Autore/i ALBERTINI, DAVIDE
Relatore SARTI, AUGUSTO
Correlatore/i BERNARDINI, ALBERTO
Scuola / Dip. ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Data 29-apr-2020
Anno accademico 2018/2019
Titolo della tesi Antiderivative antialiasing in nonlinear wave digital filters
Abstract in italiano Nell’ultimo decennio, in seguito al rapido sviluppo di calcolatori elettronici ad alte prestazioni e con costi contenuti, ed in concomitanza con il miglioramento delle tecniche di signal processing, la modellizzazione digitale di processori audio analogici è cresciuta in maniera significativa. In particolare, la classe di tecniche conosciute col nome di Virtual Analog, che si concentra sull’accurata emulazione fisica dei circuiti di riferimento, ha subito grandi avanzamenti teorici e tecnologici, diventando popolare tra musicisti e ingegneri del suono. Per avere successo, le applicazioni Virtual Analog devono garantire una risposta dinamica analoga a quella del sistema fisico di riferimento, restituendo l’impressione di interagire con il vero processore audio analogico. Tuttavia, garantire tale operabilità è il più delle volte molto complesso, per via della complicata topologia dei circuiti di riferimento e del loro comportamento fortemente nonlineare, che tuttavia costituisce l’aspetto principale del loro suono caratteristico. Uno dei principali problemi riscontrati nei sistemi a tempo discreto nonlineari, quali i modelli di Virtual Analog, è la distorsione causata dal fenomeno dell’aliasing. Questa è dovuta all’aggiunta di componenti armonici al segnale di uscita, adoperata dalle nonlinearità del sistema, i quali superano la frequenza di Nyquist e vengono riflessi nello spettro del segnale di uscita, compromettendone la qualità. Il metodo più semplice per ridurre l’aliasing è aumentare notevolmente la frequenza di campionamento del sistema, ma sfortunatamente, questo approccio è computazionalmente oneroso e potrebbe compromettere l’esecuzione real-time. Una tecnica promettente che permette la soppressione dell’aliasing è conosciuta con il nome di Antiderivative Antialiasing, e consiste nel sostituire la funzione nonlineare di riferimento con una approssimazione basata sulle sue antiderivate. Nella sua formulazione originale, l’Antiderivative Antialiasing è applicato a sistemi senza memoria, per via del ritardo introdotto, intrinseco nel metodo, che altera la temporizzazione di sistemi retroazionati, come quelli contenenti elementi dinamici. Questo lavoro di tesi è volto all’integrazione di questa tecnica di antialiasing nel contesto della modellazione Virtual Analog attraverso filtri ad onda numerica. In particolare, è stato sviluppato un metodo che risolve i problemi di temporizzazione che emergono applicando l’Antiderivative Antialiasing a strutture ad onda numerica nonlineari, in presenza di elementi con memoria. Il nuovo approccio garantisce un’eccellente soppressione dell’aliasing con bassi fattori di sovracampionamento.
Abstract in inglese In the last decade, due to rapid advancements in high-performance and low-cost computing, in conjunction with novel digital signal processing techniques, the modeling of analog sound processors in the digital domain has grown significantly. In particular, the class of techniques referred to as Virtual Analog Modeling, which aims at recreating the exact physical behavior of the analog reference circuits, has undergone notable theoretical and technological advancements, reaching the popularity among musicians and sound engineers. In order for Virtual Analog emulations to be appealing, they should model the dynamic response of the reference physical system accurately, providing the impression of interacting with the real analog sound processor. However, this is by no means a trivial task due to the complex topologies of reference circuits and the inherent strongly nonlinear behavior, which contributes to their characteristic sound. A major problem of nonlinear discrete-time systems such as those encountered in Virtual Analog applications is aliasing distortion, caused by the additional harmonic components exceeding the Nyquist frequency and being mirrored in the base-band, corrupting the desired signal. A trivial method to reduce aliasing is to use high oversampling factors; unfortunately, this method is computationally intensive and could violate real-time constraints. A promising technique that allows reducing aliasing distortion is that of Antiderivative Antialiasing, which consists of substituting the reference nonlinear function with an approximation based on its antiderivatives. In its original formulation, Antiderivative Antialiasing is applied only to memoryless systems due to its intrinsic group delay that alters the temporization of systems having feedbacks, such as those with dynamic elements. This work aims at integrating this approach into the Virtual Analog framework of Wave Digital Filters. In particular, we developed a method to overcome temporization issues that arise in the application of Antiderivative Antialiasing to nonlinear Wave Digital structures with stateful elements. This novel approach showed an excellent aliasing suppression with low oversampling factors.
Tipo di documento Tesi di laurea Magistrale
Appare nelle tipologie: Tesi di laurea Magistrale
File allegati
File Dimensione Formato  
Tesi MSc Albertini.pdf

accessibile via internet solo dagli utenti autorizzati a partire dal 01/04/2021

5.58 MB Adobe PDF   Visualizza/Apri

I documenti in POLITesi sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: http://hdl.handle.net/10589/152934