La serie OPL (FM Operator Type-L) es una familia de chips de sonido desarrollados por Yamaha . La serie OPL son chips de sonido de bajo costo que proporcionan síntesis FM para su uso en aplicaciones informáticas, musicales y de videojuegos.
La serie de chips OPL permitió la creación de tarjetas de sonido asequibles en los equipos compatibles con IBM PC , como AdLib y Sound Blaster , convirtiéndose en un estándar de facto hasta que fueron suplantadas por tarjetas de " síntesis de tabla de ondas " a principios y mediados de los años 1990.
El funcionamiento interno de los chips es completamente digital. Cada tono FM es generado por un oscilador digital que utiliza una forma de síntesis digital directa . Un oscilador de baja frecuencia y un generador de envolvente controlan un operador FM para producir una salida de punto flotante para el DAC. La desencapsulación de los chips muestra dos tablas de búsqueda, una para calcular exponentes y otra para log-seno. [1] Esto permite al operador FM calcular su salida sin ningún multiplicador, utilizando la fórmula y dos tablas de búsqueda de 256 entradas. Ambas tablas se almacenan como pares de valores redondeados al número entero más cercano, con el segundo valor representado como la diferencia entre él y el primer valor.
Una cuarta parte de la forma de onda sinusoidal transformada logarítmicamente se almacena como una aproximación muestreada en una tabla de memoria de solo lectura (ROM) de 256 palabras , calculada para valores de 0 a 255. El resto de la forma de onda sinusoidal se extrapola mediante su propiedad de simetría. La escala de la salida de un oscilador a un volumen deseado normalmente se haría mediante multiplicación, pero el YM3526 evita las multiplicaciones al operar sobre señales transformadas logarítmicamente , lo que reduce las multiplicaciones a sumas computacionalmente más baratas. [2]
Otra ROM de 256 palabras almacena la función exponencial como una tabla de búsqueda, utilizada para convertir la señal de escala logarítmica nuevamente a escala lineal cuando sea necesario, como la etapa final donde las salidas del oscilador se suman juntas (justo antes del bus de salida del DAC), con la forma de onda del modulador siempre retrasada por una muestra antes de la forma de onda del portador. [3] Esta tabla se calcula para valores de 0 a 255. Para calcular el exponente, se agrega 1024 al valor en el índice dado por el byte menos significativo de entrada; esto se convierte en el mantisa y los bits restantes de entrada se convierten en el exponente de la salida de punto flotante.
El YM3526 , presentado en 1984, fue el primero de la familia OPL y ofrecía un sintetizador de dos operadores y nueve canales. Un chip muy relacionado es el Y8950 , o MSX-AUDIO , que se utilizó como expansión MSX . Es esencialmente un YM3526 con capacidad de grabación y reproducción ADPCM .
El circuito tiene 244 registros diferentes de solo escritura . Puede producir 9 canales de sonido, cada uno compuesto por dos osciladores o 6 canales con 5 instrumentos de percusión disponibles. Cada oscilador puede producir ondas sinusoidales y tiene su propio generador de envolvente ADSR . Su principal método de síntesis es la síntesis de modulación de frecuencia , que se logra mediante la modulación de fase de la fase de los osciladores de un canal por la salida de otro.
La salida del YM3526, una secuencia de números de punto flotante registrados a una frecuencia de muestreo de aproximadamente 49716 Hz, se envía a un chip convertidor digital a analógico (DAC) separado, el YM3014B.
Descripción general de los registros de un canal:
Para todo el canal:
Para cada uno de los dos osciladores:
También hay algunos parámetros que se pueden configurar para todo el chip:
En 1985, Yamaha creó el YM3812 , también conocido como OPL2 . Es compatible con el YM3526. Otro chip relacionado es el YM2413 (OPLL), que es una versión reducida.
Entre sus nuevas características se encuentra la capacidad de elegir entre cuatro formas de onda para cada oscilador individual mediante la configuración de un registro. Además de la onda sinusoidal original, se pueden producir tres formas de onda modificadas: ondas de media onda sinusoidal (en las que se silencia la parte negativa de la onda sinusoidal), ondas sinusoidales absolutas (en las que se invierte la parte negativa) y ondas pseudodientes de sierra (ondas sinusoidales de un cuarto de onda ascendentes con secciones silenciosas entre ellas). Esta extraña forma de producir formas de onda le da al YM3812 un sonido característico. [5]
Limitado a la síntesis FM de dos operadores, el chip no puede reproducir con precisión los timbres de los instrumentos reales y los sonidos de percusión. La polifonía de la melodía está limitada a nueve voces en modo melódico y seis voces en modo percusión. [6] : 27.14–17.16
Al tener poca competencia en el mercado en el momento de la introducción de Adlib y Sound Blaster , el chip se convirtió en el estándar de facto para las tarjetas de sonido "compatibles con Sound Blaster". [6] : 27.14
El YM3812 se utiliza con el chip DAC externo YM3014B para emitir su audio en forma analógica, como con el YM3526.
