В некотором смысле, звукотехника - это наука об искажениях, с которыми ведется непрерывная борьба на всех участках звукового пути. Все искажения можно условно подразделить на линейные и нелинейные. Первые влияют только на уровень и форму сигнала, изменяя их, вторые же добавляют в сигнал посторонние продукты, которых не было в изначальном входном сигнале.
К нелинейным искажениям относятся THD (Total Harmonic Distortion) - гармонические (и субгармонические) искажения, IMD (Intermodulation distortion) - интермодуляционные искажения (комбинационные, разностная и суммарная частоты), самые заметные на слух, динамические (клиппинг, "ступенька", перемодуляция).
К линейным - амплитудно-частотные (искажения АЧХ, то есть неравномерность), фазово-частотные (ФЧХ), временные, пространственные (например, связанные с направленностью), переходные (искажения переходных процессов).
АЧХ - амплитудно-частотная характеристика - зависимость, выраженная графически, между постоянным уровнем входного сигнала и уровнем выходного на рабочей полосе частот. Весьма интересная (и хитрая) характеристика, которая обычно неплоха на декларируемых номинальных уровнях входного сигнала, хотя в случае изменения (понижения) этого уровня часто разъезжается по швам. То есть при уровне -20 dB (в 10 раз меньше), прежде относительно линейная характеристика усилителя (владельцы советских амплиферов обычно очень гордятся этими характеристиками), например 20-20.000 гц по среднеоктавному уровню -0,2 dB при входном сигнале 1v для УМЗЧ или 0,25v для полного/предварительного усилителя, становится совсем нелинейной и может сохраняться в данной полосе частот уже при отклонении в -5 dB. dB - децибел, в данном случае общепринятая единица относительной логарифмической шкалы при сравнении уровней сигналов. Относительно честно эта характеристика используется у производителей качественных магнитных лент, которые приводят замеры АЧХ на уровнях насыщения магнитной ленты (0 dB) и на уровне -20 dB, более информативном и наиболее статистически вероятном на реальном музыкальном сигнале.
Неравномерность АЧХ в полосе частот 100-8000 гц в АС категории Hi-Fi (High Fidelity - высокая верность звучания, изрядно затасканный термин) должна составлять не более 4 dB на октаву. А в студийных АС (мониторах) не более 1dB.
Эффективно воспроизводимый диапазон частот - диапазон, в пределах которого уровень звукового давления снижается на заданную величину по отношению к уровню, усредненному в некоторой полосе частот. В международном стандарте МЭК 581-7, определяющем минимальные требования к АС категории Hi-Fi, он составляет 50-12500 гц по уровню -8 dB по отношению к уровню звукового давления, усредненному в полосе 100-8000 гц.
По стандарту СТ СЭВ 1356-78, диапазон воспроизводимых частот, на нижней и верхней границах которого наблюдается снижение уровня звукового давления, также должен быть не уже 50-12500 гц. Отклонение частотных характеристик АС, совместно используемых в стереофонической аппаратуре, не должно превышать 3 дБ в полосе частот 250-8000 гц при усреднении характеристик в каждой октаве.
В случае акустических систем еще присутствует такая характеристика, как направленность. Каждый динамик имеет свою характеристику направленности. Обычно акустическая мощность нелинейно убывает при отклонении от центральной оси динамика (это не совсем так, часто присутствует лепестковая структура характеристики, где боковые лепестки, конечно, слабее основного), причем на разных частотах по разному. На низких частотах уменьшение акустической мощности при отклонении от оси динамика меньше, а в случае сабвуферов направленностью обычно вообще пренебрегают. Слушатель далеко не всегда не находится точно напротив акустической системы, и, при смещении слушателя в сторону, меняется уровень различных частот. В первую очередь потери заметны в области высших звуковых частот. В многополосных АС использование узконаправленных твитеров (ВЧ-динамиков) может кардинально ухудшить звуковую картину при смещении слушателя на небольшое расстояние в сторону от оси. Акустические системы, имеющие хорошую АЧХ по оси, но узкую характеристику направленности, особенно с выраженной зависимостью ее ширины от частоты сигнала, звучат утомительно, жестко, стереообраз неустойчив и смещается в зависимости от распределения частот в сигнале. Очень острая характеристика направленности присуща планарным акустическим системам на базе электростатиков и изодинамических систем, что делает их весьма чувствительными к расположению относительно слушателя.
