Interested Article - Аддитивный синтез (звук)

Аддитивный синтез — техника синтезирования звука , позволяющая воспроизвести определённый тембр путём суммирования синусоидальных волн .

С точки зрения теории Фурье тембр музыкальных инструментов определяется множеством гармонических и негармонических парциальных волн или обертонов . Каждая парциальная волна является синусоидальной, имеет определённую частоту и амплитуду и затухает с течением времени. Это убывание обеспечивается модуляцией сигнала, определяемой ADSR-огибающей или .

Аддитивный синтез напрямую генерирует звук, суммируя результаты множества генераторов синусоидальных волн. Альтернативными подходами к аддитивному синтезу звука является использование обратного быстрого преобразования Фурье .

Объяснение

Звуки, которые мы слышим в повседневной жизни, не характеризуются единственной частотой , а, напротив, являются суммой чистых синусоидальных частот с разными амплитудами . Когда мы слышим эти частоты одновременно, мы можем распознать звук и отличить его от других звуков. Это справедливо как для "немузыкальных" (всплеск воды, шелест листьев и т. д.), так и для "музыкальных" звуков (нота пианино, птичий щебет и т. д.). Данный набор параметров (частоты, их относительные амплитуды и характеристики изменения этих амплитуд во времени) являются составляющими тембра звука. Для точного определения параметров тембра используют анализ Фурье звукового сигнала; полученный при таком анализе набор частот и амплитуд называется рядом Фурье данного звукового сигнала.

В музыке каждая нота имеет так называемую фундаментальную частоту — наименьшую частоту её тембра. Вообще говоря, каждый музыкальный звук имеет в своём составе множество разных частот; тем не менее часто для простоты говорят, что музыкальная нота звучит на фундаментальной частоте (например, " до первой октавы имеет частоту 261,6 Гц") . Все частоты помимо фундаментальной называются обертонами (или гармониками , если эти частоты строго кратны фундаментальной частоте) . Другими словами, фундаментальная частота отвечает за высоту звука, а обертоны определяют его тембр. Обертоны ноты до, сыгранной на фортепиано, будут немного отличаться от обертонов той же ноты, сыгранной на скрипке; именно это и позволяет нам различать звучания двух разных инструментов. Такие же отличия в тембре (но более тонкие) касаются и различных видов одного и того же инструмента (пример: пианино и рояль ).

Аддитивный синтез позволяет воспроизвести тембр, используя эти свойства звука. Складывая синусоидальные волны переменной частоты и переменной амплитуды, мы можем с точностью определить тембр звука, который мы хотим создать.

Определения

Схематическое представление аддитивного синтеза. Входными сигналами являются волны с частотами и амплитудами .

Гармонический аддитивный синтез тесно связан с подходом ряда Фурье , который представляет собой разложение периодической функции в виде ряда из синусоидальных функций с частотами , кратными фундаментальной частоте. Эти синусоиды называют гармониками , обертонами или же парциальными волнами. В общем случае, ряд Фурье содержит бесконечное число членов, включая член с нулевой частотой. Однако, так как диапазон слышимых человеком частот ограничен, частоты, выходящие за пределы этого диапазона, можно не учитывать. В результате для аддитивного синтеза можно использовать только ограниченное число частот, попадающих в этот диапазон.

Функция является периодической , если

для всех ( — период).

Ряд Фурье периодической функции:

где

  • — фундаментальная частота, являющаяся обратной величиной по отношению к периоду,
  • ,
  • ,
  • амплитуда -го колебания,
  • — начальная фаза -го колебания.

Компоненту с нулевой частотой, , и колебания с частотами выше некоторого конечного предела, , можно не учитывать в аддитивном синтезе, так как они не слышны для человеческого уха.

Примечания

  1. Julius O. Smith III. . — «The term "additive synthesis" refers to sound being formed by adding together many sinusoidal components». Дата обращения: 14 января 2012. 27 апреля 2019 года.
  2. Gordon Reid. . Sound on Sound (January 2000). из оригинала 8 июня 2016 . Дата обращения: 14 января 2012 .
  3. Mottola, Liutaio (31 мая 2017). Дата обращения: 12 декабря 2023. 27 апреля 2019 года.
  4. . Дата обращения: 12 декабря 2023. 27 апреля 2019 года.


Источник —

Same as Аддитивный синтез (звук)