Wykład V - Dzwiek cyfrowy

Komentarze

Transkrypt

Wykład V - Dzwiek cyfrowy
Wykład V
Dźwięk cyfrowy
dr inż. Janusz Słupik
Wydział Matematyki Stosowanej
Politechniki Śląskiej
Gliwice, 2014
c Copyright 2014 Janusz Słupik
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Synteza dźwięku
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Przegląd urządzeń
Minimoog – monofoniczny syntezator analogowy skonstruowany przez
Davida van Koeveringa i Roberta Mooga. Wypuszczony na rynek w 1970
roku.
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Przegląd urządzeń
(źródło: Wikipedia)
Organy Hammonda zostały skonstruowane przez amerykańskiego zegarmistrza
Laurensa Hammonda w roku 1935. Działanie tych organów opierało się na
następującej zasadzie: zespół dyskowych wirników, na których powierzchni
nacięte były różnego rodzaju żłobki obracał się w polu magnetycznym
generując prąd elektryczny o charakterystyce zawierającej szereg
harmonicznych składowych. Pierwotnie, organy Hammonda miały być
alternatywą dla organów piszczałkowych w kościołach w USA. Jednakże organy
te zyskały wielką popularność w muzyce rockowe i jazzowej lat 60 i 70. Wersja
z elektronicznym generatorem produkowana jest do dziś.
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Przegląd urządzeń
Syntezator modularny
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Przegląd urządzeń
Korg Poly-61 – programowalny, polifoniczny syntezator,
wprowadzony na rynek w 1982 roku.
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Metody syntezy dźwięku
synteza addytywna
synteza subtraktywna
synteza FM
metoda tablicowa (wavetable synthesis)
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Hybrydowe tory syntezy
Hybrydowe tory syntezy - techniki łączące metodę tablicową
oraz elementy metody addytywnej i FM.
Różnie nazywane:
AWM (Advanced Wavetable Memory),
VA (Virtual Acoustic) - Yamaha,
LA (Linear Arithmetic) - Roland,
AI2 - Korg.
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Elementy syntezatora analogowego
Moduły:
VCO – Voltage Controlled Oscillator
generator sterowany napięciowo
VCA – Voltage Controlled Amplifier
wzmacniacz sterowany napięciowo
VCF – Voltage Controlled Filter
filtr sterowany napięciowo
EG – Envelope Generator
generator obwiedni
LFO – Low Frequency Oscillator
generator niskich częstotliwości
Jeden moduł może sterować działaniem innych modułów modulacja.
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Obwiednia
Obwiednia sygnału - krzywa opisująca zmianę amplitudy
generowanego dźwięku, która możliwie jak najbardziej
odzwierciedla oryginalne brzmienie ”prawdziwych” instrumentów
muzycznych.
Obwiednie mają zwykle formę określaną akronimem ”ADSR”:
Attack - czas narastania amplitudy od zera do poziomu
maksymalnego, po naciśnięciu klawisza,
Decay - czas opadania amplitudy od poziomu maksymalnego
do poziomu podtrzymania (sustain),
Sustain - amplituda, poziom podtrzymania, gdy klawisz jest
naciśnięty dłuższy czas,
Release - czas opadania amplitudy od poziomu podtrzymania
do zera, po zwolnieniu klawisza
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Obwiednia
Generator obwiedni ADSR steruje wzmacniaczem o wzmocnieniu
regulowanym napięciem VCA (Voltage Controlled Amplifier)
umożliwiającym zmianę amplitudy sygnału.
Generator obwiedni ADSR czasami steruje również różnego rodzaju
filtrami, np. pasmowo-przepustowym
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Obwiednia
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Synteza addytywna
Synteza addytywna - opiera się na twierdzeniu Fouriera
mówiącym, że każdy sygnał złożony możne być przedstawiony za
pomocą elementarnych przebiegów sinusoidalnych. Na postawie
widma amplitudowego sygnału rzeczywistego (wzorca)
przeprowadza się proces syntezy.
Dźwięk wyjściowy jest sumą podstawowych przebiegów
sinusoidalnych, z których każdy może być modulowany
amplitudowo i fazowo. Podstawowy blok syntezatora addytywnego
zbudowany jest z zespołu generatorów sinusoidalnych wraz z