По существующим стандартам отклонение АЧХ от среднего значения под углами +- 20-30° по горизонтали или +- 5-10° по вертикали не должно превышать +- 4dB.
Часто встречается неправильное понимание термина "эффективная полоса частот" звукового тракта, когда говорят о том, что хотя верхняя среднестатистическая частота, улавливаемая человеческим слухом, имеет значение, равное 20.000 гц, но для усилителя необходимы еще более высокие частоты, так как с этим связывают такие понятия, как скорость нарастания сигнала и необходимость слышать обертона и гармоники верхних составляющих исходного сигнала. Тогда стоит понять, что из себя представляют гармоники.
Любой сигнал несинусоидальной формы всегда можно представить в виде одновременно воспроизводимого набора синусоидальных частот различных амплитуд и длительностей. Именно любой, сколь угодно сложной формы. Это называется разложением на гармоники, приведением к гармоническому ряду. Строго говоря, разложение на гармоники подразумевает разложение сигнала на набор кратных друг другу частот, а самая нижняя синусоида называется основной, первой гармоникой. Остальные гармоники называются по номерам, в соответствии с множителем кратности частоты, то есть вторая, третья и так далее.
Так вот, та верхняя синусоидальная частота, которую мы слышим, предположительно является частотой 20 Кгц (реально часто 16-18Кгц и снижается с возрастом). И, даже если сигнал с частотой 20 Кгц будет представлять собой не синусоиду, то он все равно будет иметь основную гармонику частотой 20 Кгц, и именно ее мы и услышим, потеряв верхние гармоники. Слух здесь уже не заметит разницы между синусоидой 20 Кгц и сигналом несинусоидальной формы 20 Кгц, но с основной гармоникой с таким же уровнем. А скорость нарастания сигнала (еще один аргумент людей, ратующих за максимально высокие крайние верхние частоты усилителей, лежащие в ультразвуковой области или выше) может ограничивать синусоиду только в том случае, если эта характеристика имеет фазовый наклон меньше 45 градусов (самый крутой участок синусоиды в точке пересечения с нулем). Это значит, что для правильного воспроизведения необходима вполне конечная величина, и если это величина постоянная вне зависимости от частот, то она критична только в области самых высоких частот, обычно лежащих за пределами звукового диапазона. Она определяется способностью плеч каскадов усилителя быстро открываться и запираться, а также способностью схемы питания максимально быстро выдать необходимый ток в нагрузку. Наиболее критичными звеньями в данном аспекте являются блок питания и цепи выходных каскадов.
Коэффициент гармонических искажений (TDH, Total Harmonic Distortion) - как уже понятно из текста выше, обозначает вес дополнительных гармоник в исходно синусоидальном сигнале одной частоты после прохождения его через искажающий тракт. Данный коэффициент вычисляется как квадратный корень отношения суммы мощности всех гармоник, кроме основной, к мощности полезного сигнала. Иногда, для упрощения измерений, используется уровень только третьей гармоники, что не обязательно отражает общий уровень гармонических искажений. Следует заметить, что это не совсем корректно, так как заметность высших гармоник возрастает с их номером (кроме того, нечетные гармоники наиболее неприятны на слух, в отличие от четных). То есть, частота тона, отстоящего дальше по полосе частот от основного, более заметна на его фоне. Естественно, в пределах звуковой полосы частот, что объясняет и меньшую заметность гармонических искажений частот в верхней части звукового диапазона, за пределами восприятия слуховым аппаратом. Что касается большей заметности гармоник с большим номером, то было бы правильнее давать им большие весовые коэффициенты при сравнениях устройств, тогда можно понять, почему искажения усилителя с общим уровнем 0,08 % иногда заметнее 3% искажений акустики. Дело в том, что акустические системы имеют в рабочем диапазоне мощностей монотонный спад рисунка искажений, когда уровень гармоники с большим номером падает быстрее увеличения ее заметности, и, фактически, уровень уже 5-й - 7-й гармоники пренебрежимо мал. Аналогичная ситуация наблюдается при сравнении характеристик лампы с характеристиками биполярного транзистора. Высокие вторая (и третья) гармоники у лампы (пентода) компенсируются практически полным отсутствием 5 - 7-й и выше гармоник, тогда как у биполярного транзистора распределение уровней гармоник носит хаотичный характер, и гармоники с высоким порядком имеют уровни часто выше нижних. Понятно, что если замерять третью гармонику, лампа наверняка проиграет, но если замерять по взвешенным коэффициентам хотя бы до 10 - 15-й гармоники, то картина кардинально меняется. Понятно, что у ламповых схем часто присутствует хотя бы выходной трансформатор (лишний источник своих, специфических искажений), а у транзисторов минусом служит нестабильность моментальных термических характеристик, но это уже отдельная история.
