Computationally efficient music synthesis : methods and sound design

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Master's thesis
Date
2007
Major/Subject
Acoustics and Audio Signal Processing
Akustiikka ja äänenkäsittelytekniikka
Mcode
S-89
Degree programme
Tietoliikennetekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
xi, 80
Series
Abstract
Tässä diplomityössä esitetään musiikkisyntetisaattorin suunnittelua systeemille, jonka laskentateho ja muistikapasiteetti ovat rajoitettuja. Ensiksi kerrataan mahdollisia synteesitekniikoita sekä arvioidaan niiden käyttökelpoisuutta laskennallisesti tehokkaassa musiikkisynteesissä. Käytännössä käyttökelpoiset tekniikat ovat lisäävä ja lähde-suodinsynteesit, ja erikoistapauksissa taajuusmodulaatio-, aaltotaulukko- ja samplaussynteesit. Tämän jälkeen käyttökelpoisten tekniikoiden rakenteiden suunnittelua esitetään tarkemmin, sekä esitetään näiden rakenteiden ominaisuuksia ja suunnitteluongelmia. Suurin ongelma kohdataan digitaalisessa lähde-suodinsynteesissä, jossa klassisten aaltomuotojen, kuten saha-aallon käyttö lähdesignaalina on ongelmallista laskostumisen takia, joka johtuu aaltomuodossa olevista epäjatkuvuuksista. Olemassa olevia kaistarajoitettuja aaltomuotosynteesimenetelmiä kerrataan, ja polynomimuotoiseen kaistarajoitetuun askelfunktioon perustuvaa menetelmää esitellään tarkemmin antamalla suunnittelusääntöjä käyttökelpoisille polynomeille. Menetelmää testataan lisäksi kahdella kolmannen asteen polynomilla. Nämä polynomit vähentävät laskostumista korkeilla taajuuksilla enemmän verrattuna ensimmäisen asteen polynomiin, mutta pienillä taajuksilla ensimmäisen asteen polynomi tuottaa parempia tuloksia. Lisäksi kerrataan muita mahdollisia ääniefektialgoritmeja ja arvioidaan niiden käyttökelpoisuutta laskennallisesti tehokkaassa musiikkisynteesissä. Useasti äänisynteesisysteemin täytyy pystyä generoimaan musiikkia, jossa käytetään monia erilaisia ääniä, jotka ulottuvat oikeista akustisista soittimista elektronisiin soittimiin ja luonnon ääniin. Siksi tällainen systeemi tarvitsee huolellista äänten suunnittelua. Tässä diplomityössä esitetään suunnittelusääntöjä erilaisten äänien imitoimiseksi. Lisäksi esitellään synteesimenetelmien parametrien vaikutus äänivarianttien suunnitteluun.

In this thesis, the design of a music synthesizer for systems suffering from limitations in computing power and memory capacity is presented. First, different possible synthesis techniques are reviewed and their applicability in computationally efficient music synthesis is discussed. In practice, the applicable techniques are limited to additive and source-filter synthesis, and, in special cases, to frequency modulation, wavetable and sampling synthesis. Next, the design of the structures of the applicable techniques are presented in detail, and properties and design issues of these structures are discussed. A major implementation problem is raised in digital source-filter synthesis, where the use of classic waveforms, such as sawtooth wave, as the source signal is challenging due to aliasing caused by waveform discontinuities. Methods for existing bandlimited waveform synthesis are reviewed, and a new approach using polynomial bandlimited step function is presented in detail with design rules for the applicable polynomials. The approach is also tested with two different third-order polynomials. They reduce aliasing more at high frequencies, but at low frequencies their performance is worse than with the first-order polynomial. In addition, some commonly used sound effect algorithms are reviewed with respect to their applicability in computationally efficient music synthesis. In many cases the sound synthesis system must be capable of producing music consisting of various different sounds ranging from real acoustic instruments to electronic instruments and sounds from nature. Therefore, the music synthesis system requires careful sound design. In this thesis, sound design rules for imitation of various sounds using the computationally efficient synthesis techniques are presented. In addition, the effects of the parameter variation for the design of sound variants are presented.
Description
Supervisor
Välimäki, Vesa; Prof.
Thesis advisor
Välimäki, Vesa; Prof.
Keywords
sound synthesis, computer music, computational efficiency, synthesis algorithms, sound effects, sound design, äänisynteesi, tietokonemusiikki, laskennallinen tehokkuus, synteesialgoritmit, ääniefektit, äänisuunnittelu
Other note
Citation
Permanent link to this item
https://urn.fi/urn:nbn:fi:tkk-009585