如何生成波形表以加快实时音频合成

Posted 2023-02-16

【中文标题】如何生成波形表以加快实时音频合成

【英文标题】：How to generate a waveform table for quicker realtime audio synthesis

【发布时间】：2018-03-14 16:12:12

【问题描述】：

几个月前，我为 ios 设备开发了一款应用，它可以生成实时谐波丰富的无人机。它在较新的设备上运行良好，但在较慢的设备上遇到缓冲区不足。我需要优化这个东西，需要一些精神上的帮助。这是我目前正在做的事情的超级基本概述：

创建一个包含 X 个谐波的“振荡器组”（简单地根据给定的基频计算。这里没什么特别的。） 在将样本输出到 iOS 音频缓冲区的 DAC 函数中，我调用了一个“GetNextSample()”函数，该函数通过正弦振荡器组，计算每个振荡器的样本并将它们相加。一些简单的加法合成。 享受无人机之美。

再次，它工作得很好，直到它没有。我想优化这个东西，所以我不使用实时计算正弦波的粗略加法合成。如果我将谐波（“银行”）的数量限制为 2，它将适用于较旧的设备。不酷。在较新的设备上，它低于大约 50 个谐波。还不错。但是如果我想同时演奏多个无人机来创建一些和弦，那处理能力就太大了......所以......

我应该生成波形表来循环而不是不断计算吗？ （我认为是的......） 我应该将我对双精度浮点的使用转换为基于整数的计算吗？ （我认为是的......）

还有我的大算法问题（非常非数学）：

如果我使用波形表，如何准确确定波形/表应该多长？根据我开发此应用程序的经验，如果我只是走到一个周期的末尾 (2*PI) 并重新开始，将相位重置回 0，我会得到一个声音伪影，因为我正在强制偏移相位。换句话说，我不能保证一个时期会给我正确的结果...

也许我把事情复杂化了……快速、处理器友好的多个添加正弦的实时合成器的标准方法是什么？

在此期间，我会继续闲逛。

谢谢！

【参考方案1】：

您（或者您，不是 iOS 用户）是否增加了缓冲区大小？可能会给你足够的开销，你不需要这个。否则是的wave-table synthesis 是一种可行的方法。只有当参数发生变化时，您才能从所有谐波的总和中计算出新的波表。

【讨论】：

我已经很久没有看到我的这个问题了，但这是我最终选择的路线。一旦我看到 Max/MSP 的 cycle~ 对象使用 512 字节的波表，我就被这个概念所吸引。一旦我实现了它（比我想象的要容易得多），我就完全相信了这个概念。增加缓冲区会有所帮助，但我在平衡较慢的处理器和较长的缓冲区时遇到了麻烦，导致延迟过多。波表解决了这一切:)。谢谢！

【参考方案2】：

我在服务器端的 golang 中写了这样一个野兽...对于初学者来说，是的，使用单精度浮点

为了解决表格填充问题，我会通过合成方波来确保您的实现是可靠的。可视化每次运行的输出，因为你给它每个额外的频率（及其相应的幅度和相移参数）......根据定义，只要你正确使用足够的周期来覆盖一个周期，一个周期就足够了样本

利用从一组输入正弦波（每个都具有频率、幅度、相移）生成输出曲线的知识很重要，这有助于进行相反的操作……即在该输出曲线上执行 FFT 以获得api 为您提供底层正弦波的版本（同样每个都有频率、幅度和相位）......这将确认您的系统是准确的

您正在实施的过程的名称是：傅里叶逆变换，并且有一些库用于此，但我也更喜欢自己滚动