Коэффициент интермодуляционных искажений, (InterModulation Distortion, IMD) - это относительный вес появляющихся перекрестных паразитных модуляций основных тонов после прохождения через схему. Субъективно более заметная характеристика, нежели гармонические искажения, по величинам близка.
В акустических системах категории Hi-Fi, согласно МЭК 581-7, рекомендуемый коэффициент нелинейных искажений должен быть не более 2% в области частот до 1000 гц, 1% выше 1000 гц.
По стандарту СТ СЭВ суммарный коэффициент гармоник в АС не должен превышать 3 дБ в диапазоне частот 250-2000 гц при плавном уменьшении до 1% на частотах от 1 до 2 кгц, и быть не более 1% в полосе 2-8 кгц (отдельные пики значений, выходящие за указанные пределы, не учитываются, если их число не превышает 3, а ширина, в допустимых пределах, составляет не более 1/3 октавы)
Номинальная и паспортная мощность громкоговорителя. Номинальной мощностью громкоговорителя называют ту подводимую к нему электрическую мощность, при которой нелинейные искажения не превышают значения, установленного для громкоговорителя данного типа, а паспортной - мощность, на которой громкоговоритель способен длительное время работать, не испытывая необратимых механических и тепловых повреждений. Очевидно, что первая величина всегда меньше второй.
Номинальная и максимальная мощность усилителя. Первая величина по смыслу совпадает с определением у АС, то есть это мощность, ограниченная заданной (номинальной) величиной искажений. Вторая величина отличается только количественно, она ограничена уже более высоким уровнем искажений, обычно 10%, и, конечно, тоже всегда выше первой величины (усилителей с номинальным уровнем искажений 10% я пока не встречал).
Соотношение сигнал/шум (SNR, Signal to Noise Ratio). Бывает взвешенный (измеряемый в соответствии с кривой чувствительности человеческого слуха) и невзвешенный, (как есть). Если данные были получены при измерениях по взвешенной кривой, рядом со значением указывается A-weighting (измерения по сетке А). В современной технике величина достаточно низкая, чтобы на ней не зацикливаться.
Одно из немногих мест, где она имеет достаточный вес, это магнитная запись. Для борьбы с этим дополнительно могут использоваться шумоподавители двух видов:
Первые - класса "динамический фильтр", DNR (использующие эффект маскирования низкоуровневого шума большим полезным сигналом), "обрезающие" (уменьшающие) шумы при суммарном входном сигнале ниже определенного уровня. Они обычно используются на верхних звуковых частотах, как более заметных по шуму. В упрощенном виде работу DNR можно описать так - часть схемы отслеживает уровень на входе, при достижении некоторого нижнего порогового значения входного сигнала переключает управляемый фильтр, который уменьшает уровень усиления. Как правило, избирательность действия частотозависима (в соответствии с особенностями чувствительности слуха к частотному спектру). DNR позволяют несколько уменьшить шумы исходного сигнала (а не носителя, как во втором примере), работают только при воспроизведении и, очевидно, меняют и искажают исходный сигнал. Полезные низкоуровневые составляющие, находящиеся ниже порога срабатывания, например, "хвосты" (послезвучия) громких сигналов, попросту грубо отсекаются, что побуждает разработчиков вводить дополнительную задержку на выключение фильтра.
