Методы и средства мультимедиа Звук (стр. 3 из 9)
Можно воспринимать эквалайзер как совокупность нескольких фильтров.
Графический — эквалайзер с жестко определенным набором фильтров.
Графический эквалайзер имеет определенное количество регулируемых по уровню частотных полос, каждая из которых характеризуется постоянной рабочей частотой, фиксированной шириной полосы вокруг рабочей частоты, а также диапазоном регулировки уровня (одинаковый для всех полос).
Параметрический — эквалайзер с кастомизированным набором фильтров. Параметрический эквалайзер удобно использовать для исправления конкретного дефекта.
Каждая полоса параметрического эквалайзера имеет три основных регулируемых параметра:
• Центральная[13] частота в герцах (Гц);
• Добротность[14] — безразмерная величина;
• Уровень усиления или ослабления выбранной полосы в децибелах
(дБ).
Параграфический — эквалайзер графического типа с регулировкой добротности.
7. Пространственные и модуляционные эффекты
7.1. Хорус, Фленджер, Фазер
Модуляционные эффекты основанные на задержке сигнала, вызывающей эффект изменения высоты тона.
Для хоруса, aленджерa, фазерa задержка очень маленькая, порядка десятков миллисекунд. Задержка сигнала может изменяться во времени. Модулируется эта величина при помощи низкочастотного генератора.
Эффект Задержка [мс]Фазер 1 − 6
Фленджер 7 − 15
Хорус 15 − 90
Основные параметры:
• Частота[15] — частота модулирующего генератора.
• Глубина[16] — величина отклонения тона
• Обратная связь[17] — величина обработанного сигнала, подаваемого на вход. Определяет число повторов.
7.2. Эхо
Эхо (Delay) — задержка исходного сигнала с повтором Существует множество алгоритмов:
• одиночный повтор,
• многократный повтор,
• повтор с изменением панорамы,
• повтор с разными величинами задержки для правого и левого каналов.
Величина задержки очень большая от 200 мс до нескольких секунд.
Основные параметры:
• Время[18] — интервал времени между повторами.
• Обратная связь[19] — величина обработанного сигнала, подаваемого на вход. Определяет число повторов.
7.3. Реверберация
Реверберация — это имитация естественных отражений звуковых волн в помещении. Реверберация применяется для имитации акустики окружающего пространства. Представляет из себя совокупность большого числа задержек исходного сигнала с разным временем.
Алгоритмы формирования таких задержек достаточно сложны и зависят от того, что моделируется.
Время задержки варьируется от десятком мс до сотен мс. Задержка как таковая на слух не ощущается (в отличие от эха). Воспринимается как придание некоторого объема звуковому сигналу.
Основные параметры:
• Тип и размер помещения[20] — определяет алгоритм реверберации и величину задержек. Основные типы:
I room,
I hall,
I stadium,
I cathedral,
I bathroom,
I plate, I spring и т.д.
• Время[21] – время звучания реверберационного хвоста (не путать с временем задержки как у delay)
• Задержка начала[22] – определяет расстояние от источника звука до ближайшей стены, то есть время, через которое начнется реверберация.
В зависимости от алгоритма могут еще задавать параметры смешивания отраженных сигналов из их деградацию, обусловленную поглощающими материалами помещения.
≺ Синтез звука ≻
Звук любого инструмента имеет вид:
Атака — начальная фаза образования звука.
Поддержка — фаза образования звука, следующая после атаки. Во время поддержки формируется ощущение высоты звука.
Затухание — участок уменьшения сигнала.
• Фаза атаки наиболее ярко выражена для барабанов. Момент удара палочкой как раз и есть фаза атаки.
• Фаза затухания у различных инструментов может быть как очень короткой (орган), так и очень длинной (арфа).
Некоторые фазы могут отсутствовать.
8. Аддитивный синтез звука
Результирующий звук формируется путем сложения нескольких исходных звуковых волн. Формируется N гармоник с частотами f1(t)...fn(t), и амплитудами A1(t)...An(t). Гармоники не обязательно должны быть кратными. И гармоники и амплитуды зависят от времени. Эти гармоники складываются. Получаем синтезируемый сигнал.
