探索树莓派如何革新Korg合成器的未来

借助紧凑、高效的Raspberry Pi计算模块3（Raspberry Pi Compute Module 3），Korg为其备受推崇的高端乐器提供了一种经济实惠的解决方案。

Korg，这一标志性的乐器制造商，始于20世纪60年代的日本，最早推出了鼓机，随后推出了日本第一台合成器和世界首款针式调音器。随着电子音乐在70和80年代的崛起，Korg迅速在国际舞台上赢得了声誉。面对对更强大且经济的合成器的需求，Korg将其产品线扩展至家庭爱好者和专业表演者。Korg敏锐地意识到了电子音乐制作的迅速发展，尤其是在家庭和办公计算需求激增的背景下，因此早早对基于DSP（数字信号处理器）的合成器表现出了浓厚兴趣。DSP可以快速处理现实世界模拟信号的数字化版本，如音频输入。90年代，Korg开始使用定制DSP及摩托罗拉和德州仪器的现成组件。2005年，Korg首度在其高端键盘中运用了基于Linux的英特尔处理器作为DSP，首先是基于奔腾的OASYS，接着是基于Atom的Kronos。最近，Korg推出了更易使用的数字合成器，包括wavestate、modwave和opsix，充分利用了Raspberry Pi计算模块3的处理能力。

现代合成器的计算挑战
现代合成器需要强大的计算能力来生成专业音质的音频，提供丰富的功能和高复音能力（即同时播放的声部数量）。经典的Korg乐器依赖多个定制ASIC（专用集成电路）来实现这些功能。由于这些基于ASIC的系统将基本功能嵌入到硬件中，导致其灵活性受到限制，同时这些定制系统的成本也不菲：1988年的M1键盘售价2749美元，相当于2022年的约6800美元。为了突破ASIC设计的限制，Korg位于加利福尼亚的研发团队开始探索基于DSP的合成技术。他们的目标是使硬件更加通用，而让大部分功能依赖于软件，而非硬连线电子电路。这种设计允许系统运行多种不同的合成算法，包括物理建模声学乐器、虚拟模拟合成器、样本播放及音色轮风琴等。Korg研发团队为1999年的OASYS PCI选择了摩托罗拉DSP阵列，这是一款基于PCI的合成和效果系统，兼容Mac和Windows计算机。团队还为2005年的OASYS“工作站”键盘（针对专业用户的高端乐器）设计了基于Linux的英特尔奔腾处理器。这些乐器提供了卓越的灵活性，但价格昂贵。“Oasys的售价是我们之前机器的两倍多，”Andy Leary指出。“然而，它能够产生一些其他乐器无法实现的惊人音效。无疑，它是一款旗舰和开创性的乐器。”

随后推出的Kronos在OASYS技术的基础上进一步开发，成功实现了更为标准的价格点，显著满足了市场需求：Kronos在过去十年中一直保持热销。Korg研发团队的目标是降低产品价格，同时不牺牲功能和音质，然而他们发现所用平台仍存在技术瓶颈。2017年，Korg为Grandstage和Vox Continental选择了TI的OMAP平台，这一平台将ARM CPU与DSP结合在一起，但尽管CPU和DSP位于同一芯片上，依然面临与旧OASYS PCI相类似的问题。“这并不是一个能够完成所有任务的芯片。我们不得不处理DSP部分与主CPU之间的连接问题，”Andy解释道。

创新解决方案
在为下一款产品开发时，Korg研发团队的愿望是将产品价格压至1000美元以下，使之更易于访问。最终，他们意识到，传统台式机和笔记本电脑方案的“成本实在太高”。因此，他们转向了Raspberry Pi，“这基本上满足了我们所需的一切，同时成本要低得多。它更小、更便宜、更快、更轻、更好，这正是我们的明确方向，”Dan Phillips表示。

另一个吸引Korg的因素在于，使用Raspberry Pi计算模块意味着所有准备工作已经完成。Korg能够专注于其产品的定制特性，如专业音质的音频硬件、物理键盘和丰富的控制界面，然后只需插入一个组件即可提供所需的CPU、RAM和存储。“这部分工作已经完成。它就像任何其他组件一样；我们无需自行布局电路板或进行测试。”为何选择Raspberry Pi？ Korg还被Raspberry Pi对长期产品规划及生产支持的承诺所吸引——这对Korg来说至关重要，因为他们有时不得不因DSP、内存及其他部件的停产而进行调整。“与一家生产大量产品并致力于持续生产和推动技术进步的公司合作是明智之举。这种保证正是企业所需，”Dan解释说。得益于此，Korg能够轻松利用Raspberry Pi的优势。事实上，他们购买了几个计算模块3进行试用，结果发现“嘿，我们可以让这个工作，”Andy表示。

成果
2020年初，Korg研发团队宣布推出wavestate，这款乐器是其30年历史的Wavestation的继任者，同时也是首款采用Raspberry Pi计算模块3的乐器。原始Wavestation享有传奇地位，因此新型号的发布引起了极大的关注。Wavestation利用“波形序列”在样本之间进行淡入淡出处理，组合成新的音效。由Raspberry Pi驱动的wavestate基于此推出了“波形序列2.0”，引入了广泛的实时控制、受20世纪算法作曲启发的复杂图案创建与修改以及受控随机化。它的音频质量和合成架构也较原始产品有显著提升，复音能力更是翻倍。Korg研发团队在转向wavestate及其首款后续产品modwave波形表合成器之前，已经合作多年，该产品同样采用了Raspberry Pi技术。团队在实施硬件设计之前，利用软件进行了乐器原型的制作。由于基础软件平台已经能够支持，因此从构思到2020年末发布，使用Compute Module 3开发wavestate仅用一年时间。该设置包含两块电路板。主面板包含所有用户界面元素，如显示屏、按钮、旋钮、转盘及其他特定于合成器的控件；而另一块电路板则包含音频、MIDI、音乐键盘和电源的子系统，以及CM3的插槽。

安迪表示：“设置非常简单。两块电路板。我们的理念是，在生产新产品时，可以保留相同的主板，包含处理器、音频等。前面板则提供了差异化，能够根据需要定制，满足特定乐器的需求。”丹告诉我们：“并不是每个人都清楚Raspberry Pi实际上在发声——许多人认为它不能……我们使用CM3是因为它非常强大，这使得我们能够创造出深沉且引人入胜的乐器。”wavestate的市场反响热烈：“这对我们而言是一个非常成功的产品，获得了大量关注。人们对这款产品在价格点上所能实现的功能感到十分兴奋。不知怎么的，它似乎在疫情初期推出时正好合适。”当被问及转向Raspberry Pi的成功程度时，两人均表示销量远超预期。“我们当然可以说，这些产品在市场上引起了热烈反响！”