Wstęp
Echo
Pogłos
Flanger
Chorus
Phaser
Wstęp Efekty dźwiękowe takie jak echo, pogłos, chorus, flanger lub phaser są niezastąpione w produkcjach dźwiękowych. Są też częścią systemów audio powszechnego użytku.
Większość z nich jest realizowana za pomocą procesora sygnałowego, który może znajdować się w osobnym module lub też być wbudowany w urządzenie np. w klawiaturę lub moduł brzmieniowy. Typowy schemat ideowy przedstawia rys.1.
Rys.1. Schemat ideowy systemu przetwarzania dźwiękuProcesor pobiera sygnał audio z instrumentu lub rejestratora i próbkuje go np. z częstotliwością 44,1 kHz. Następnie zostaje on przetworzony zgodnie z algorytmem procesora, zrekonstruowany do postaci analogowej i podany do kolejnego urządzenia systemu np. wzmacniacza m.cz.
W systemach cyfrowych proces próbkowania i rekonstrukcji może być pominięty , a sygnał jest transmitowany tylko w postaci cyfrowej. Trzeba jednak pamiętać o zgodności częstotliwości próbkowania poszczególnych elementów systemu, a w razie niezgodności zastosować algorytm przepróbkowywania sygnałów cyfrowych.
Efekty dźwiękowe zaczęły być częścią syntetyzerów w latach '80, kiedy to wzbogacano brzmienia fortepianu oraz sekcji smyczkowej (syntetyzowanej) za pomocą chorus'a, a w latach '90 stały się ich nieodłącznym elementem.
 Powrót
Echo Echo jest to powtarzanie oryginalnego sygnału audio po ustalonym czasie opóźnienia oraz ze stłumioną amplitudą. Efekt naśladuje odbijanie się fal akustycznych od dużych, oddalonych obiektów. Szybko powtarzające się odbicia określa się mianem echa trzepoczącego.
Realizacja pojedynczego echa jest bardzo prosta : jest to filtr FIR z jedną linią opóźniającą przedstawiony na rys.2.
Rys.2. Schemat filtru FIRRównanie różnicowe ma postać y(n)=x(n)+ax(n-D) , gdzie D określa opóźnienie w próbkach, a współczynnik a określa tłumienie związane z odbiciem od obiektu. Transmitancja takiego filtru wynosi H(z)=1+az-D, zatem moduł widma amplitudowego posiada minima dla w=2kp/D o amplitudzie 1-a oraz maksima dla w=(2k-1)p/D o amplitudzie 1+a.
Rys.3. Moduł transmitancji filtru FIRDo realizacji wielokrotnego echa o tych samych odstępach czasowych wystarczy filtr IIR przedstawiony na rys.4.
Rys.4. Schemat filtru IIRRównanie różnicowe ma postać y(n)=ay(n-D) +x(n), gdzie D odpowiada czasowi pomiędzy kolejnymi odbiciami w próbkach, a a określa jak szybko echo zostanie stłumione. Transmitancja takiego filtru wynosi H(z)=1/(1-az-D) , zatem moduł widma amplitudowego posiada minima dla w=(2k-1)p/D o amplitudzie 1/(1+a) oraz maksima dla w=2kp/D o amplitudzie 1/(1-a). Trzeba pamiętać, że filtry IIR mogą się wzbudzać, zatem a<1. W przeciwnym przypadku filtr będzie niestabilny.
Rys.5. Moduł transmitancji filtru IIROczywiście aby uzyskać efekt echa trzeba zastosować znaczne opóźnienie D = [td*fs], gdzie td>100ms, co przy częstotliwości próbkowania fs=44,1kHz daje D>4410. Jeśli opóźnienie td jest rzędu pojedyńczych ms zyskujemy tzw. filtr grzebieniowy. Można też efekt modyfikować poprzez wymianę elementu skalującego a na filtr dolno przepustowy, symulowałoby to naturalne większe tłumienie wysokich częstotliwości względem niskich.
W syntetyzerach efekt echa można również uzyskać poprzez ponowne wyzwolenie generatora obwiedni ADSR lub generację dodatkowego kodu MIDI.
Przykłady dźwiękowe
Powrót
Pogłos Zjawisko pogłosu występuje w każdym pomieszczeniu i jest ono następstwem wielokrotnych odbić fal akustycznych od ścian pomieszczenia jak też obiektów w nim znajdujących się. Ilość odbić jest na tyle wysoka, że stają się nierozróżnialne dla ucha. A żeby określić ilościowo pogłos należy zmierzyć tzw. czas pogłosu tzn. czas po którym energia fal akustycznych odbijających się w pomieszczeniu zmaleje do -60dB w stosunku do energii panującej w tymże pomieszczeniu w momencie wyłączania impulsu testującego.
Samo zjawisko można podzielić na dwie fazy :
1. wczesne odbicia - do słuchacza docierają czoła fal po pierwszym odbiciu
2. pogłos - wtórne odbicia nie rozróżnialne dla uchaPierwsze realizacje tego efektu bazowały na zjawiskach mechanicznych - pogłos sprężynowy, do dzisiaj stosowany we wzmacniaczach gitarowych - oraz na analogowej pamięci taśmowej. Następnym krokiem w rozwoju były analogowe linie opóźniające zastąpione w latach 80-tych odpowiednikami cyfrowymi, a następnie zastosowano procesory sygnałowe, co umożliwiło na symulacje dowolnych parametrów zjawiska.
