Funktionsgenerator in Python

Synthesizer verwenden zur Tongeneration sogenannte Oszillatoren. Der einfachste dabei ist der Sinusgenerator. Doch ein Sinuston klingt sehr langweilig. Deswegen gibt es noch drei weitere Signaltypen, die zur Tonerzeugung genutzt werden, wie den Rechteckgenerator, Sägezahngenerator und Triangelgenerator. Aus Überlagerungen verschiedener harmonischer Frequenzen dieser Generatoren entsteht dann eine spezifische Klangfarbe. Aus der Fourieranalyse im Frequenzraum sieht man, dass aber die anderen (nicht Sinus) Generatoren aus verschiedenen vielfachen der Basissinusfrequenz bestehen. Somit können diese prinzipiell ebenfalls aus verschiedenen übereinangelagerten Sinuswellen der vielfachen Frequenz gebildet werden.

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import math

class Oszillator(object):
  def __init__(self, frequence=1, amplitude=10, phase=0, samplerate=360, min=-1, max=1 ):
    self.frequence = frequence
    self.amplitude = amplitude
    self.phase = phase
    self.samplerate = samplerate
    self.position = 0
    self.min = min
    self.max = max
  def funcGen(self):
    pass
  def getSamplerate(self):
    return self.samplerate
  def getPosition(self):
    return self.position  
  def play(self):
    val = self.funcGen()
    self.position = self.position + 1
    if self.samplerate < self.position :
      self.position = 0
    return val
  def setRange(self,val):
    return (((val + 1) / 2 ) * (self.max - self.min)) + self.min    

class Sine(Oszillator):
  def funcGen(self) :
    increment = ( 2 * math.pi * self.frequence ) / self.samplerate
    i = increment * self.position
    p = ( self.phase / 360 ) * 2 * math.pi
    v = math.sin( p + i )
    v = self.setRange( v )
    return v * self.amplitude

class Square(Oszillator):
  def funcGen(self) :
    self.threshold = 0
    increment = ( 2 * math.pi * self.frequence ) / self.samplerate
    p = ( self.phase / 360 ) * 2 * math.pi
    i = increment * self.position
    v = math.sin( p + i )
    if ( v < self.threshold ) :
      ret = self.min 
    else:    
      ret = self.max 
    return ret * self.amplitude

class Saw(Oszillator):
  def funcGen(self) :
    period =  self.samplerate / self.frequence
    increment = ( 2 * math.pi * self.frequence ) / self.samplerate
    p = ( ( self.phase + 180 ) / 360 ) * period
    div = (increment + self.position + p ) / period 
    val = 2 * (div - math.floor(0.5 + div))
    val = self.setRange(val)    
    return val * self.amplitude

class Triangle(Oszillator):
  def funcGen(self) :
    period =  self.samplerate / self.frequence
    increment = ( 2 * math.pi * self.frequence ) / self.samplerate
    p = ( ( self.phase + 90 ) / 360 ) * period
    div = (increment + self.position + p ) / period 
    val = 2 * (div - math.floor(0.5 + div))
    val = (abs(val) - 0.5) * 2 
    val = self.setRange(val)    
    return val * self.amplitude     

class Mixer(object):
  def __init__(self):
    self.oszList = []
  def addOszillator(self,osz):
    self.oszList.append(osz)
  def play(self):
    n = len(self.oszList)
    sum = 0
    for o in self.oszList:
      v = o.play()
      sum = sum + v
    return sum / n
  
#funcplay = Triangle() 
f1 = Sine()
f2 = Sine(2)

m = Mixer()
m.addOszillator(f1)
m.addOszillator(f2)
m.addOszillator(Sine(3))

for pos in range(f1.getSamplerate()) :
  print( m.play() )

Die unterschiedlichen Generatoren können sehr einfach zusammen gemischt werden.

Sinuskurve: