[pic]
Рис. 4.1.8. Синтез звука с помощью WT - синтезатора
Например, если сэмпл, оцифрованный с частотой 44,1 кГц, воспроизвести с удвоенной частотой 88,2 кГц (вдвое быстрее), то высота звука возрастет на октаву. Если же воспроизводить сигнал с пониженной частотой, то высота звука уменьшится. Таким образом, путем воспроизведения сэмпла с разной скоростью, в принципе, можно получить звук любой высоты.
Такой принцип генерации звука реализован в так называемых сэмплерах – прообразах WT-синтезаторов. Сэмплер представляет собой устройство, с помощью которого можно записывать звуки реального инструмента с микрофона и затем воспроизводить с разной скоростью. Однако при генерации звука таким способом одновременно с изменением скорости воспроизведения и, соответственно, высоты звука будет изменяться длительность атаки и затухания сигнала, что приведет к искажению тембра синтезируемого инструмента.
Поэтому в WT-синтезаторах применяется другой способ изменения высоты звука. Оцифровке подвергаются несколько разных по высоте звуков реального музыкального инструмента, перекрывающих весь его рабочий частотный диапазон. Шаг по частоте должен быть достаточно мал, чтобы изменения тембра не были слышны. Для недорогих WT-синтезаторов достаточной считается оцифровка звучания музыкального инструмента с интервалом пол-октавы.
После оцифровки все сэмплы (или их часть) объединяются в патч, т. е. набор фрагментов звучания реального инструмента во всем рабочем диапазоне частот. Именно поэтому термины патч и инструмент являются синонимами.
При генерации звука определенной высоты WT-синтезатор определяет, в каком частотном диапазоне находится звук, выбирает сэмплы, частота которых наиболее близка к частоте генерируемого звука, и изменяет частоту основного тона этих сэмплов на конкретную величину.
Кроме того, звучание некоторых музыкальных инструментов становится более реалистичным и выразительным при одновременном воспроизведении нескольких сэмплов, т. е. звучание инструмента (голос) может формироваться путем наложения нескольких сэмплов.
В свою очередь, инструменты объединяются в банки. Банки с инструментами обычно хранятся в специальной ROM, выполненной в виде отдельной микросхемы памяти или интегрированной в микросхему WT- синтезатора. Кроме того, банки инструментов могут храниться на винчестере PC и перед работой загружаться в оперативную память (обычно располагается на звуковой карте) WT-синтезатора или RAM PC (технология Downloadable Sample, DLS).
Поскольку качество звука, синтезируемого WT- синтезатором звуковой карты, непосредственно зависит от качества патчей, желательно иметь сэмплы высокого качества (с высоким разрешением записи), что в свою очередь приводит к росту объема банка инструментов. Однако WT-синтезаторы обычных звуковых карт имеют небольшой объем памяти. Это достигается путем увеличения шага по частоте основного тона при оцифровке звука, уменьшения длительности сэмплов и, наконец, за счет компрессии сэмплов.
Минимальный набор банка инструментов для WT-синтезатора в соответствии со спецификацией General MIDI включает 128 инструментов.
Синтез звука на основе физического моделирования
В отличие от синтеза звука на основе таблицы волн, где источником сигнала является оцифрованные образы звуков реальных музыкальных инструментов, хранящихся в памяти синтезатора, физическое моделирование предусматривает использование математических моделей звукообразования реальных музыкальных инструментов для генерации в цифровом виде соответствующих волновым форм, которые затем преобразуются в звуковой сигнал при помощи ЦАП.
Рассмотрим принцип синтеза звука путем физического моделирования на примере синтеза звука саксофона. Допустим, существует точное математическое описание явлений, происходящих в саксофоне. В качестве источника колебаний выступает трость. Звук усиливается и окрашивается в резонаторе, в качестве которого выступает изогнутая металлическая труба. Синтезатор рассчитывает изменения колебаний воздуха, которые возникают под влиянием движения трости саксофона. На основе полученных данных создается цифровой образ этих колебаний. Затем рассчитываются все изменения, происходящие со звуком в резонаторе и, в соответствии с результатами расчетов формируется цифровая модель звукового сигнала саксофона. Смоделированный цифровой звуковой сигнал преобразуется в электрические колебания с помощью ЦАП звуковой карты.
Фирма Yamaha (пионер в области физического моделирования) производит в настоящее время синтезаторы, имитирующие звучание духовых и струнных инструментов. С помощью этих синтезаторов можно экспериментировать в области формирования звука, комбинируя различные источники колебаний с различными резонаторами и обрабатывая получившийся звук все возможными фильтрами.
По принципу физического моделирования звука работают так называемые программные (виртуальные) синтезаторы. Необходимые расчеты звучания инструментов вместо аппаратного синтезатора звуковой карты выполняет CPU PC. Результат математического моделирования, т. е. поток цифровых данных – от виртуального синтезатора направляется в ЦАП звуковой карты.
Звуковые карты, использующие синтез звука на основе физического моделирования, пока не получили широкого распространения, поскольку для их работы требуется мощный PC.