Jest to zjawisko bardzo ważne w akustyce. Jakość pogłosu pomieszczenia wpływa na zrozumiałość mowy i brzmienie instrumentów. Dzięki sztucznemu pogłosowi możemy wpływać na walory przestrzenne nagrań, audycji lub innych produkcji dźwiękowych.
Realizacja algorytmu realizująca pogłos składa się z kilku do kilkunastu filtrów takich jak przedstawiono w rozdziale o echu z tą różnicą, że czasy opóźnienia są krótsze. Wprowadza się też nowy rodzaj filtru - filtr wszechprzepustowy . Ten filtr działa tak jak zwykłe echo z tą różnicą, że moduł widma amplitudowego jest funkcją stałą - unikamy w ten sposób zmiany barwy dźwięku.
Rys.6. Filtr wszechprzepustowyTransmitancja takiego filtru ma postać H(z)=(-a+z-D)/(1-az-D).
Ponieważ pogłos jest algorytmem złożonym zatem istnieje wiele wariantów rozwiązań. Przytoczony wariant jest algorytmem Schroeder'a.
Przykłady dźwiękowe
Pogłos zastosowany do gitary czystej (2*103kB) Pogłos zastosowany do gitary z przesterem (2*38kB) Pogłos zastosowany do perkusji (2*146kB) Pogłos zastosowany do perkusji z przesadą (146kB)
Powrót
|
Efekt Flanger jest odmianą filtru grzebieniowego, którego
opóźnienie D nie jest stałe lecz zmienia się cyklicznie.
y(n)=x(n)+ax(n-D(n)), gdzie np.D(n)=d/2(1-cos(2pFn))
, F - szybkość zmian opóźnienia (rzędu 1 Hz), d - zakres zmian.
W ten sposób uzyskujemy dynamiczną zmianę rozkładu minimów i
maksimów modułu transmitancji. Dodatkowym efektem jest lokalne w czasie
"ściskanie" i "rozciąganie" sygnału. Czas opóźnienia stosowany do uzyskania
flanger'a zawiera się od 1 do 5 ms. Podobnie jak dla echa stosuje się wersję
FIR jak i IIR.
Analogowe wersje tego efektu są realizowane na liniach opóźniających,
a efekt zmiany czasu opóźnienia reguluje się częstotliwością próbkowania.
W wersji cyfrowej ze względu na to, iż opóźnienie musi być całkowite
stosuje się odcinanie, zaokrąglanie lub interpolację próbek dla niecałkowitych
opóźnień.
Flanger zastosowany do czystej gitary(2*103kB) | ||
Flanger zastosowany do przesterowanej gitary(2*38kB) | ||
Flanger zastosowany do talerzy perkusyjnych(2*103kB) |
|
Chorus jest to efekt imitujący grupę muzyków (śpiewaków) grających ten
sam dźwięk (unisono). Ponieważ w rzeczywistości muzycy są mniej więcej
zsynchronizowani wprowadza się małe opóźnienia. Zmiany opóźnienia
są losowe, co powoduje naturalność brzmienia. D(n)=d(0.5+v(n))
lub D(n)=d1+(d2-d1)(0.5+v(n)) gdzie v(n)- wolnozmienna
funkcja losowa o wartości średniej równej zero.
Dostępne wersje analogowe tego efektu są to flanger'y typu FIR o dłuższym czasie opóźnienia - od 10 do30ms.
Chorus zastosowany do czystej gitary(2*103kB) | ||
Chorus zastosowany do przesterowanej gitary(2*38kB) | ||
Chorus zastosowany do talerzy perkusyjnych(2*103kB) |
|
Phaser jest efektem popularnym wśród gitarzystów oraz instrumentalistów klawiszowych. Istotą całego algorytmu jest przesuwnik fazy realizowany za pomocą filtru pasmowo zaporowego o bardzo wąskim paśmie zaporowym wokół częstotliwości wo zwanym z angielskiego notchem, przy czym częstotliwość ta zmienia się w czasie.
Dla częstotliwości "wcięcia" filtru obserwujemy raptowny skok fazy, powodujący tłumienie lub wzmocnienie sygnałów bliskich wo po zsumowaniu. Zmiana położenia na osi częstotliwości jest regulowana generatorem drgań wolnozmiennych bądź pedałem nożnym.
Filtr ten można wyliczyć tradycyjnie bądź też zastosować kaskadę filtrów wszechprzepustowych o skoku fazy 180o dla wybranej, przestrajanej częstotliwości. Parametr a odpowiedzialny jest za intensywność efektu.
Podobnie jak we flangerze stosuje się też filtry o kilku "wcięciach", z tą różnicą, że rozkład ich jest nieregularny.
W dalszym ciągu są produkowane wersje analogowe tego efektu.
Podobną zasadę działania ma efekt wah-wah. Różnica polega na tym, że zamiast filtru pasmowo zaporowego stosujemy filtr pasmowo przepustowy.
Phaser zastosowany do czystej gitary(2*103kB) | ||
Phaser zastosowany do przesterowanej gitary(2*38kB) | ||
Phaser zastosowany do talerzy perkusyjnych(2*103kB) |