Вторые - компандерные шумоподавители (используемые зеркально, при записи-воспроизведении), при записи на ленту компрессирующие сигнал, при воспроизведении экспандирующие его по обратной зависимости, обычно используют один и тот же ключевой элемент для зеркальности характеристик. Разработчик - лаборатория "Dolby". Позволяют уменьшить шумы ленты, теоретически не воздействуя на исходный сигнал.
Если недостатки динамических фильтров очевидны (дискретность срабатывания, особенно заметная при подаче сильного НЧ-сигнала на вход пороговой схемы, пропускание шумов при входном сигнале выше порогового значения, неизбежные искажения на малых уровнях громкости, инерционность работы, несовпадение порогов и времени включения и отключения фильтра, где-то аналогично понятию "петля гистерезиса"), то ко вторым я отношусь скептически по другим, менее известным причинам. Известно, что система магнитная головка-лента обладает своей, не совсем линейной АЧХ и динамической характеристикой (как при записи, так и при воспроизведении). Также свой вклад в динамические, амплитудно-частотные и фазово-частотные искажения вносят входной контур предыскажений при воспроизведении, частотокорректирующие УВ и УЗ, выходной фильтр-пробка. Уход характеристик сигнала, записанного даже на идеальной ленте, в идеальном тракте составляет ~ 20% в течение недели после записи, меняются динамические и частотные характеристики, проявляется копир-эффект. Получается, что идентичность входной и выходной динамических характеристик, необходимую для правильной работы компандера, реализовать на ленте просто невозможно, а значит сигнал, прошедший через компандерную схему, будет однозначно искажен. Где-то растянут, где-то сжат на динамической характеристике, да еще и по разному на разных частотах. Не секрет, что работа компандеров еще и частотозависима, то есть используются выделенные частотные каналы обработки, а более продвинутые варианты работают еще и на разных динамических уровнях, что в целом усугубляет общую картину динамических искажений. К сожалению, здесь присутствует парадокс - компандерная система, как раз предназначенная для борьбы с шумом носителя и только носителя, не в состоянии обеспечить (в течение некоторого отрезка времени) точную передачу сигнала из-за несовершенства (нестабильности) характеристик самого носителя.
Соотношение сигнал/фон. Последнее время несколько подзабытая, так как в явном виде (в виде постоянного гула) встречается редко, разве только при неисправностях БП. Характеристика, описывающая появление на выходе усилителя сигналов с посторонним происхождением и явно выраженной постоянной частотой. Например, появление частоты 50 гц промышленной сети переменного тока, проникающей через некачественные НЧ фильтры силовых источников питания усилителя, или появляющаяся в виде наводок. Тогда низкочастотные составляющие полезного сигнала (вблизи частот, кратных 50 гц) оказываются промодулированными пульсациями выпрямителя. То есть возникают биения, более заметные на максимальной громкости. На слух это выражается в большей жесткости низкочастотных составляющих. Лечится более качественным источником питания или (!) введением глубокой ООС на НЧ в звуковом тракте. Причем второй способ в большей части недорогих схем выбирают чаще, так как это гораздо дешевле, хотя и вносит уже временные компенсационные искажения, не менее заметные на слух.
ФЧХ - фазово-частотная характеристика (субхарактеристика временных). Одна из наиболее "забытых" характеристик, которая со времен середины столетия мало улучшилась в ряде систем, а где-то даже ухудшилась. Фазово-частотные искажения встречаются во всех звеньях тракта: в цепях передачи сигнала, в усилителях, в колонках... Сначала стоит вспомнить один из основных принципов психоакустики - в случае двух различных звуковых сигналов с равной интенсивностью для слуха, приходящих к слушателю с небольшой задержкой одного относительно другого, слушатель скорее отреагирует на первый из них, проигнорировав второй, хотя абсолютная взвешенная громкость их будет равна. Данный факт используется при кодировании (а именно сжатии с потерями) в формате MP3, используется в технологии A3D, практически во всех звуковых технологиях, использующих психоакустические методы.
