Coupland Digital Music Synthesizer

Введение

Coupland Digital Music Synthesizer - 16-голосный полифонический инструмент в реальном времени с полной клавиатурой на 88 клавиш, разработанный в 1970-х годах, но никогда не выпускавшийся в коммерческом использовании. Идея была впервые задумана и основные концепции изобретены в 1973 году Риком Куплендом и Джоном Муром, старыми друзьями и системными программистами, которые работали в Рамада Иннс Микор (Феникс, штат Аризона) в то время. Проект продолжался с 1973 по 1979 год, включал две версии продукта, но никогда не достигал коммерческого успеха из-за недостаточного финансирования. В 1975 году Купланд покинул Micor, чтобы работать полный рабочий день над созданием инструмента, создав первую 8-битную версию. Впоследствии Micor профинансировал проект и команду, включающую в себя консультанта-профессора музыки и консультанта-физика, наряду с обычными инженерами. Они спроектировали и построили прототип 12-битного варианта. Из-за финансовых ограничений прототип был спешно показан на конференции, где хрупкий прототип, завернутый проволокой, не смог функционировать, что привело к значительному смущению. Однако концепция и дизайн были твердо доказаны, и с продолжением финансирования был бы коммерческий инструмент, представляющий значительное улучшение в современном техническом состоянии. Исполнитель использовал спецификацию частотного домена музыкальных гармоник голоса и создал функцию ADSR для ее модификации. Прибор использовал буфер волновой формы, который сейчас является широко распространенной практикой, но был разработан независимо Муром и Куплендом. Это было приводимо в действие высокоточным фазовым генератором, из которых только биты высокого порядка обращались к буферу. Был изобретен тонкий логарифмический алгоритм (логик восьмой корень из двух), чтобы применить модуляцию уровня звука и амплитуды ADSR к сигналу, генерируемому для каждого голоса. Это позволило избежать затрат и рассеивания тепла, которые имеются в наличии в коммерческих мультипликаторных модулях. Миникомпьютер Texas Instruments TI 990 выполнял обработку нереального времени быстрой трансформации Фурье, необходимую для преобразования из спецификации частотного домена в буферный формат волновой формы временного домена. Он также обрабатывал взаимодействие пользователя, например, определял параметры звука. Вторая версия использовала микропроцессор TMS 9900 для тех же функций. Первая версия использовала только 8-битовую точность для вывода цифрового аналогового преобразования (DAC). Прибор страдает от псевдоизоляции, которая не была вызвана типичной причиной слишком низкой частоты отбора проб или неадекватной фильтрацией после D/A. Скорее, это был неотъемлемый эффект низкой точности вычислений в цифровой схеме, ошибка округляния, вызвавшая цифровую нелинейность и дополнительные гармоники, в результате чего цифровое смешивание с частотой отбора проб. Проблема была решена путем дитеринга, который не заметно влиял на предполагаемую выходную частоту, но благодаря естественным характеристикам человеческого слуха приводил к тому, что узкодиапазонные высокочастотные псевдонимные сигналы становились незаметными. В целом, для решения таких проблем и обеспечения некоторых технических ограничений было использовано углубленное изучение психоакустики. 12-битный инструмент был более продвинутым, чем 8-битный прототип, и был заключен в стильно современный пластиковый корпус с футуристической сенсорной консолью над клавиатурой. Он был достаточно маленьким и легким, чтобы быть практичным инструментом для исполнения. Синтезатор сейчас находится в Музее музыкальных инструментов в Финиксе, штат Аризона.

The Coupland Digital Music Synthesizer is a 16 voice polyphonic real time instrument with a full 88 key keyboard, developed in the 1970s but never released commercially. The idea was first conceived and the basic concepts invented in 1973 by Rick Coupland and John Moore, old friends and systems programmers who were working at Ramada Inns Micor division (Phoenix, AZ) at the time. The project lasted from 1973 until 1979, included two product version, but never reached commercial success due to inadequate funding. In 1975, Coupland left Micor to work full time on creating the instrument, building the first, and 8 bit version. Micor subsequently funded the project and a team including a consulting professor of music and consulting physicist, along with the usual engineers. They designed and built a prototype of the 12 bit version. Due to funding constraints, the prototype was rushed to a showing at the conference where the fragile, wire wrapped prototype failed to function, leading to significant embarrassment. However, the concept and design was solidly proven, and with continued funding would have been a commercial instrument representing a significant improvement in the state of the art. The performer used a frequency domain specification of the musical voice harmonics, and created an ADSR function to modify it. The instrument used a waveform buffer, now a widespread practice, but independently conceived by Moore and Coupland. This was driven with high precision phase generator, of which only the high order bits addressed the buffer. A subtle logarithmic algorithm (log eighth root of two) was invented to apply audio level and ADSR amplitude modulation to the signal generated for each voice. This avoided the cost and heat dissipation of available commercial multiplier modules. A Texas Instruments TI 990 minicomputer performed the non real time Fast Fourier transform processing necessary to convert from the frequency domain specification to the time domain waveform buffer format. It also handled user interaction such as specifying sound parameters. The second version used a TMS 9900 microprocessor for the same functions

The first version used only 8 bit precision for its output digital to analog conversion (DAC). The instrument suffered from aliasing, which was not due to the typical cause of too low a sample rate or inadequate post D/A filtering. Rather, it was an inherent effect of low precision calculations in the digital circuitry round off error produced digital non linearity and extra harmonics resulting in digital mixing with the sample rate. The problem was solved by dithering, which did not noticeably affect the intended output, but through the natural characteristics of human hearing caused the narrow band high frequency alias to become imperceptible. In general, in depth study of psychoacoustics was used to solve such problems and provide some technical constraints. The 12 bit instrument was more advanced than the 8 bit prototype, and was enclosed in a stylishly modern plastic case with a futuristic touch sensitive console above the keyboard. It was small and light enough to be a practical performance instrument. The synthesizer now resides at the Musical Instrument Museum in Phoenix, AZ.