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      Hochschule für Technik und Umwelt FHNW
      Institute
      Forschungsprojekte realisieren
      Authenticity in Music Production

      Authenticity in Music Production

      In Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum der Hochschule für Musik entwickelt das Institut für Sensorik und Elektronik ein Verfahren, um elektronisches Equipment wie Gitarrenverstärker oder Effektgeräte in einer rein digitalen Umgebung zu simulieren.

      Gitarrenphoto von Simon Weisser auf Unsplash

      Technologien

      FPGA, Signalflussdiagramme

      Ausgangslage

      Die Hochschule für Musik FHNW beschäftigt sich mit der Konservierung von Musikstücken. Dieser Gedanke wurde in die Neuzeit übertragen, wodurch die Frage aufkam, wie man elektronische Musikinstrumente für die Nachwelt erhalten kann. Die Restauration von Hardware ist oftmals nicht möglich, da notwendige Ersatzteile nicht mehr verfügbar sind. Präzise Softwaresimulationen sind nicht schnell genug, um in Echtzeit angewendet werden zu können. Mit dem neuen Verfahren soll es möglich sein, beliebige Schaltungen in Echtzeit zu simulieren, so dass es gleichzeitig mit anderem Audioequipment eingesetzt werden kann.

      Ziele

      Synthetisierung von stark nichtlinearen Schaltungen mit Hilfe von Signalflussdiagrammen. Entwicklung von Hardware, welche basierend auf FPGA-Technologie das System in Echtzeit simulieren kann und in einem Blindtest nicht vom Original zu unterscheiden ist.

      Vorgehensweise

      Die Basis bildet die sogenannte Signalflussdiagrammsynthese, welche eine graphische Darstellung eines Gleichungssystems ermöglicht. Sie kann verwendet werden, um beliebige Mixed-Signal-Schaltungen in der Frequenz-Domäne zu beschreiben. Die Idee besteht nun darin, den Graphen 1:1 in die zeitdiskrete Domäne zu transformieren. Dabei wird jeder Pfad separat in sein zeitdiskretes Pendant umgewandelt unter Beibehaltung der zugrundeliegenden Struktur des Graphen. Diese neue, rein digitale Beschreibung des Systems kann danach in Hardware umgesetzt werden.

      Die Implementierung auf Hardware bringt viele Herausforderungen mit sich. Bereits kleine Schaltungen ergeben komplexe Signalflussdiagramme, bei welchen viele Signale parallel verarbeitet werden müssen. Nur FPGAs mit ihren grossen Signalverarbeitungskapazitäten können solche Systeme in Echtzeit rechnen. Der grosse Dynamikbereich von analogen Komponenten und die geforderte Präzision stellen hohe Anforderungen an die Numerik, was die Komplexität des Modells weiter erhöht. Um reale Systeme mit dem neuen Verfahren auf konventionellen FPGAs zu simulieren sind deshalb intensive Optimierungsarbeiten notwendig.

      Eine Einführung in die Signalflussdiagramme finden Sie im Kurzkurs " Signal-flow graphs in 12 short lessons" auf https://tube.switch.ch/channels/d206c96c .

      Projekt-Informationen

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      Ausführung

      Hochschule für Musik FHNW, Institut für Sensorik und Elektronik FHNW

      Dauer

      1 Jahr

      Finanzierung

      SNF Spark

      Projektleitung

      Hannes Barfuss, Dominik Hiltbrunner, Thomas Resch, Hanspeter Schmid

      Die FHNW

      Hochschule für Technik und Umwelt FHNW
      Institut für Sensorik und ElektronikDigital ASIC & FPGA DesignForschungsprojekte umsetzen
      Hanspeter Schmid

      Prof. Dr. Hanspeter Schmid

      Dozent für Mikroelektronik und Signalverarbeitung

      Telefonnummer

      +41 56 202 75 34

      E-Mail

      hanspeter.schmid@fhnw.ch

      Adresse

      Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW Hochschule für Technik und Umwelt Klosterzelgstrasse 2 5210 Windisch

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