Real-Time Circuit Simulation With Wave Digital Filters in C++

• 语言: 英语
• 格式: .pdf
• 来源: github.com/CppCon

摘要

文档介绍了如何在C++中实时模拟电路，使用Wave Digital Filters（WDFs）作为电路建模的范式。WDFs通过波形变量和适配器节点实现电阻、电容、二极管等电路元件的模拟，适用于实时音频处理。文档还比较了不同WDF库的性能，展示了chowdsp_wdf库在多种电路中的优越性。

AI总结

《实时电路模拟与C++中的波数字滤波器》

本文介绍了一种基于波数字滤波器（Wave Digital Filters, WDF）的电路模拟方法，用于实时音频处理。以下是核心内容的总结：

### 背景与意义
模拟音频效果是音乐家和录音师的重要工具。尽管软件音频效果因其便宜和便捷而广受欢迎，但许多软件依然采用模拟电路的声学特性。然而，传统电路建模工具（如LTSpice）无法满足实时处理的需求。波数字滤波器作为一种电路建模方法，近年来在音频研究领域备受关注，因其适合实时应用而广泛应用。

### 波数字滤波器原理
波数字滤波器通过“波变量”（wave variables）取代传统的电压/电流变量，模拟电路行为。每个“端口”包含三个变量：入射波、反射波和端口阻抗。
- **叶节点**（1端口）：如电阻器、电容器、电感器等。
- **适配器节点**（2端口或以上）：如串联、并联、反转适配器。
- **不可适配叶节点**：如理想电压/电流源、二极管、开关，需置于树结构的根部。
波数字滤波器允许对端口进行探测，以确定电压和电流。

### C++实现
- **chowdsp_wdf**是一个头文件-only的C++库，实现了常见电路元件（如电阻器、电容器、二极管等）作为波数字滤波器。
- 库支持标量和SIMD数据类型，用户可扩展以支持自定义电路元件。
- 该库采用BSD 3-clause许可证，性能优异。

### 性能比较
通过对多个电路（如RC低通滤波器、二极管截幅器等）的测试，chowdsp_wdf在所有测试电路中表现为最佳或次佳，显示出高效的实时处理能力。

### 结论
本文提出了一种适用于实时音频处理的波数字滤波器电路模拟方法，并通过C++库实现。该方法不仅高效，而且扩展性强，适合音乐家和录音师的需求。

作者：Jatin Chowdhury（Chowdhury DSP）
邮箱：[e-mail]
会议：CppCon 2024，美国科罗拉多州奥罗拉，2024年9月15日-20日。