En 1990 se lanzó una versión mejorada del OPL2, el YMF262 (también conocido como OPL3 ). [7] Mejoró el conjunto de características del YM3812, utilizando síntesis FM de cuatro operadores, que produce un sonido armónicamente más rico similar a los teclados sintetizadores de consumo contemporáneos como el Yamaha DX100 . [6] : 27.16
Se agregaron las siguientes características: [8]
El YMF262 también eliminó el soporte para el modo CSM (modo sinusoidal compuesto) poco utilizado, incluido en el YM3812 y el YM3526. [3]
El modo de síntesis FM del YMF262 se puede configurar de diferentes maneras: [6] : 27.16–27.18 [8]
Al igual que sus predecesores, el OPL3 emite audio en formato de E/S digital, lo que requiere un chip DAC externo como el YAC512.
El YMF262 se utilizó en las tarjetas Sound Blaster Pro revisadas , Sound Blaster 16 , AdLib Gold , Pro AudioSpectrum de Media Vision y las tarjetas Windows Sound System de Microsoft . [4] : 45 Los proveedores de chips de sonido de la competencia (como ESS, [9] OPTi, [10] Crystal [11] y otros) diseñaron sus propios chips de audio compatibles con OPL3, con distintos grados de fidelidad al OPL3 original.
Yamaha también produjo una variante de bajo consumo y totalmente compatible del YMF262 en 1995 llamada YMF289 (OPL3-L), que apuntaba a tarjetas de sonido PCMCIA y computadoras portátiles. [12] Se utilizó en algunas tarjetas de sonido Sound Blaster 16 fabricadas por Creative Technology . El YMF289B está emparejado con un chip DAC de punto flotante complementario YAC513 o YAC516.
El YMF289 es totalmente compatible en términos de registros con el YMF262 y conserva su conjunto de características, con una serie de diferencias: [12]
El derivado desarrollado internamente por ESS Technology , denominado ESFM , es un clon mejorado compatible con OPL3 de 72 operadores que incorpora dos modos operativos, un modo nativo y un modo heredado, que controla su conjunto de características y comportamiento. [9] En el modo nativo, ESFM permite mapear 18 voces FM de 4 operadores, cada una con control de frecuencia por operador y profundidad de LFO, [13] lo que potencialmente permite un aumento significativo en la complejidad de los tonos generados. Los controladores para Windows 9x incorporan sus propios parches de instrumentos personalizados que hacen uso de este modo extendido. Por el contrario, el modo heredado proporciona compatibilidad total con el YMF262 de Yamaha. [9] La salida de ESFM en este modo es moderadamente fiel al YMF262 en general, pero algunos tonos se reproducen de manera bastante diferente, lo que resulta en distorsiones únicas en el sonido y la música de algunos juegos.
ESFM está disponible en chips de sonido ESS, desde el ES1688 AudioDrive basado en ISA hasta el ES1946 Solo-1E basado en PCI, mientras que los chips anteriores requerían un chip sintetizador FM externo (normalmente un Yamaha YMF262). La serie Maestro de chips de sonido basados en PCI de ESS se basa en una implementación de software de síntesis FM que carece de las características especiales de ESFM.
Los controladores de audio para PC posteriores de Yamaha, incluidos el YMF278 ( OPL4 ), el Yamaha YMF718/719S de un solo chip y la familia PCI YMF724/74x, incluyeron el bloque de síntesis FM del YMF262 para lograr compatibilidad con versiones anteriores del software. Consulte YMF7xx para obtener más información.
El YM3526 se utilizó en una expansión de Commodore 64 , Sound Expander , así como en varios juegos arcade , como Terra Cresta y Bubble Bobble . Una versión modificada del YM3526 con audio ADPCM conocida como Y8950 (MSX-AUDIO) se utilizó en la computadora MSX como expansión opcional.
El YM3812 tuvo un amplio uso en tarjetas de sonido basadas en IBM PC, como AdLib , Sound Blaster y Pro AudioSpectrum (8bit) , [14] así como en varios juegos arcade de Nichibutsu , Toaplan y otros.
El YM2413 se utilizó en la expansión FM Sound Unit para Sega Mark III y el modelo japonés Sega Master System , así como en el estándar MSX-MUSIC, que se lanzó como tarjetas de mejora independientes (como la Panasonic FM-PAC) y se integró en varias computadoras MSX2+ y MSX TurboR.
El YMF262 se utilizó en muchas tarjetas de sonido basadas en IBM PC , primero con la popular Sound Blaster Pro 2 en 1991 y luego con la Sound Blaster 16 ASP en 1992, así como con la Pro AudioSpectrum (16 bits). [14] Los modelos posteriores de las series Sound Blaster 16 y Sound Blaster AWE integraron el OPL3 con otros chips, y Creative Labs utilizó un chip clon de OPL3, el CQM, integrado con otros chips en modelos posteriores a finales de 1995. [15] También se utiliza en varios juegos arcade de Tecmo y otros.
El YMF278 se utilizó en la tarjeta Moonsound para MSX, así como en la tarjeta SoundEdge de Yamaha para IBM PC compatibles.
Sintetizadores que utilizan el YM3812: [16]
Sintetizadores que utilizan el YM2413 (costo reducido YM3812): [16]
En 2015 se escribió una implementación RTL de código abierto del OPL3 en SystemVerilog y se adaptó a un FPGA. [19]
![{\displaystyle \exp[\log \sin[\varphi _{2}+\exp[\log \sin[\varphi _{1}]+A_{1}]]+A_{2}]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1a8ade11559f0fad2b0c07df021f1fa0d284a812)
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