Ямаха ОПЛ

This article has multiple issues. Please help improve it or discuss these issues on the talk page. (Learn how and when to remove these messages) This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. Find sources: "Yamaha OPL" – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (July 2021) (Learn how and when to remove this message) Some of this article's listed sources may not be reliable. Please help improve this article by looking for better, more reliable sources. Unreliable citations may be challenged and removed. (January 2024) (Learn how and when to remove this message) (Learn how and when to remove this message)

Серия OPL (FM Operator Type-L) — это семейство звуковых чипов, разработанных Yamaha . Серия OPL — это недорогие звуковые чипы, обеспечивающие FM -синтез для использования в вычислительных, музыкальных и видеоигровых приложениях.

Серия микросхем OPL позволила создать доступные звуковые карты для IBM PC-совместимых компьютеров, такие как AdLib и Sound Blaster , став фактическим стандартом, пока в начале-середине 1990-х годов их не вытеснили карты « синтеза волновых таблиц ».

This section needs expansion with: less technical description of operation, sourced from a reliable source. You can help by adding to it. (January 2024)

Внутренняя работа чипов полностью цифровая. Каждый FM-тон генерируется цифровым генератором с использованием формы прямого цифрового синтеза . Низкочастотный генератор и генератор огибающей управляют FM-оператором для получения выходных данных с плавающей точкой для ЦАП. Декапсуляция чипов показывает две таблицы поиска, одну для вычисления экспонент и одну для логарифмического синуса. ^[1] Это позволяет FM-оператору вычислять свой выход без каких-либо множителей, используя формулу и две таблицы поиска по 256 записей. Обе таблицы хранятся в виде пар значений, округленных до ближайшего целого числа, причем второе значение представлено как разница между ним и первым значением.${\displaystyle \exp[\log \sin[\varphi _{2}+\exp[\log \sin[\varphi _{1}]+A_{1}]]+A_{2}]}$

Четверть логарифмически преобразованной синусоидальной волны хранится как выборочное приближение в таблице ПЗУ (ROM) объемом 256 слов , вычисляемое для значений от 0 до 255. Остальная часть синусоидальной волны экстраполируется с помощью ее свойства симметрии. Масштабирование выходного сигнала осциллятора до требуемого объема обычно выполняется путем умножения, но YM3526 избегает умножений, работая с логарифмически преобразованными сигналами, что сводит умножения к вычислительно более дешевым сложениям. ^[2]${\displaystyle 256\times -\log _{2}\left(\sin \left({\frac {(x+0.5)\times \pi }{512}}\right)\right)}$

Другое ПЗУ на 256 слов хранит экспоненциальную функцию в виде таблицы поиска, используемой для преобразования сигнала логарифмической шкалы обратно в линейную шкалу, когда это необходимо, в качестве конечного этапа, на котором выходы осциллятора суммируются (непосредственно перед выходной шиной ЦАП), при этом сигнал модулятора всегда задерживается на один образец перед несущей волной. ^[3] Эта таблица вычисляется для значений от 0 до 255. Для вычисления экспоненты 1024 добавляется к значению по индексу, заданному младшим байтом ввода; это становится мантиссом, а оставшиеся биты ввода становятся экспонентой вывода с плавающей точкой.${\displaystyle \left({\frac {2^{x}}{256}}-1\right)\times 1024}$

YM3526 , представленный в 1984 году, был первым в семействе OPL, предоставляя девятиканальный, двухоператорный синтезатор. Очень близкородственный чип — Y8950 , или MSX-AUDIO , который использовался как расширение MSX . По сути, это YM3526 с возможностью записи и воспроизведения ADPCM .

Схема имеет 244 различных регистра только для записи . Она может воспроизводить 9 каналов звука, каждый из которых состоит из двух осцилляторов или 6 каналов с 5 доступными ударными инструментами. Каждый осциллятор может воспроизводить синусоидальные волны и имеет свой собственный генератор огибающей ADSR . Ее основным методом синтеза является синтез с частотной модуляцией , осуществляемый посредством фазовой модуляции фазы осцилляторов одного канала выходом другого.

Выходной сигнал YM3526, представляющий собой последовательность чисел с плавающей запятой , тактируемых с частотой дискретизации приблизительно 49716 Гц, отправляется на отдельную микросхему цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) YM3014B.