Сигнал, прошедший через звенья звукового тракта, включающего в себя не только электронику, но и акустические системы, претерпевает задержки во времени, разные на разных звуковых частотах. Задержки очень немаленькие, выражающиеся в относительном, фазовом выражении в величинах, близким к единицам пи по ширине рабочей полосы частот. То есть, сигналы низкой звуковой частоты и высокой звуковой частоты могут быть сдвинуты друг от друга по времени на период верхней частоты, что существенно отражается на восприятии и точности звуковой картины. Кроме того, данный параметр мало стандартизован, почему в бытовой ширпотребной звуковой технике часто не оптимизируется, не декларируется (впрочем, не декларируется и даже в очень дорогой технике), хотя очень важен для субъективного восприятия. Это вам не сотые-тысячные доли процента в случае искажений! Надо понимать, что музыкальный сигнал является комплексным (не абстрактная синусоида), то есть здесь нужно не просто передать мощность, как по сетям электропитания 220v, а важна и синхронность разных частотных составляющих музыки.
Как видно из вышеизложенного, часто во многих аспектах звукопередачи для измерений используется какой-то срез характеристик при фиксированной третьей величине, что приводит к однобокой оценке звена звукового тракта. Да и слишком много факторов, одновременно влияющих на звук, к тому же разделить их друг от друга намного сложнее, чем, скажем, в видео. Именно поэтому опытные меломаны так часто продекларированным измерениям характеристик устройств предпочитают непосредственное прослушивание, как более верный способ получить представление об объекте. На возможное возражение, что этот способ субъективен, можно ответить тем, что и уши, и вкусы у всех слушателей разные. Хотя лучшая оценка звена тракта - то, что он никак не влияет на звук и не видоизменяет музыкальный сигнал. С другой стороны, студийная техника часто звучит бледно, пресно, чересчур ровно и правильно, тогда как какой-нибудь дорогой однотактный ламповый усилитель по отношению к сигналу ведет себя как эксайтер, добавляя гармоники в широком спектре, делая звук более домашним, теплым, приятно окрашенным (как покоробит кого-то это выражение!), щедро политым соусом из свойственных ему искажений, но зато не имеющий компрессии на малых уровнях громкости, как в любом двухтактном усилителе (кроме класса А), и следовательно, высокую линейность динамического диапазона. Поэтому выбор звеньев системы - дело сугубо индивидуальное, каждый сам выбирает то, что ему слушать, и что нравится именно ему.
PS: Прошу прощения у читателя, что приведены столь древние стандарты - уж что удалось найти, увы. Если кто-то может прислать более свежую информацию, буду рад помощи.
Какие же существуют способы преобразования звука и зачем они нужны? К преобразованию звука прибегают в основном с целью изменения каких-то характеристик звука. Кроме того, на основе описанных ниже преобразований базируются механизмы создания различных звуковых эффектов (их мы рассмотрим ниже), а также способы очистки звука от нежелательных шумов, изменения тембра и т.п. Все эти преобразования сводятся, в конечном счете, к нижеследующим.
Амплитудные преобразования. Выполняются над амплитудой сигнала. Такую процедуру можно проделать двумя способами: либо умножая амплитуду сигнала на некоторое фиксированное число, в результате чего получится одинаковое изменение интенсивности сигнала на всей его протяженности, то есть усиление или ослабление, либо изменяя амплитуду сигнала по какому-то закону, то есть умножая амплитуду сигнала на модулирующую функцию. Последний процесс называется амплитудной модуляцией.
Спектральные (частотные) преобразования. Такие преобразования выполняются над частотными составляющими звука. Фактически сигнал представляется рядом Фурье, то есть раскладывается на простейшие синусоидальные колебания различных частот и амплитуд. Затем производится обработка необходимых частотных составляющих (например, фильтрация) и обратная свертка. В отличие от амплитудных преобразований, эта процедура значительно более сложная в исполнении, так как сам процесс разложения звука на простейшие синусоидальные колебания очень трудоемок.
