Ямаха ОПЛ

В этой статье есть несколько проблем. Помогите улучшить ее или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти сообщения ) Для проверки данной статьи необходимы дополнительные цитаты .Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив ссылки на надежные источники . Неподтвержденный материал может быть оспорен и удален. Найти источники:  "Yamaha OPL" – новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( Июль 2021 г. )( Узнайте, как и когда удалить это сообщение ) Некоторые из перечисленных в статье источников могут быть ненадежными .Пожалуйста, помогите улучшить эту статью, найдя лучшие, более надежные источники. Ненадежные цитаты могут быть оспорены и удалены. ( Январь 2024 )( Узнайте, как и когда удалить это сообщение ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение )

Серия OPL (FM Operator Type-L) — это семейство звуковых чипов, разработанных Yamaha . Она состоит из недорогих звуковых чипов, обеспечивающих FM -синтез для использования в вычислительных, музыкальных и видеоигровых приложениях.

Серия микросхем OPL позволила создать в конце 1980-х годов доступные звуковые карты для IBM PC-совместимых компьютеров, такие как AdLib и Sound Blaster , фактически став стандартом де-факто, пока их не вытеснили карты « синтеза волновых таблиц » в начале-середине 1990-х годов.

Этот раздел нуждается в расширении : менее техническое описание операции, полученное из надежного источника. Вы можете помочь, дополнив его. ( Январь 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 (или 6 каналов с 5 доступными ударными инструментами), каждый из которых состоит из двух осцилляторов. 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.

Выход YM3526, последовательность чисел с плавающей точкой , тактируемых с частотой дискретизации около 49716 Гц, отправляется на отдельную микросхему цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) YM3014B. Микросхема ЦАП YM3014B также использовалась в других микросхемах FM, таких как YM2151 и YM2203 .

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 YM3812.

Ограниченный двухоператорным FM-синтезом, YM3812 не может точно воспроизводить тембры реальных инструментов и ударных звуков в отличие от других FM-чипов. Мелодическая полифония ограничена девятью голосами в мелодическом режиме и шестью голосами в ударном режиме. ^{[5] : 27.14–17.16} Среди его новых функций — возможность выбора между четырьмя формами волн для каждого отдельного осциллятора путем установки регистра. В дополнение к исходной синусоидальной волне могут быть созданы три модифицированные формы волн: полусинусоидальные волны (где отрицательная часть синусоиды приглушена), абсолютные синусоидальные волны (где отрицательная часть инвертирована) и псевдопилообразные волны (четвертьсинусоидальные волны только вверх с тихими участками между ними). ​​Этот странный способ создания форм волн придает YM3812 характерный звук. ^[6] YM3812 используется с внешним монофоническим ЦАП YM3014B для вывода звука в аналоговой форме, как и в случае с YM3526.

Не имея большой конкуренции на рынке во время появления Adlib и Sound Blaster в конце 1980-х годов, чип стал фактическим стандартом для «совместимых с Sound Blaster» звуковых карт. ^{[5] : 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

Выпущенная еще в 1990 году, ^[7] была разработана усовершенствованная версия OPL2, известная как YMF262 (он же OPL3 ). Она улучшает набор функций YM3812, который, в частности, включает возможность использования четырехоператорного FM-синтеза. Это позволяет YMF262 производить более гармонически богатый звук, чем его предшественники, похожий на звук современных потребительских синтезаторных клавиатур, таких как Yamaha DX100 . ^{[5] : 27.16}

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]

Режим синтеза FM YMF262 можно настроить различными способами: ^{[5] : 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)

YMF262 также удалил поддержку малоиспользуемого CSM (композитный синусоидальный режим), который был представлен в YM3526 и YM3812. ^[3] Режим был эквивалентен запуску нескольких каналов одновременно. Как и его предшественники, OPL3 выводит звук в цифровой форме, требуя внешнего чипа ЦАП, такого как 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) также разработали собственные аудиочипы, совместимые с OPL3, с различной степенью соответствия оригинальному OPL3.

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

В 1995 году Yamaha выпустила полностью совместимый маломощный вариант YMF262 под названием YMF289 (OPL3-L), предназначенный для звуковых карт PCMCIA и ноутбуков. ^[12] Он также 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

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 был выпущен как в виде отдельных карт расширения (таких как Panasonic FM-PAC), так и встроенным в несколько компьютеров MSX2+ и MSX TurboR. Он также использовался в некоторых аркадных играх Atari , SNK и Alpha Denshi , среди прочих.

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 Sound Edge 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