Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τον σχεδιασμό και την υλοποίηση (κατασκευή και προγραμματισμό) ενός ψηφιακού συστήματος επεξεργασίας ήχου σε πραγματικό χρόνο, βασισμένου στην πλατφόρμα Bela.

Στόχος ήταν η ψηφιακή σύνθεση ήχων και προσθήκη ηχητικών εφέ σε πραγματικό χρόνο, λαμβάνοντας υπόψη δεδομένα που εισάγονται στο σύστημα από τον χρήστη. Συγκεκριμένα το σύστημα λαμβάνει MIDI δεδομένα και εφαρμόζει δυναμική διαμόρφωση πλάτους (ADSR), χαμηλοπερατό φίλτρο μεταβαλλόμενης συχνότητας και καθυστέρηση σήματος (delay effect). Οι παράμετροι του ADSR (Attack, Decay, Sustain, Release) και του φίλτρου (συχνότητα, ευαισθησία, Q, Attack, Decay, Sustain, Release) εισάγονται μέσω ρυθμιστικών του MIDI πληκτρολογίου, ενώ οι παράμετροι του εφέ καθυστέρησης (χρόνος καθυστέρησης, ποσοστό ανάμειξης του σήματος καθυστέρησης, ποσοστό ανάδρασης) εισάγονται μέσω των ποτενσιομέτρων της ηλεκτρονικής πλακέτας που κατασκευάσαμε.

Η υλοποίηση πραγματοποιήθηκε σταδιακά χρησιμοποιώντας την γλώσσα προγραμματισμού C++ σε συνδυασμό με την Bela API στο περιβάλλον Bela IDE. Σε κάθε στάδιο ανάπτυξης του προγράμματος πραγματοποιήθηκε ανάλυση του κώδικα και ανάλυση του παραγόμενου ηχητικού σήματος.

Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν τη δυνατότητα δημιουργίας φυσικότερης και εκφραστικότερης ηχητικής απόκρισης μιας συχνότητας με την ενσωμάτωση της καμπύλης ADSR, του φίλτρου και της καθυστέρησης. Επίσης αναδείχθηκε η ταχύτητα και η ακρίβεια επεξεργασίας σε πραγματικό χρόνο του συστήματος Bela.

This thesis deals with the design and implementation (construction and programming) of a real-time digital audio processing system based on the Bela platform.

The aim was to digitally synthesize sounds and add sound effects in real time, taking into account data entered into the system by the user. Specifically, the system receives MIDI data and applies dynamic amplitude modulation (ADSR), a low-pass variable frequency filter and a delay effect. The parameters of the ADSR (Attack, Decay, Sustain, Release) and the filter (frequency, sensitivity, Q, Attack, Decay, Sustain, Release) are entered via MIDI keyboard sliders, while the parameters of the delay effect (delay time, delay signal mixing rate, feedback rate) are entered via the potentiometers of the electronic board we built.

The implementation was carried out step by step using the C++ programming language in combination with the Bela API in the Bela IDE environment. At each stage of the program development, code analysis and analysis of the generated audio signal was performed.

The results demonstrate the ability to create a more natural and expressive sound response of a frequency by incorporating the ADSR curve, filter and delay. The speed and real-time processing accuracy of the Bela system were also demonstrated.