modulatorami amplitudy (wzmacniaczami) i fazy (przesuwnikami
fazowymi).
Przykład. Dźwięki DTMF.
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Synteza addytywna
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Synteza subtraktywna
Synteza subtraktywna dźwięku - polega na odejmowaniu
określonych składowych widma (filtracji) sygnału
szerokopasmowego lub szumu.
W generatorach stosowanych w syntezie subtraktywnej zwykle
wytwarzane są następujące sygnały o szerokopasmowym widmie:
trójkątny, piłokształtny, prostokątny, szum biały i różowy. Filtr
(najczęściej dolnoprzepustowy) odzwierciedla formanty
rezonansowe rezonatorów naturalnych, tzn. symuluje elementy
instrumentów.
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Synteza subtraktywna
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Synteza subtraktywna
Zastosowanie filtra dolnoprzepustowego dla filtracji sygnału
prostokątnego:
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Wavetable
Metoda tablicowa (wavetable synthesis) - dźwięk powstaje w
przetworniku cyfrowo-analogowym do którego dostarczane są
próbki odczytywane z tablicy próbek (wavetable) pojedynczego
okresu sygnału i zapętlane.
Zmianę wysokości sygnału można uzyskać poprzez zmianę
szybkości konwersji w przetworniku cyfrowo-analogowym, lub
poprzez „pomijanie” niektórych próbek z tablicy.
Dalsze przetwarzanie (filtracja, modulacja, wzmacnianie) są
zazwyczaj analogowe.
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Wavetable
Pamięć jest zorganizowana w „wiersze” zawierające różne kształty
fali. Wybrany wiersz jest odczytywany i zapętlany – tworzy jeden
okres fali.
Możliwość zapisywania różnych kształtów fali.
Można odczytać więcej niż jeden wiersz i zapętlić całą sekwencję –
multi-cycle.
Generatory tego typu (multi-cycle) pozwalają wytworzyć sekwencję
złożoną z więcej niż jednego okresu składowego. Pojedyncze okresy
różnych sygnałów są łączone w sekwencje, które są zapętlane.
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Wavetable
Dla każdej z faz obwiedni ADSR stosuje się inny sygnał z tablicy.
W ten sposób można uzyskać zmienność widma.
W tablicy zapisane są sygnały o jednej (niskiej) częstotliwości.
Innym rozwiązaniem jest zastosowanie jednego sygnału dla każdej
oktawy, a dla dźwięków pośrednich stosowanie interpolacji.
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Wavetable
Syntezator PPG Wave produkowany przez Palm Products GmbH w
latach 1981-1987 był jedną z pierwszych konstrukcji
wykorzystujących syntezę tablicową.
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Synteza FM
Synteza FM (frequency modulation) - polega na zastosowaniu
modulacji częstotliwości sygnału w zakresie częstotliwości
akustycznych i można opisać ją wzorem
x[n] = A(n) sin 2πfp nT + I (n) sin(2πfm nT )
gdzie: T - okres próbkowania, fp częstotliwość podstawowa
(nośna), fm - częstotliwość modulująca.
Gdy częstotliwość modulująca fm < 20Hz to otrzymuje się efekt
wibrato, natomiast dla fm rzędu setek i tysięcy Hz rezultatem
modulacji jest zmiana barwy syntezowanego dźwięku.
Synteza FM służy głównie do generowania dźwięków
abstrakcyjnych (nieistniejących instrumentów).
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Sampler
Sampler – urządzenie (lub program) posiadające następujące
możliwości:
- wprowadzanie próbek dźwięku „z zewnątrz”
- odtwarzanie zapisanych próbek dźwięku, z możliwością ich
przetwarzania.
Próbka dźwięku wgrana do samplera wymaga:
- ustalenia początku i końca próbki (trimming, „przycinanie”)
- zapętlania (looping)
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Oprogramowanie
Istnieje wiele emulatorów klasycznych syntezatorów analogowych,
ogromna ilość syntezatorów cyfrowych. Często dostępne są one w
postaci wtyczek VST.
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Kamioooka w SAVIHost
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy
Koniec
dr inż. Janusz Słupik
Dźwięk cyfrowy

Podobne dokumenty