Metoda przekształcania fali (Waveshaping)
Metoda modulacji fazy (Phase distortion)
Metoda przekształcania fali należy do rodziny algorytmów abstrakcyjnych. Pierwsze opracowania na temat omawianej
metody pojawiły się pod koniec lat siedemdziesiątych.
Ideę syntezy przedstawia poniższy rysunek.
 |
LEGENDA:
|
Generator jest źródłem sygnału harmonicznego x(t)=cos(wt).
Sygnał harmoniczny podawany jest jako argument do bloku funkcji przekształcającej. Na funkcję
przekształcającą f(x) nakłada się warunek, aby zmieniała się w ograniczonym zakresie.
Układ kształtowania obwiedni dźwięku pozwala na uzyskanie bardziej realistycznego
charakteru dźwięku syntezowanych instrumentów. Bez niego możliwe byłoby uzyskanie jedynie
stałego w czasie widma syntezowanego dźwięku czyli stanu ustalonego.
Synteza dźwięku metodą przekształcania fali przebiega w dwóch etapach. W pierwszym
etapie dokonuje się analizy widmowej dźwięku naturalnego w celu wyznaczenia proporcji między
harmonicznymi. W drugim zaś oblicza się - na podstawie danych zgromadzonych w pierwszym etapie -
funkcję przekształcającą.
Do obliczenia funkcji przekształcającej wykorzystuje sie wielomiany Czebyszewa
dane wzorem rekurencyjnym:
 |
 |
 |
Wynikiem przekształcenia sygnału sinusoidalnego za pomocą funkcji przekształcającej
równej wielomianowi Czebyszewa k-tego rzędu jest k-ta harmoniczna tego sygnału. Całkowitą funkcję przekształcającą
otrzymuje się przez zsumowanie n wielomianów Czebyszewa w proporcjach wyznaczonych w pierwszym etapie,
przy czym n oznacza tu ilość harmonicznych, które chcemy syntezować.
Główną zaletą omawianej metody jest jej mała złożoność obliczeniowa oraz możliwość
analitycznego podejścia do obliczania funkcji przekształcającej dla stanów quasi-ustalonych.
Wadą metody jest duży stopień komplikacji przy syntezie stanów nieustalonych oraz
brak bezpośredniej możliwości syntezy dźwięków nieharmonicznych.
Klasycznym przykładem instrumentu, w którym zastosowano syntezę metodami
przekształcania fali jest Korg 01 W.
Przykłady dźwiękowe
 |
||
 |
fagot - dźwięk naturalny Widma częstotliwościowe instrumentów
Powrót
Metoda modulacji fazy, podobnie jak metoda przekształcania fali, należy do rodziny algorytmów abstrakcyjnych.
Idea metody polega na dynamicznej zmianie fazy sygnału sinusoidalnego z generatora. Stosuje się tu generator
tablicowy, tzn. taki, który odtwarza cyklicznie z pamięci próbki zapisanego przebiegu sinusoidalnego.
Modulację fazy uzyskuje się poprzez ciągłe zmiany szybkości z jaką odczytywane są próbki z pamięci.
Zmiany te nie mogą jednak powodować zmiany okresu oryginalnego sygnału.
Wskutek tego do sygnału dodawane są jedynie harmoniczne, a częstotliwość podstawowa
dźwięku równa jest częstotliwości sygnału pochodzącego z generatora.
Wyniki takiego działania prezentują poniższe rysunki.
Z uwagi na fakt, że jedynym znanym autorowi instrumentem wykorzystującym tę metodę syntezy jest Casio serii CZ, dalszy opis sporządzono w oparciu w rozwiązania zaimplementowane w tym właśnie instrumencie.
Schemat blokowy instrumentu Casio serii CZ
Blok generatora tablicowego nosi skrótową nazwę DCO (Digitally Controlled Oscillator - Generator Sterowany
Cyfrowo). Instrument ma zaimplementowany moduł wibrata jako LFO (Low Frequency Oscillator
- Generator Wolnych Przebiegów), który może sterować blokiem DCO.
Modulacja fazy ma miejsce w bloku DCW (Digitally Controlled Wavesher - Cyfrowo Sterowany Blok
Przekształcania Fali). Użytkownik ma pełną kontrolę nad głębokością modulacji fazy i tym samym nad barwą generowanego dźwięku.
Sygnał wyjściowy z DCW trafia do bloku DCA (Digitally Controlled Amplifier - Wzmacniacz Sterowany Cyfrowo),
gdzie ustalany jest ostateczny poziom głośności zależny od siły z jaką został naciśnięty klawisz.
Warto zwrócić uwagę na fakt, że każdy z bloków DCO, DCW oraz DCA ma
wbudowany niezależny generator obwiedni EG (Envelope Generator).
Daje to wygenerowania dźwięków o nawet bardzo skomplikowanej obwiedni.
Jeden dźwięk powstaje w dwóch osobnych torach DCO-DCW-DCA zwanych liniami.
Sygnały z obu linii podawane są na na układ powodujący rozstrojenie obu dźwięków.
Można dzięki temu uzyskać efekt dudnień (przy małym rozstrojeniu) lub wręcz wygenerowć dwa
różne dźwięki (gdy rozstrojenie jest duże).