Как описание Patch'а переводится в значения регистров LA32

Wave Generator

Structure of Partial

Согласно www.polynominal.com у MT-32 имеется 13 возможных вариантов использования partials. В firmware v1.0.7 описание Partial Structure находится в массиве uint16_t, находящимся по адресу 669Eh. Вот так он выглядит в двоичном представлении.

#	MSB						LSB						Description
	[15:14]	[13:13]	[12:12]	[11:10]	[9:9]	[8:8]	[7:6]	[5:5]	[4:4]	[3:2]	[1:1]	[0:0]
	-	RI	[12:12]	[11:10]	[9:9]	WG	-	RI	[4:4]	[3:2]	[1:1]	WG
1	00	0	0	01	0	0	00	0	0	00	0	0	SS mix partial 1-2
2	00	1	0	01	0	0	00	0	0	00	0	0	SS mix partial 1 + Ring modulator
3	00	0	0	01	0	0	11	0	0	00	0	1	PS mix partial 1-2
4	00	1	0	01	0	0	11	0	0	00	0	1	PS mix partial 1 + ring modulator
5	10	1	0	01	0	1	00	0	0	00	0	0	SP mix partial 1 + ring modulator
6	11	0	0	01	0	1	11	0	0	00	0	1	PP mix partial 1-2
7	10	1	0	01	0	1	11	0	0	00	0	1	PP mix partial 1-2 + ring modulator

8	00	0	0	11	0	0	00	0	0	10	0	0	SS each partial is send to left right
9	11	0	0	11	0	1	11	0	0	10	0	1	PP each partial is send to left right

10	00	1	0	01	0	0	00	1	0	00	0	0	SS partial are ringmodulated then out
11	00	1	0	01	0	0	11	1	0	00	0	1	PS partial are ringmodulated then out
12	10	1	0	01	0	1	00	1	0	00	0	0	SP partial are ringmodulated then out
13	10	1	0	01	0	1	11	1	0	00	0	1	PP partial are ringmodulated then out

Каждый байт отвечает за один partial: LSB - за partial1, MSB - за partial2. Назначение полей в этих байтах совпадают.

[7:6] - WG mode extension: 00 - SYN, 10 - PCM with Ring Modulation, 11 - PCM;
[5:5] - ring modulation. Для partial2 бит RI ([13:13]) должен быть сброшен (FixMe: кажется в таблице все не так);
[4:4] - reserved2;
[3:2] - partial L/R channel: 0 - partial1 mix, 1 - partial2 mix, 2 - partial1 left, 3 - partial2 right;
[1:1] - reserved1;
[0:0] - WG mode: 0 - SYN, 1 - PCM.

Partial Structure отвечает за:

режим работы WG (генератора тона): синтез или сэмплирование;
распределение partials по каналам: левый или правый (используется для вычисления panpot);
наличие Ring Modulation между partials.

Биты [7:6] в PCM режиме напрямую копируются в регистр WG_SETUP синтезатора LA32. По какой-то причине, для partial2 при включенном Ring Modulation их значения должны быть 0b10 вместо 0b11.

PCM

Что используется

Timbre Temp Memory, Common parameter, Structure of partial
Timbre Temp Memory, Partial Parameter, WG PCM WAVE
Rhythm Setup, PANPOT или Patch Temp, PANPOT
Rhythm Setup, REVERB SWITCH или Patch Temp, REVERB SWITCH

На что влияют

WG_SETUP
WG_PCM_SAMPLE
WG_PCM_LEN

Synth

Что используется

Timbre Temp Memory, Common parameter, Structure of partial
Timbre Temp Memory, Partial Parameter, WG WAVEFORM
WG_PULSE_WIDTH - Timbre Temp Memory, Partial Parameter, WG PULSE WIDTH
WG_PW_VELO_SENS - Timbre Temp Memory, Partial Parameter, WG PW VELO SENS (0..14, -7..+7)
Rhythm Setup, PANPOT или Patch Temp, PANPOT
Rhythm Setup, REVERB SWITCH или Patch Temp, REVERB SWITCH
VELOCITY - MIDI Velocity (0..127)

На что влияют

WG_SETUP
WG_PULSE_WIDTH

WG_PULSE_WIDTH = USAT8( ((VELOCITY - 64) * (WG_PW_VELO_SENS - 7)) + MAP_PULSE_WIDTH[WG_PULSE_WIDTH] )

USAT8(a, b) - насыщение в uint8_t.

Pitch

Что используется

NOTE - MIDI Note
WG_PITCH_KEYFOLLOW - Timbre Temp Memory, Partial Parameter, WG PITCH KEYFOLLOW
WG_PITCH_COARSE - Timbre Temp Memory, Partial Parameter, WG PITCH COARSE
WG_PITCH_FINE - Timbre Temp Memory, Partial Parameter, WG PITCH FINE
KEY_SHIFT - Patch Temp Area, KEY SHIFT
FINE_TUNE - Patch Temp Area, FINE TUNE
WG_SETUP[7:7] - Timbre Temp Memory, Common parameter, Structure of partial

pitch_note = (NOTE + 12) / 12
pitch_octave = (NOTE + 12) % 12


epitch_base = MAP_PITCH[pitch_note]; // высота тона
epitch_base += pitch_octave * 0x1'000; // каждая октава удваивает частоту тона (см. примечание)
epitch_base += 0x6'000; // какая-то коррекция

epitch_base = (epitch_base * MAP_KEYFOLLOW[WG_PITCH_KEYFOLLOW] / (2 * 0x1000);

epitch_base += MAP_COARSE[WG_PITCH_COARSE]; // грубая подстройка тона в настройках Partial (полутоны)
epitch_base += MAP_FINE[WG_PITCH_FINE];  // тонкая подстройка тона в настройках Partial (центы)

epitch_base += MAP_COARSE[KEY_SHIFT + 12]
epitch_base += MAP_FINE[FINE_TUNE]

