12.18. Цифровая обработка в формантном синтезаторе

Основным принципом, используемым при построении цифровых синтезаторов, является разделение времени, т. е. реализация всех фильтров с двумя полюсами или нулями с помощью одного арифметического устройства. Для получения очередного отсчета на выходе двухполюсного фильтра, например, требуется выполнить два сложения, два вычитания и два умножения. Современные быстродействующие интегральные схемы позволяют выполнить за время между отсчетами (100 мкс при частоте выборок 10 кГц) в 25 раз больше арифметических действий. Поэтому идея разделения времени применительно к синтезаторам оказывается вполне реальной. Если ввести память для коэффициентов фильтров и выходных отсчетов, то при соответствующем управлении одно арифметическое устройство может обслужить весь синтезатор.

В логической блок-схеме цифрового синтезатора (фиг. 12.43) арифметическое устройство состоит из трехвходового сумматора, блока задержки на регистре сдвига (для запоминания промежуточных результатов), схемы вычитания и умножителя. Емкость регистра сдвига равна 480 двоичным разрядам (20 чисел по 24 разряда в каждом). Еще один регистр сдвига на 320 разрядов используется для запоминания коэффициентов цифровых фильтров (20 коэффициентов по 16 разрядов в каждом). Данное арифметическое устройство позволяет за интервал порядка 3,9 мкс выполнить одновременно сложение, вычитание и умножение. Следовательно, выполнение операций, соответствующих одному фильтру, занимает 7,8 мкс, а всем 10 фильтрам — около 78 мкс. Поэтому синтезатор может работать при частотах отсчетов вплоть до 12,8 кГц.

Фиг. 12.43. Логическая Блок-схема аппаратурной части синтезатора

Остальные элементы блок-схемы работают следующим образом. Сигналы управления синтезатором поступают на его вход из вычислительной машины. Вспомогательная память передает значения периода основного тона и коэффициентов усиления в регистр сдвига, в генераторы импульсов и шума, а также на вход устройства многоканального уплотнения. Генераторы импульсов и шума вырабатывают сигнал возбуждения, который через устройство уплотнения поступает в арифметическое устройство. Накопитель складывает звонкую и глухую составляющие и возвращает старшие 16 разрядов в вычислительную машину, преобразуя одновременно 12 старших разрядов в аналоговую форму. Переключения и временная последовательность выполнения операций синхронизированы извне. Таким образом, частота отсчетов легко изменяется без каких-либо регулировок в самом синтезаторе.