FM synthesis has been widely used in almost thirty years because not only is its algorithm simple but it can also generate complex harmonic spectrum with small size of memory for parameters. However, the realistic sound cannot just produce by the basic structure of FM synthesis. In this thesis, the architecture of FM synthesizer which generates more realistic sound than conventional structure is proposed.
The proposed architecture uses six operators to produce one instrumental sound with a modified accumulation unit which has more flexibility that it can implement various connections of operators. The envelope curve which is divided into 5-region is proposed instead of conventional ADSR curve.
As a result, the proposed FM synthesizer is designed in 5-stage architecture that is able to produce 16 sounds simultaneously. The sampling rate of output is 50kHz and the operating frequency is 20MHz. The proposed architecture uses 3.4kB of RAM for internal register files and 16.1kB of ROM for storing the parameters of 128 instruments. To implement hardware with fixed-point arithmetic, the optimized bit width of parameters and registers is determined by simulation. Parameters of an instrument are estimated By Genetic Algorithm. The proposed architecture is verified with simulations to show improvements from conventional architectures.
FM 합성은 알고리즘이 간단하면서도 그에 비해 사용하는 메모리의 크기는 작고 복잡한 형태의 스펙트럼을 만들 수 있다는 장점이 있다. 이러한 이점으로 인해 FM 합성은 지난 30여 년 동안 사운드 합성 방법 중의 하나로써 사용되어 왔다. 그러나 FM 합성은 2개의 오퍼레이터를 사용하는 기본적인 구조로는 실제 악기와 같은 소리를 낼 수가 없다. 본 논문에서는 기본의 FM 합성기에 비해 실제와 같은 악기 소리를 합성하기 위한 FM 합성기의 구조를 제시한다.
본 논문에서 제시하는 FM 합성기는 6개의 오퍼레이터를 이용해 하나의 악기소리를 합성한다. 다양한 형태로 오퍼레이터의 연결을 가능하도록 하기 위해 가산기의 구조를 개선하였으며 기존의 ADSR 곡선 대신 5개의 구역으로 나누어진 포락선 곡선을 새롭게 정의하여 사용한다.
본 논문에서 제시하는 구조를 하드웨어로 구현한 결과 5 단계의 파이프라인으로 구성되었으며 16개의 악기 소리가 한번에 합성된다. 출력단에서의 샘플링 주파수는 50kHz이며 FM 합성기는 20MHz로 동작한다. 본 논문에서 제안하는 FM 합성기는 3.4kB의 RAM을 사용하며 128개 악기의 파라미터를 저장하기 위해 16.1kB의 ROM을 사용한다. 하드웨어는 고정소수점 방식으로 연산이 되도록 설계되었으며, 최적화된 비트의 크기를 결정하기 위해 시뮬레이션을 이용했다. FM 합성기에서 사용될 파라미터는 유전자 알고리즘을 이용해 측정하였다.