Фазовые преобразования. Выполняются либо путем постоянного сдвига фазы сигнала, либо путем наложения некоторой фазомодулирующей функции. Такие преобразования, например, стерео сигнала, позволяют реализовать эффект вращения или "объёмности" звука.
Временные преобразования. Реализуются путем наложения на сигнал одной или нескольких его копий, сдвинутых во времени. Позволяют создать эффекты эха или хора. Кроме того, временные преобразования могут влиять на пространственные характеристики звука.
Формантные преобразования. Выполняются над формантами - усиленными участками спектра звука. Применительно к звуку, сформированному речевым аппаратом человека, изменяя параметры формант, фактически можно изменять восприятие тембра и высоты голоса.
Отдельно необходимо обсудить фильтрацию звука, так как она тоже является одним из способов преобразования звука. Зачем может понадобиться фильтрация? К фильтрации прибегают в случаях, когда необходимо ограничить или изменить спектр звукового сигнала в каком-то определенном частотном диапазоне. Путем фильтрации звука, можно избавиться, например, от нежелательных шумов или помех, подавить определенные частотные полосы. Существует и еще один немаловажный аспект применения фильтрации. Часто устройства, с помощью которых производится запись и преобразования звуковых сигналов, имеют нелинейную зависимость амплитуды от частоты сигнала. Это означает, что при записи одни частотные составляющие звука могут быть завышены, а другие занижены. Фильтрация позволяет нормализовать частотные составляющие в необходимом диапазоне.
Таким образом, фильтрацию сигналов можно в целом классифицировать следующим образом:
фильтрация, в результате которой происходит усиление или ослабление отдельных частотных составляющих спектра;
полное подавление частотных составляющих в определенной полосе частот.
Фильтры характеризуются с помощью амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). Эта характеристика представляет собой график зависимости коэффициента передачи K(f) (амплитуды) от частоты f. То есть на таком графике можно увидеть, в какой полосе частот сигнал будет передаваться без изменений, и в какой полосе частот сигнал будет ослаблен или не пропущен совсем.
Существует четыре основных типа фильтров:
Фильтрация реализуется с помощью различных устройств и алгоритмов. Одним из наиболее известных фильтрующих устройств является эквалайзер. Эквалайзер позволяет регулировать (усиливать или ослаблять) уровень частотных составляющих в определенной полосе частот, тем самым фактически регулируя тембр звука. Применительно к компьютерной технике, аппаратная реализация фильтрующих устройств в достаточной степени затруднена, так как процесс фильтрации предполагает разложение сигнала в ряд Фурье, что является математически трудоемкой операцией. Однако реализацию фильтров той или иной сложности можно найти в цифровых сигнальных процессорах (DSP - Digital Signal Processor), используемых в профессиональной и полупрофессиональной музыкальной аппаратуре (хотя в последнее время это утверждение стало частично относиться также и к бытовым звуковым устройствам). Фильтрация находит реализацию и в различном программном обеспечении, предназначенном для обработки звука. В таком случае процессы фильтрации чаще всего происходят не в реальном времени.
2. Звуковые эффекты
Давайте подробно остановимся на рассмотрении тех манипуляций со звуком, которые позволяют добиваться появления таких эффектов, как, например, эхо, реверберация и т.п. Выше мы говорили о различных способах преобразованиях звука (амплитудные, частотные и проч.). На основе этих преобразований реализуются звуковые эффекты. Принципиально, целью обработки звука является придание существующему звуку каких-то новых качеств или устранение нежелательных. Звуковые эффекты относятся к тем преобразованиям звука, которые придают звучанию новые формы или полностью изменяют звуковую информацию.