Обзор регистров канала:

Для всего канала:

• Основная частота (10 бит)
• Октава (3 бита)
• Примечание вкл./выкл.
• Режим синтеза (ЧМ или просто аддитивный)
• Обратная связь (0–7, модулятор модулирует сам себя)

Для каждого из двух осцилляторов:

• Множитель частоты (можно установить на 1 ⁄ 2 , 1 до 10, 12 или 15)
• Форма волны (синусоида)
• Громкость (0–63, логарифмическая)
• Атака, затухание, сустейн, затухание (по 4 бита, логарифмическое)
• Тремоло (вкл. или выкл.)
• Вибрато (вкл. или выкл.)
• Сустейн (вкл. или выкл.)
• Масштабирование огибающей для каждой клавиши (вкл. или выкл.)
• Масштабирование громкости по клавишам (0–3)

Также есть несколько параметров, которые можно задать для всего чипа:

• Глубина вибрато
• Глубина тремоло
• Режим перкуссии (использует 3 канала для создания 5 звуков перкуссии)
• Композитный синусоидальный режим (см. Синхронизация генератора )

В 1985 году Yamaha создала YM3812 , также известный как OPL2 . Он обратно совместим с YM3526. Другой связанный чип — YM2413 (OPLL), который является урезанной версией.

Среди его новых функций — возможность выбора между четырьмя формами волн для каждого отдельного осциллятора путем установки регистра. В дополнение к исходной синусоидальной волне можно создавать три модифицированные формы волн: полусинусоидальные волны (где отрицательная часть синусоиды приглушена), абсолютные синусоидальные волны (где отрицательная часть инвертирована) и псевдопилообразные волны (четвертьсинусоидальные волны, направленные только вверх, с тихими участками между ними). ​​Этот странный способ создания форм волн придает YM3812 характерный звук. ^[5]

Ограниченный двухоператорным FM-синтезом, чип не способен точно воспроизводить тембры реальных инструментов и ударных звуков. Мелодическая полифония ограничена девятью голосами в мелодическом режиме и шестью голосами в ударном режиме. ^{[6] : 27.14–17.16}

На момент появления Adlib и Sound Blaster на рынке конкуренция была слабой , поэтому чип стал фактическим стандартом для звуковых карт, совместимых с Sound Blaster. ^{[6] : 27.14}

• 
  Yamaha YM3812 (чип OPL2)
• 
  Creative Labs и другие компании часто скрывали оригинальные этикетки Yamaha
• 
  Yamaha YM3812-F SMD (микросхема поверхностного монтажа OPL2)
• 
  Декапсулированный YM3812, показывающий поверхность кристалла

YM3812 используется с внешним ЦАП YM3014B для вывода звука в аналоговой форме, как и в случае с YM3526.

Усовершенствованная версия OPL2, YMF262 (также известная как OPL3 ), была выпущена в 1990 году. ^[7] Она улучшила набор функций YM3812, используя четырехоператорный FM-синтез, который производит гармонически более богатый звук, похожий на современные потребительские клавишные синтезаторы, такие как Yamaha DX100 . ^{[6] : 27.16}

• 
  Yamaha YMF262 (чип OPL3, год выпуска 1994)
• 
  Декапсулированный YMF262, показывающий поверхность матрицы

Были добавлены следующие функции: ^[8]

• в два раза больше каналов (18 вместо 9)
• простое стерео (крайне левое, центральное или крайне правое)
• 4-канальный звуковой выход
• 4 новые формы волн (переменный синус, «верблюжий» синус, квадратный и логарифмический пилообразный сигнал)
• Режим 4 операторов, объединяющий 2 канала для создания до шести голосов FM 4 операторов
• уменьшена задержка доступа к хост-регистру (OPL2 имел гораздо более длительные задержки доступа к вводу/выводу)
• Небольшие различия в таблице поиска синусоидальных волн и генераторе огибающей по сравнению с YM3812 (например, сигнал модулятора на YM3812 задерживается на один сэмпл, тогда как сигналы несущей и модулятора на OPL3 правильно синхронизированы) ^[3]

В YMF262 также удалена поддержка малоиспользуемого режима CSM (композитный синусоидальный режим), который присутствовал в YM3812 и YM3526. ^[3]

Режим синтеза FM YMF262 можно настроить различными способами: ^{[6] : 27.16–27.18  [8]}

• В базовом режиме предусмотрено 18 двухоператорных FM-каналов.
• Одна настройка, общая для всей линейки OPL, преобразует 3 FM-канала в 5-канальный перкуссионный набор.
• Другая настройка, введенная с этим чипом, заставляет 12 каналов быть парными в шесть каналов по четыре оператора. Это жертвует полифонией ради более сложного звукового формирования.
• Эти две настройки, указанные выше, можно использовать по отдельности или вместе, что дает четыре режима:
  • 18 2-х операторских каналов
  • 15 каналов по 2 оператора + 5 каналов барабанов (настройка барабанов включена)
  • 6 каналов с 2 операторами + 6 каналов с 4 операторами (настройка 4 оператора включена)
  • 3 канала по 2 оператора + 6 каналов по 4 оператора + 5 каналов ударных (обе настройки включены)

Как и его предшественники, OPL3 выводит звук в цифровой форме ввода/вывода, для чего требуется внешний чип ЦАП, например YAC512.

YMF262 использовался в обновленных картах Sound Blaster Pro , Sound Blaster 16 , AdLib Gold , Pro AudioSpectrum от Media Vision и картах Windows Sound System от Microsoft . ^{[4] : 45} Конкурирующие производители звуковых чипов (такие как ESS, ^[9] OPTi, ^[10] Crystal ^[11] и другие) разработали свои собственные аудиочипы, совместимые с OPL3, с различной степенью соответствия оригинальному OPL3.

Yamaha также выпустила полностью совместимый, маломощный вариант YMF262 в 1995 году под названием YMF289 (OPL3-L), который был предназначен для звуковых карт PCMCIA и ноутбуков. ^[12] Он использовался в некоторых звуковых картах Sound Blaster 16, производимых Creative Technology . YMF289B работает в паре с сопутствующим чипом ЦАП с плавающей точкой YAC513 или YAC516.

YMF289 полностью совместим по регистрам и сохраняет набор функций YMF262, за исключением ряда отличий: ^[12]

• Поддерживает работу при напряжении 5 или 3,3 В.
• Регистры могут быть прочитаны или записаны центральным процессором, тогда как в YMF262 они доступны только для записи.
• Частота дискретизации выходного сигнала 44 100 Гц (44,1 кГц).
• Добавлен режим отключения питания.
• Несколько меньший общий размер, включая ЦАП, по сравнению с полной реализацией YMF262.
• Входная тактовая частота 33,868 МГц по сравнению с входной тактовой частотой 14,32 МГц, используемой для YMF262.
• Внутренний линейный интерполятор.

• 
  Yamaha YMF289B и сопутствующий ей ЦАП YAC516

Разработанная компанией ESS Technology производная, называемая ESFM , представляет собой усовершенствованный клон с 72 операторами, совместимый с OPL3, включающий два режима работы: собственный режим и режим Legacy, который управляет его набором функций и поведением. ^[9] В собственном режиме ESFM позволяет отображать 18 голосов FM с 4 операторами, каждый с контролем частоты на оператора и глубиной LFO, ^[13] потенциально позволяя значительно увеличить сложность генерируемых тонов. Драйверы для Windows 9x включают свои собственные пользовательские патчи инструментов, которые используют этот расширенный режим. Напротив, режим Legacy обеспечивает полную обратную совместимость с YMF262 от Yamaha. ^[9] Выход ESFM в этом режиме умеренно верен YMF262 в целом, но некоторые тоны воспроизводятся совершенно иначе, что приводит к уникальным искажениям в звуке и музыке некоторых игр.

ESFM доступен в звуковых чипах ESS, начиная с ES1688 AudioDrive на базе ISA, и до ES1946 Solo-1E на базе PCI, тогда как более ранние чипы требовали внешнего чипа FM-синтезатора (обычно Yamaha YMF262). Серия звуковых чипов Maestro на базе PCI от ESS основана на программной реализации FM-синтеза, в которой отсутствуют специальные функции ESFM.

• 
  ES1869F — один из нескольких звуковых чипов, разработанных ESS, в которых реализована уникальная функция ESFM.

Более поздние аудиоконтроллеры ПК Yamaha, включая YMF278 ( OPL4 ), однокристальные Yamaha YMF718/719S и семейство PCI YMF724/74x, включали блок синтеза FM YMF262 для обратной совместимости с устаревшим программным обеспечением. Для получения дополнительной информации см. YMF7xx .

