Design of the DSP for the FM Sound Synthesis

FM 합성방식을 이용한 악기음 합성용 DSP 설계

The conventional acoustic sounds can be synthesized by Frequency Modulation which includes the variation of frequency, amplitude, and modulation index. In this paper the number of variable synthesis parameters are limited to easily implement the existing two carrier FM algorithm by hardware. The DSP(Digital Signal Processor), which is able to carry out the modified algorithm and synthesize 16 sounds at a time, is designed with $0.8{\mu}m$ standard sells. The DSP which can synthesize 2 sounds at a time is implemented by ASIC emulator to examine the sound quality of the designed DSP. Through the objective and subjective estimation, it is confirmed that the sounds of many instruments from the implemented DSP are very closed to their real sound. Finally the designed DSP is layouted and simulated by VLSI desgn tool. According to the simulation, the designed DSP has the sufficiently fast speed for synthesizing 16 sounds at a time.

주파수 변조(FM)의 원리를 이용하여 악기음을 합성하면, 주파수, 진폭, 변조계수 등의 파라메터들을 적절히 선택하므로써 기존의 음향 악기음과 비슷한 음을 만들 수 있다. 본 논문에서는 기존의 2 캐리어 FM 합성방식 을 하드웨어적으로 구현이 용이하게 하기 위하여 합성 파라메터 수를 제한 했다. 조작된 알고리듬을 이용하여 16개 악기음을 합성할 수 있는 DSP(Digital Signal Processor)를 $0.8{\mu}m$의 CMOS 표준 셀을 이용하여 설계하였다. 설계된 DSP가 정상적으로 악기음을 합성하는 가를 확인하기 위하여 ASIC 에뮬레이터를 이용하여 2개의 음을 동시에 합성할 수 있는 DSP를 하드웨어적으로 구현하였다. 구현된 DSP로부터 합성된 음과 실제 악기음을 주관적인 평가와 객관적인 평가를 통하여 비교한 결과 두 음이 아주 근사함을 알았다. 최종적으로 VLSI 설계툴을 이용하여 설계된 DSP를 배치 배선한 후 시간 시뮬레이션한 결과 16개 악기음을 동시에 합성할 수 있음을 확인 했다.