PCM

WG_PCM_WAVE - Timbre Temp Memory, Partial Parameter, WG PCM WAVE

epitch_base += MAP_PCM_TUNE[WG_PCM_WAVE]

SYNTH

WG_WAVE_FORM - Timbre Temp Memory, Partial Parameter, WG WAVE FORM

SYNTH SQUARE

epitch_base += 0x9'10d

SYNTH SAW

epitch_base += 0x9'10d - 0x0'010

На что влияют

seg001_E580[].la32_pitch = pitch_base

Следует отметить, что частота задается в виде дробного десятичного числа с фиксированной запятой в формате 0xI'FFF, где I - целая часть, а FFF - дробная. Само значение является показателем степени 2 (экпонентой) частоты генератора в килогерцах. Например, базовой частотой для большинства PCM сэмплов является 0x5'000, что равняется 2^5.000 = 32.000КГц.

Для синтеза синусоиды (режим SYNTH SQUARE) расчет значения epitch_base выглядит так:

epitch_base = LOG2(FREQ * 2 * 1.024) * 4096

То есть, частота генератора в два раза выше частоты звука. Более того, в килогерце считается не 1000Гц, а 1024Гц, то есть 2^10Гц. Возможно, это связано с тем, что LA32 тактируется генератором с частотой 16384КГц (2^14КГц).

Таблица MAP_PITCH[12], если перевести ее значения в обычные дроби, содержит в себе значения от 0 до 1: (n / 12), где n = 0..12. 12 - это количество полутонов в октаве.

Таблица MAP_KEYFOLLOW[17] содержит дробные коэффиценты, позволяющие линейно растянуть или сжать частоты тонов по нотам. По какой-то причине (видимо, чтобы повысить точность вычислений) эти коэффициенты удвоены. Поэтому, после умножения чисел с фиксированной запятой, помимо обычной коррекции разряда (деление на 1000h в нашем случае), результат еще и делится на 2.

Значение параметров по умолчанию:

WG_PITCH_KEYFOLLOW = 1; MAP_KEYFOLLOW[WG_PITCH_KEYFOLLOW] = 0x2000

TVA

Что используется

На что влияют

TVF

Что используется

Timbre Temp Memory, Partial Parameter, TVF_CUTOFF_FREQ
Timbre Temp Memory, Partial Parameter, TVF_KEY_FOLLOW
Timbre Temp Memory, Partial Parameter, WG_PITCH_KEYFOLLOW
Timbre Temp Memory, Partial Parameter, TVF_BIAS_POINT_DIR
Timbre Temp Memory, Partial Parameter, TVF_BIAS_LEVEL
Timbre Temp Memory, Partial Parameter, TVF RESONANCE

В общем виде, расчет значения регистра TVF_FREQ выглядит так:

tvf_freq = TVF_CUTOFF_FREQ - 50.0
REG_TVF_FREQ = TO_INT(tvf_freq - 125.5)

Как это ни странно, частота фильтра не зависит от частоты ноты. По всей видимости, фильть здесь не совсем фильтр, а коэффициент похожести сигнала на синусоиду. Подробней нужно смотреть в исходниках MUNT или в выходе LA32.
Лимиты на tvf_freq устанавливаются такие:

tvf_freq _min = -64.0
tvf_freq _max = 224.0 - (epitch / 16) - зависит от высоты ноты

Дальше, в расчет вводятся TVF Key Follow и TVF Bias Point:

// TVF Key Follow
tvf_freq += MAP_TVF_KEYFOLLOW[TVF_KEY_FOLLOW] - MAP_TVF_KEYFOLLOW[WG_PITCH_KEYFOLLOW]

// TVF Bias Point
if (TVF_BIAS_POINT_DIR >= 64) {    // >A1..>C7
    // TVF_BIAS_POINT_DIR(64..127) to MIDI_NOTE_A1..MIDI_NOTE_C7
    tvf_bias_note = TVF_BIAS_POINT_DIR - 64 + MIDI_NOTE_A1
    if (midi_note >= tvf_bias_note) {
        tvf_freq += tvf_bias_note * MAP_TVF_BIAS_LEVEL[TVF_BIAS_LEVEL]
    }
} else {                           // <A1..<C7
    // TVF_BIAS_POINT_DIR(0..63) to MIDI_NOTE_A1..MIDI_NOTE_C7
    tvf_bias_note = TVF_BIAS_POINT_DIR + MIDI_NOTE_A1
    if (g_midi_note < tvf_bias_note) {
        tvf_freq -= tvf_bias_note * MAP_TVF_BIAS_LEVEL[TVF_BIAS_LEVEL]
    }
}

TVF_RES = tvf_resonance + ((INT(tvf_resonance) / 4) * 32)

На что влияют

REG_TVF_FREQ
TVF_RES