Для получения всех точек звукоряда нужно несколько сотен составляющих гармоник.
. Для генерации синусоидального сигнала используются ГУК — генераторы, управляемые кодом.
9. Субтрактивный синтез звука
Метод субтрактивного синтеза звука является вторым по популярности. Синтез состоит из нескольких этапов:
1) Создается сигнал богатый гармониками.
Данный сигнал должен содержать максимальное количество гармоник. Чаще всего в качестве такого сигнала используют последовательность коротких прямоугольных импульсов. Иногда, чтобы еще сильнее обогатить сигнал используют пилообразные и треугольные импульсы.
2) Выбор нужного набора гармоник из исходного сигнала.
Интересно заметить, что подобный механизм «звукообразования» используется при формировании речи человека.
10. Частотной модуляция
10.1. Генератор, управляемый кодом
Напомним, что ГУК23 — генераторы, управляемые кодом. Он используется для генерации синусоидального сигнала используются Составляющие:
• формирователь фазы;
I сумматор;
I регистр;
• ПЗУ;
В ПЗУ записаны отсчеты функции (sinx) для одного периода. Точки одинаково удалены по времени.
• перемножатель параллельных кодов;
• ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь;
• ФНЧ — фильтр низких частот;
10.2. Частотная модуляция
Частотная модуляция — процесс модуляции при котором мгновенная частота несущего сигнала изменяется под воздействием модулирующего сигнала, а отклонение несущей частоты от среднего значения пропорционально амплитуде модулирующего сигнала.
x(t) = Ac · sin(2πt[fc + mf · sin(2πfmt)])
• Ac — амплитуда несущей частоты;
• fc — несущая частота;
• mf — индекс частотной модуляции;
• fm — модулирующая частота.
Изменяя только mf можно варьировать спектр x(t) в широких пределах. Это используется для ЧM-синтеза.
10.3. Синтез
Минимальное число ГУК для такой схемы должны равняться 6.
Важно заметить, что на аналоговом механизме такая схема работать не будет.
Достоинство:
Универсальность. Можно получить любое звучание.
Недостаток:
Сложность реализации.
ЧM-синтез был основным методом синтеза в середине 80-х годов XX века.
Это метод реализован в Native Instruments FM8.
11. Нелинейный синтез звука
Нелинейный синтез (и как частный случай, метод волновой формы) часто выступает как дополнение к субтрактивному синтезу.
Для синтеза одного инструмента используется сигнал одного генератора. Сигнал инструмента получается в результате нелинейных искажений гармоник генератора. Синусоидальный сигнал от генератора пропускают через нелинейный элемент и на выходе получают сигнал с той же частотой, но с другой фактурой(амплитуда, рисунок) гармоник. Таким образом можно получить спектры характерные для тех или иных инструментов.
Достоинство:
Простота.
Недостаток:
Нельзя раздельно управлять амплитудой и спектром.
Кольцевая модуляция — умножение сигналов. В данном контексте это сложение генераторов.
12. Таблицы волн
Этот метод синтеза также называют WT-синтез[23] На данный момент наиболее популярен.
12.1. WT-синтез
WT-синтез — метод синтеза, основанный на воспроизведении заранее записанного в цифровом виде звучания инструментов-сэмплов. Для изменения высоты звука сэмпл проигрывается с разной скоростью.
Атака, поддержка, затухание сэмплируются отдельно. Это необходимо чтобы не изменился характер звучания.
В сложных (и дорогих) синтезаторах используется параллельное проигрывание нескольких сэмплов на одну ноту. Обычно такие сэмплы играются на разных уровнях громкости. Такой метод называется — многослойным сэмплированием.
Инструменты с короткой поддержкой семплируются полностью для всех вариантов звучания. Для большинства инструментов семплируется полностью только атака и затухание. Поддержка (вернее даже ее маленькая часть) сэмплируется всего лишь в нескольких наиболее отличимых вариантах, а при воспроизведении проигрывается в цикле и с различным ускорением. Достоинства: