Введение
Синхронизация осцилляторов – это функция, присутствующая в некоторых синтезаторах с двумя или более VCO, DCO или "виртуальными" осцилляторами. Когда один осциллятор завершает цикл, он сбрасывает период другого осциллятора, заставляя последний иметь ту же базовую частоту. Это позволяет получить звук, богатый гармониками, тембр которого можно изменять, варьируя частоту синхронизированного осциллятора. Осциллятор, сбрасывающий другие осцилляторы, называется мастером, а осцилляторы, которые он сбрасывает, – ведомыми. Существуют две распространенные формы синхронизации осцилляторов, используемые в синтезаторах: жесткая (Hard Sync) и мягкая (Soft Sync). По мнению журналиста журнала "Sound on Sound" Гордона Рида, синхронизация осцилляторов – "одна из самых малоизученных функций синтезатора".
Oscillator sync is a feature in some synthesizers with two or more VCOs, DCOs, or "virtual" oscillators. As one oscillator finishes a cycle, it resets the period of another oscillator, forcing the latter to have the same base frequency. This can produce a harmonically rich sound, the timbre of which can be altered by varying the synced oscillator's frequency. A synced oscillator that resets other oscillator(s) is called the master; the oscillators which it resets are called slaves. There are two common forms of oscillator sync which appear on synthesizers: Hard Sync and Soft Sync. According to Sound on Sound journalist Gordon Reid, oscillator sync is "one of the least understood facilities on any synthesizer".
Синоним
Высота тона генератора-лидера задается пользователем (обычно с клавиатуры синтезатора) и является произвольной. Высоту тона генератора-последователя можно настроить на эту частоту (или отклонить от нее), либо оставить постоянной. Каждый раз, когда цикл генератора-лидера повторяется, генератор-последователь перезапускается, независимо от его текущей позиции. Если генератор-последователь настроен на более низкую частоту, чем генератор-лидер, он будет вынужден повторить цикл до его завершения, а если на более высокую – то повторит его частично во время второго или третьего цикла. Эта техника обеспечивает, чтобы генераторы технически звучали на одной и той же частоте, но нерегулярный цикл генератора-последователя часто создает сложные тембры и ощущение гармонии. Если плавно изменять настройку генератора-последователя, можно услышать гармоническую последовательность. Этот эффект можно достичь, измеряя пересечения нулевой оси генератора-лидера и перезапуская генератор-последователь после каждого второго пересечения. Этот тип синхронизации генераторов более распространен, чем мягкая синхронизация, но в наивных цифровых реализациях склонен к возникновению алиасинга.
Мягкая синхронизация
Существует несколько других видов синхронизации, которые также могут называться Soft Sync. В схеме жесткой синхронизации ведомый генератор принудительно сбрасывается до определенного уровня и фазы (например, до нуля) с каждым циклом ведущего генератора, независимо от положения или направления ведомой формы волны, что часто приводит к появлению асимметричных сигналов. В некоторых случаях под Soft Sync понимают процесс, предназначенный для мягкой подстройки и фиксации ведомого генератора на частоту, равную или кратной (целому или дробному) частоте ведущего генератора, когда оба генератора находятся в близких фазах, подобно фазовой автоподстройке.
Отменить синхронизацию
Эта форма синхронизации осцилляторов встречается реже. Она очень похожа на Hard Sync, с одним небольшим отличием. В Reversing Soft Sync, вместо сброса к нулю, волна инвертируется, то есть меняет направление на противоположное. Reversing Soft Sync чаще встречается в аналоговых треугольных генераторах, чем в аналоговых генераторах с пилообразной формой волны.
Передвижение фазы "синхронизация"
Фаза ведомого генератора опережается на определенную величину, когда уровень ведущего генератора пересекает заданный порог. Применяется в звуковом синтезе и может создавать эффект, схожий с Soft Sync.
Сбросить синхронизацию
Когда ведущий генератор пересекает определенный порог, обычный сброс ведомого отключается: он зафиксируется на своем конечном уровне, будь то положительный или отрицательный. Когда ведущий генератор возвращается обратно через этот порог, ведомый сбрасывается.
Сверху синхронизация
В этом методе текущая волна завершается, но новая форма сигнала генерируется на синхроимпульсе. Если они перекрываются, хвост старой волны и новая волна суммируются.
Аспекты цифрового внедрения
Наивные подходы к синхронизации в цифровых осцилляторах приведут к алиасингу. Чтобы этого избежать, необходимо использовать методы с ограниченной полосой пропускания, такие как аддитивный синтез, BLIT (Band Limited Impulse Train) или BLEP (Band Limited Step), чтобы предотвратить алиасинг. В цифровом осцилляторе лучшей практикой является не сброс ведомого осциллятора на идентичную фазу в каждом цикле, а на фазу, сдвинутую на время, эквивалентное фазе ведущего осциллятора в момент сброса. Это предотвращает джиттер в частоте ведомого осциллятора и обеспечивает более точную синхронизацию. Для цифровых осцилляторов обратная синхронизация может реже вызывать алиасинг. Этот эффект можно реализовать, например, путем измерения пересечений нулевой оси ведущего осциллятора и изменения направления (полярности) ведомого осциллятора после каждого второго пересечения. При цифровой реализации следует учитывать, что методы Threshold или Weak Sync на самом деле не синтезируют волновую форму иначе, чем Hard Sync (а скорее, они выборочно отключают ее). Синхронизация с перекрытием – это преимущественно цифровая техника с простой реализацией, как, например, в FOF; аналоговой реализацией может служить синусоидальный осциллятор с высокой степенью демпфирования, возбуждаемый импульсом сброса.
Архитектура на основе синхронизации
Различные архитектуры синтеза основаны на синхронизации, которая часто используется совместно с амплитудной, частотной или фазовой модуляцией. К таким архитектурам относятся VOSIM и синтез на основе физического моделирования.