• 
  Чипсет Yamaha OPL YMF715B-S

Some of this section's listed sources may not be reliable. Please help improve this article by looking for better, more reliable sources. Unreliable citations may be challenged and removed. (January 2024) (Learn how and when to remove this message)

YM3526 в частности использовался в расширении Commodore 64 , Sound Expander , а также в нескольких аркадных играх , таких как Terra Cresta и Bubble Bobble . Модифицированная версия YM3526 с ADPCM-аудио, известная как Y8950 (MSX-AUDIO), использовалась в компьютере MSX в качестве дополнительного расширения.

YM3812 широко использовался в звуковых картах на базе IBM PC, таких как AdLib , Sound Blaster и Pro AudioSpectrum (8bit) ^[14] , а также в нескольких аркадных играх Nichibutsu , Toaplan и других.

YM2413 использовался в расширении FM Sound Unit для Sega Mark III и японской модели Sega Master System , а также в стандарте MSX-MUSIC, который выпускался как в виде отдельных карт расширения (например, Panasonic FM-PAC), так и встроенным в несколько компьютеров MSX2+ и MSX TurboR.

YMF262 использовался во многих звуковых картах на базе IBM PC , сначала в популярной Sound Blaster Pro 2 в 1991 году, а затем в Sound Blaster 16 ASP в 1992 году, а также в Pro AudioSpectrum (16 бит). ^[14] Более поздние модели серий Sound Blaster 16 и Sound Blaster AWE интегрировали OPL3 с другими чипами, при этом Creative Labs использовала клонированный чип OPL3, CQM, встроенный в другие чипы в более поздних моделях с конца 1995 года. ^[15] Он также используется в нескольких аркадных играх от Tecmo и других.

YMF278 использовался в карте Moonsound для MSX, а также в карте SoundEdge от Yamaha для IBM PC-совместимых компьютеров.

Синтезаторы, использующие YM3812: ^[16]

• Yamaha PSR-11 49 клавиш 16 звуков (1986)
• Yamaha PSR-12 49 клавиш 32 звука (1987)
• Yamaha PSR-21 49 клавиш, 16 звуков, 2 слайдера (1986)
• Yamaha PSR-22 49 клавиш, 32 звука, 2 слайдера (1987)
• Yamaha PSR-31 61 клавиша 16 звуков, дополнительный чип YM3301 ^[17] для ударных (1986)
• Yamaha PSR-32 61 клавиша 32 звука, дополнительный чип YM3301 ^[17] для ударных (1987)
• Yamaha PSS-360 49 мини-клавиш, 21 звук, 5 слайдеров, недорогая моно-версия PSS-460 (1986)
• Yamaha PSS-460 49 мини-клавиш, 21 звук, 5 слайдеров (1986)
• Yamaha PSS-470 49 мини-клавиш, 21 звук, 5 слайдеров (1987)
• Yamaha PSS-560 49 мини-клавиш, 21 звук, 5 слайдеров, дополнительный чип YM3301 ^[17] для ударных (1986)
• Yamaha PSS-570 49 мини-клавиш, 21 звук, 5 слайдеров, дополнительный чип YM3301 ^[17] для ударных (1987)

Синтезаторы, использующие YM2413 (удешевленный YM3812): ^[16]

• Yamaha PSR-6 49 клавиш 100 звуков (1994)
• Yamaha PSS-140 37 мини-клавиш, 100 звуков (1988); PSS-140 на самом деле использует YM2420, слегка модифицированный вариант YM2413 с другими регистрами ^[18]
• Yamaha PSS-170 44 мини-клавиши 100 звуков (1986)
• Yamaha PSS-270 49 мини-клавиш 100 звуков (1986)

Реализация RTL с открытым исходным кодом OPL3 была написана на SystemVerilog и адаптирована для ПЛИС в 2015 году. ^[19]

• Список звуковых чипов
• Список продукции Yamaha
• Ямаха Y8950
• Ямаха YM2413
• Ямаха YMF278

• http://www.oplx.com/ Информация о программировании серии OPL
• MIDIbox FM, DIY-синтезатор на базе YMF262
• AdlibTracker.net Adlib Tracker II (YMF262-Tracker)
• RAD Reality Adlib Трекер (YMF262-Трекер)
• Эмулятор YMF262 с онлайн-плеером для музыки OPL3.
• OPLx декапсулирован (отчет по обратному проектированию)
• OPL3_FPGA GitHub Обратное проектирование OPL3 в FPGA
• Анализ математики OPL3
• Эмулятор Nuked-OPL3 YMF262