docWykład V - Dzwiek cyfrowy
download 
Reklamacja 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
