 zeigt die Struktur eines Synthesizers mit einem ersten Wavetable-Oszillator 1 und einem zweiten Wavetable-Oszillator 2. In den beiden Wavetable-Oszillatoren wird jeweils ein Signal 10 bzw. 11 durch Abtastratenwandlung eines in einer Wavetable 3 bzw. 4 gespeicherten Signals generiert. Parallel dazu wird durch einen IIR (Infinite Impulse Response) -Filter erster Ordnung 5 ein exponentiell abklingendes Signal erzeugt. Die Geschwindigkeit des Abklingvorgangs ist durch einen Parameter einstellbar. Das Signal aus dem ersten Wavetable-Oszillator 10 wird mit dem exponentiell abklingenden Signal 12 multipliziert. Das Signal aus dem zweiten Wavetable-Oszillator 11 wird mit 1 minus dem exponentiell abklingenden Signal 12 (entspricht Signal 13) multipliziert. Anschließend werden beide Signale 14 und 15 addiert. Das so gewonnene Summensignal wird anschließend mit einer Hüllkurve von einem Hüllkurvengenerator 6 beaufschlagt. Danach erhält man den synthetisierten Klang 7.
Um die Erfindung weiter zu verbessern erfolgt eine Amplitudenmodulation der Wavetable-Oszillatoren mit einer niedrigen Frequenz. Dies wird auch als Tremolo bezeichnet. Des weiteren kann eine Frequenzmodulation der Wavetable-Oszillatoren mit einer niedrigen Frequenz erfolgen, ein sogenanntes Vibrato. Denkbar ist auch, verschiedene Wavetables 3, 4 für verschiedene Tonbereiche zu verwenden. Um die benötigte Rechengeschwindigkeit zu reduzieren besteht des weiteren die Möglichkeit, die Länge der Wavetables, d.h. die „Loops" auf Zweierpotenzen zu limitieren.

Claims

Musiksyntheseverfahren zur Modellierung der Abklingphase eines Tonsignals für ein Endgerät mit geringem Speicher, aufweisend die Verfahrensschritte: – Generieren eines ersten Signals (10) in einem ersten Wavetable-Oszillator (1) durch Abtastratenwandlung eines in einer ersten Wavetable (3) gespeicherten Signals, – Generieren eines zweiten Signals (11) in einem zweiten Wavetable-Oszillator (2) durch Abtastratenwandlung eines in einer zweiten Wavetable (4) gespeicherten Signals, – Gewichtung des ersten Signals (10) mit einem Gewichtsfaktor (12), – Gewichtung des zweiten Signals (11) mit einem Gewichtsfaktor (13), und – Generieren eines synthetisierten Signals (7) durch Addieren der durch die Gewichtungen generierten Signale (14, 15).
Syntheseverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der erste und der zweite Wavetable-Oszillator (1, 2) über eine gemeinsame programmierbare Hüllkurve verfügen.
Syntheseverfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Gewichtung durch Beaufschlagung der wiederholten Segmente mit zeitlich veränderlichen Gewichtsfaktoren (12, 13) erfolgt.
Syntheseverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste wiederholte Segment exponentiell abklingt (12) und das zweite wiederholte Segment exponentiell ansteigt (13).
Syntheseverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das erste wiederholte Segment exponentiell abklingt (12) und das zweite wiederholte Segment mit einer Hüllkurve (13) beaufschlagt wird.
Syntheseverfahren gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, bei dem die Abklinggeschwindigkeit mit Hilfe eines Parameters einstellbar ist.
Syntheseverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das synthetisierte Signal mit einer Hüllkurve (6) beaufschlagt wird.
Syntheseverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Überlagerung von mehr als zwei wiederholten Segmenten erfolgt.
Endgerät welches ausgebildet ist ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.