Opis metody
Równanie różnicowe
Filtracja
Przykłady dźwiękowe oraz ich reprezentacja widmowa
Podsumowanie
|
Opis metody
|
Metoda Subtraktywna należy do metod widmowych, których istota polega na dokonywaniu operacji na widmie tworzonego sygnału.
Jest to klasyczna metoda używana w większości analogowych syntetyzerów dźwięku a także w wielu samplerach.
Pierwsze syntetyzery stworzone w roku 1950 bazowały właśnie na tym rodzaju syntezy wykorzystując generatory przebiegów
o bogatym widmie takich jak przebieg trójkątny, piłokształtny oraz prostokątny o różnym stopniu wypełnienia.
Zmiana typu generowanego w generatorze przebiegu powoduje oczywiście zmianę barwy dźwięku. Wyjściowe sygnały są ze sobą
następnie miksowane a w kolejnym etapie filtrowane filtrami o odpowiednio ukształtowanych charakterystykach.
Zatem metoda ta polega na odejmowaniu określonych składowych widma z szumu lub innego sygnału szerokopasmowego:
Operacje tą wykonuje się podając tak wygenerowany sygnał szerokopasmowy na układ filtracyjny o zmiennych parametrach filtracji. Jego charakterystyka powinna odzwierciedlać formanty rezonatorów naturalnych np. korpusu instrumentów dętych lub traktu głosowego w przypadku syntezy mowy lub śpiewu:
Powrót|
Równanie różnicowe
|
Proces ten można również opisać za pomocą następującego równania różnicowego:
ak i br - współczynniki fitru
u(n) - wymuszenie (ciąg innowacji)
x(n) - n-ta próbka sygnału syntetycznego
G - wzmocnienie filtru
|
Filtracja
|
Wiadomo już zatem, że istotą tej metody jest odpowiednia filtracja sygnałów. Oczywiście w procesie filtracji powinna być możliwość dokładnego określenia częstotliwości odcięcia oraz wartości rezonansu wybranego filtru:
Efekt filtracji może być schematycznie przedstawiony w następujący sposób:
Co jest bardzo interesujące w syntezie subtraktywnej, dzięki zmianie powyższych parametrów (częstotliwości odcięcia, dobroci, rodzaju generowanego przebiegu) bardzo łatwo uzyskać można całą paletę barw i ciekawych brzmień.
Przykładowa architektura syntetyzera subtraktywnego może być przedstawiona w następującej postaci:
|
Przykłady dźwiękowe oraz ich reprezentacja widmowa
|
Przykłady dźwiękowe uzyskane w wyniku syntezy subtraktywnej oraz ich reprezentacje widmowe:
Efekty filtracji wyjściowego dźwięku
przy stałej częstotliwości odcięcia filtru i zmieniającej się dobroci może zostać przedstawiony za pomocą następującego przykładu dźwiękowego:
Reprezentacja widmowa czterech pośrednich stopni procesu filtracji:
Ten sam sygnał filtrowany przy stałej dobroci filtru i zmieniającej się częstotliwości odcięcia ma postać:
Reprezentacja widmowa czterech pośrednich stopni procesu filtracji:
|
Podsumowanie
|
Niewątpliwą wadą tej metody jest stosunkowo mocno ograniczona wierność otrzymywanych dźwięków syntetycznych w porównaniu z ich odpowiednikami naturalnymi. Jest to wynikiem problemów związanych z odpowiednim dobraniem charakterystyk filtru, implementacją samych filtrów oraz wymaganiami obliczeniowymi w przypadku filtrów wyższych rzędów. Jednak mimo wspomnianych wad ten rodzaj syntezy cieszy się szczególnym zainteresowaniem wśród tworzących muzyków. Przyczyną tego jest fakt, iż pozwala ona na tworzenie dźwięków nienaturalnych, brzmiących jakby pochodziły z innych światów, często wykorzystywanych jako główne motywy w muzyce techno oraz jako bardzo ciekawe efekty specjalne.
Ponadto bardzo dobrym przykładem syntezy subtraktywnej jest głos ludzki. Tam generatorem złożonych dźwięków przypominających przebieg piłokształtny jest krtań, zaś usta zmieniające kształt i ułożenie w czasie stanowią odpowiednik filtru strojonego tak aby uzyskać odpowiednie formanty. Z tego powodu technika subtraktywna jest bardzo chętnie wykorzystywana do tworzenia syntetycznego głosu ludzkiego.