Характеристики модуля синтезатора
Основными характеристиками модуля синтезатора звуковой системы являются:
. Метод синтеза звука;
. Объем памяти для хранения пат чей;
. Возможность аппаратной обработки сигнала для создания звуковых эффектов;
. Полифония - максимальное количество одновременно воспроизводимых элементарных звуков.
Примечание:
Полифония определяется числом генераторов синтезатора (реальных или виртуальных).
Метод синтеза
Метод синтеза, использующийся в звуковой системе PC, определяет не только качество звука, но и ее элементный состав. Заметим, что звуковая система PC может содержать несколько синтезаторов.
FM-синтезатор используется практически во всех недорогих звуковых картах. Качество звука при использовании FM - синтезатора получается достаточно приемлемым и в большинстве случаев способно удовлетворить запросы неискушенных пользователей. Для карт с FM-синтезаторами полифония обычно составляет 20 голосов. Звуковые эффекты не реализуются.
В случае WT-синтеза звук генерируется с высоким качеством. При этом звуковая подсистема должна содержать специальный WT-синтезатор.
6 Объем памяти
На звуковых картах с WT-синтезатором устанавливаются элементы памяти (ROM) для хранения банков с инструментами. Объем памяти WT-синтеза-тора может быть изменен за счет установки дополнительных модулей памяти (Рис. 4.1.9). Тип и количество элементов памяти (RAM или ROM) зависит от конкретной модели звуковой карты.
Рис. 4.1.9. Дополнительные модули памяти на звуковой карте с WT- синтезатором
Увеличив объем памяти, звуковой карты, вы можете загружать дополнительные банки инструментов, использовать более качественные патчи (большего объема), а также редактировать существующие или создавать новые. Большинство игр для PC используют набор стандартных инструментов (General MIDI) поэтому увеличение объема памяти отразится на качестве звукового сопровождения игры только в том случае, если эта игра использует собственные инструменты. А вот звучание MIDI-фаилов после загрузки нового банка инструментов может измениться кардинально – как в лучшую, так и в худшую сторону.
Звуковые эффекты
Для большинства карт с WT-синтезом эффекты реверберации и хоруса стали стандартными. При использовании временной задержки фазы или амплитуды сигнала можно получить и другие звуковые эффекты. Обработка исходного сигнала для создания эффекта в большинстве случаев осуществляется специальным эффект - процессором, который может являться самостоятельным элементом (микросхемой) или интегрироваться в состав WT-синте - затора.
В зависимости от уровня сложности обработки сигнала эффект-процессор по-разному создает звуковые эффекты: в одном случае применяется эффект с заранее заданными фиксированными параметрами, в другом – появляется возможность управлять параметрами эффекта, влияющими на тембровую окраску звука.
Различают общие, поканальные и поголосовые эффект - процессоры. Первые обрабатывают звук всех каналов синтезатора одновременно, вторые – звучание отдельных MIDI-каналов, третьи – звучание отдельных голосов синтезатора. Количество и типы эффектов, которые могут быть одновременно применены к различным каналам (голосам), зависит от мощности процессора. Сложные эффекты обычно не могут накладываться на несколько каналов одновременно. Многосекционные процессоры допускают разделение секций между каналами, позволяя задавать либо простые эффекты для многих каналов, либо сложные – для одного-двух. Эффект-процессор может также иметь отдельные секции для каждого голоса. В этом случае возможна регулировка глубины и параметров звукового эффекта каждого голоса отдельно.
Как правило, звуковые данные обрабатываются специализированными методами, требующими большого количества вычислений, что ведет к значительной загрузке CPU и снижению производительности PC в целом. Поэтому, часто для ускорения процессов обработки аудиоданных в состав звуковой системы может дополнительно входить цифровой сигнальный процессор (Digital Signal Processor, DSP). Ведущими производителями DSP являются такие известные фирмы, как Analog Devices (AD), Texas Instruments (TI), Motorola.
DSP – это специализированный быстродействующий RISC-процессор, используемый для сложной обработки сигналов (звука в том числе) в реальном времени. Он обрабатывает звуковые данные в сотни раз быстрее, чем процессоры общего назначения, поэтому для него не составляет никакого тру да, например, разложить поступающий звук на спектральные компоненты, "вырезать" мелодию нужного музыкального инструмента из фонограммы оркестра, выступить в роли эквалайзера, и т. п.
Так, анализируя спектр по ступающих моно фонических звуковых сигналов, DSP способен выделить звуки, характерные для какого-либо инструмента или группы инструментов, и разместить каждый инструмент в пространстве, тем самым, создавая на стоящий стереоэффект. Эффект-процессор может обрабатывать аудиотреки и MIDI-партии, причем и то и другое с поканальным управлением.
Главное достоинство современных DSP – возможность выполнять функции нескольких устройство звуковой системы одновременно, что позволяет отказаться от ее классической архитектуры. В настоящее время в продаже появились звуковые карты, WT-синтезатор, эффект-процессор и модуль оцифровки которых реализованы программно на базе мощного DSP.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30
