Od numeru X rozpoczynam cykl wykładów poświęconych syntezie i przetwarzaniu dźwieku. Kilka pierwszych służy przypomnieniu podstawowych pojęć z fizyki (akustyki) potrzebnych w dalszych wykładach.
Rezonator Helmholtza.
SYNTEZA FORMANTOWA.
Synteza formantowa jest w istocie odmianą syntezy subtraktywnej – polega bowiem na przepuszczaniu dźwięku przez zestaw filtrów. Pierwotnie stosowana była do badań i eksperymentów w zakresie syntezy mowy; następnie zaadaptowana została także do zastosowań muzycznych.
Działanie jej można dobrze objaśnić przez porównanie z działaniem głosu ludzkiego. Dźwięk wytwarzany przez struny głosowe przechodzi następnie przez szereg „rezonatorów” (zwany „traktem „głosowym”), jakimi są krtań, jama gardłowa, nosowa etc. Jes to więc generator, za którym ustawiony jest szereg filtrów. Charakterystyka tych filtrów składa się z pewnej ilości względnie stałych „górek i dolin” zwanych formantami, czyli lokalnych maksimów energii w widmie dźwięku. Nawiasem mówiąc, ten właśnie fakt pozwala nam skutecznie rozpoznawać głosy róznych osób. Warto zauważyć, że częstotliwości filtrów są niezależne od częstotliwości generatora. Możemy więc uzyskać różne głoski przy tej samej wysokości głosu, oraz zmieniać wysokość głosu z zachowaniem jego charakterystycznej barwy. Podobną sytuację (generatora i szeregu rezonatorów) mamy w przypadku większości instrumentów muzycznych.
ZASTOSOWANIE:
Jest to technika ogólnego zastosowania, szczególnie przydatna jednak w symulacji głosu ludzkiego.
ZALETY:
C Prostota pojęciowa.
C Prostota układów elektronicznych i programów.
WADY:
D Dokładna powtarzalność dźwięku za każdym naciśnięciem klawisza.
D Niewielka ilość urządzeń komercyjnych.
D Trudności z wyznaczeniem współczynników dla filtrów formantowych.
VOSIM.
VOSIM jest skrótem angielskich słów: VOice SIMulator – symulator głosu. Technika ta została opracowana w latach siedemdziesiątych w Institute of Sonology w Utrechcie. Autormi jej byli Werner Kaegi i Stan Tempellars.
Głowny pomysł polega tu na zastosowaniu szeregu grup impulsów, zwanych potocznie „paczkami” lub „pakietami”. Poszczególne parametry tych grup określają rodzaj otrzymywanego dźwieku. Poszczególne impulsy mają kształt funkcji sin2. Szerokość tych impulsów wyznacza częstotliwość środkową formantu. Każda grupa zawiera impulsy o malejącej amplitudzie. Grupy oddziela pewien odstęp czasu (ang: gap – szczelina). Długość tej szczeliny wyznacza podstawową częstotliwość dźwięku.
Do sterowania syntezą formantową konieczne jest określenie pięciu jej parametrów. Są nimi:
ZASTOSOWANIE:
Głównym zastosowaniem tej techniki była symulacja głosu ludzkiego, toteż i dziś można ją polecić przede wszystkim do eksperymentów w tej dziedzinie. Ze względu jednak na powstałe później skuteczniejsze metody, technika ta ma dziś znaczenie raczej historyczne.
FOF.
FOF to skrót francuskich słów – Function d’Onde Formantique. Technika ta została opracowana w latach osiemdziesiątych w ośrodku IRCAM jako element systemu syntezy dźwięku zwanego „Chant”. Autorem jej był Xavier Rodet. Jest to technika pokrewna metodzie VOSIM, lecz bardziej zaawansowana – pozwala bowiem precyzyjniej kontrolować częstotliwości formantowe.
Pomysł tej metody polega na budowaniu dźwieku metodą składania widma z kolejnych częstotliwości formantowych. Uzyskuje się to metodą składania ”ziarenek” (FOF), z których każde jest fragmentem sinusoidy pomnożonej przez funkcje wykładniczą; mnożenie to jest w istocie modulcja amplitudy. Każde z takich ziarenek związane jest z poszczególnym maksimum w widmie (z formantem). Poszczególne parametry takiego ziarenka wyznaczają parametry generowanego sygnału według zależności:
ZASTOSOWANIE:
Ze względu na pochodzenie, technika (podobnie jak VOSIM) nadaje się szczególnie dobrze do symulacji głosu ludzkiego, jakkolwiek może być wykorzystana także i do generacji innych dźwięków. Jej komercyjną implementację można znaleźć na przykład w programie: „Virtual Waves” firmy Synoptic. Ogólnie rzecz biorąc, ma również niewielkie znaczenie praktyczne.
cdn.
[mc]