Аппаратную реализацию звуковые эффекты находят в цифровых сигнальных процессорах (DSP). Любой более или менее приличный MIDI-синтезатор имеет встроенный эффект-процессор той или иной сложности (эффект-процессор представляет собой один или несколько DSP). Сложные эффект-процессоры "умеют" накладывать на звуковой сигнал сразу несколько различных эффектов, причем, отдельно для каждого канала, позволяя регулировать параметры эффектов в режиме реального времени. Однако стоимость таких эффект-процессоров чрезвычайно высока (как и стоимость любого другого высокопроизводительного микропроцессора), поэтому профессиональные DSP устанавливаются только на качественной музыкальной аппаратуре. На более или менее дешевых звуковых платах часто устанавливается DSP с упрощенным набором возможностей: наложение одного или нескольких эффектов на все каналы одновременно.
Аппаратный эффект-процессор - это, безусловно, хорошо, но обработать звук на высоком уровне можно и программным способом. Существует множество различных звуковых редакторов, позволяющих делать со звуком значительно более сложные вещи, чем это позволяют делать даже самые сложные эффект-процессоры. Кроме того, эффект-процессоры часто эмулируются в виртуальных WT-синтезаторах, а также находят программную реализацию в специальных программах для обработки звука в режиме реального времени.
Итак, вернемся к описанию эффектов. Те или иные эффекты получают в основном четырьмя способами: с использованием задержки, изменением амплитуд, фильтрацией и изменением частотных составляющих.
Использование задержки
Delay. Собственно, эффект задержки (от англ. "delay" - задержка) применяется чаще в случаях, когда моно сигнал требуется преобразовать в нечто вроде псевдостерео. Если моно сигнал подать в оба канала стереофонической акустической системы, то путем некоторой задержки сигнала в одном из каналов можно добиться получения стерео эффекта. Если же в оба канала сигнал приходит одновременно, то слушателю будет казаться, что источник звука расположен посредине. Меняя задержку сигнала в одном из каналов в пределах 8 мс можно получить эффект перемещения источника звука по стерео панораме.
Echo. На использовании метода задержки построено создание эффекта "эхо" (echo). Фактически для получения эха необходимо на оригинальный входной сигнал наложить его задержанную во времени копию. Для того, чтобы человеческое ухо воспринимало вторую копию сигнала как повторение, а не как отзвук основного сигнала, необходимо время задержки установить равным примерно 50 мс. Кроме того, на основной сигнал можно наложить не одну его копию, а несколько, что позволит на выходе получить эффект многократного повторения звука (многоголосного эха). Чтобы эхо казалось затухающим, необходимо на исходный сигнал накладывать не просто задержанные копии сигнала, а и приглушенные по амплитуде. Схематично механизм создания эха можно представить, как показано на рисунке:
Reverberation. С использованием задержки можно добиться появления еще одного интересного эффекта - реверберации (от англ. "reverberation" - повторение, отражение). Эффект реверберации заключается в придании звучанию объемности, характерной для большого зала, где каждый звук порождает соответствующий, медленно угасающий отзвук. Таким образом, с помощью реверберации можно "оживить", например, фонограмму, сделанную с заглушенном помещении. От эффекта "эхо" реверберация отличается тем, что на входной сигнал накладывается задержанная во времени не его копия, а выходной сигнал. Такой процесс происходит следующим образом. В первый момент времени входной сигнал проходит на выход без изменений. Затем, по истечении времени задержки, он снимается с выхода, его амплитуда умножается на какой-то коэффициент A (обычно имеющий значение меньше 1, что фактически приглушает сигнал) и суммируется со входным сигналом. И снова, по прошествии очередного промежутка времени задержки, уже смешанный сигнал снимается с выхода, снова перемножается на коэффициент A и в очередной раз суммируется с входным сигналом. Схематично механизм реверберации показан на рисунке:
Возьмем, например, значение коэффициента A, равным 0.5. Тогда сигнал, снятый с выхода по истечении времени задержки, будет изменен по амплитуде на значение, равное произведению амплитуды выходного сигнала на коэффициент A (то есть вполовину приглушен), и просуммирован со входным сигналом. Далее, просуммированный сигнал будет снова снят с выхода, умножен на коэффициент A и снова подан на вход, где будет просуммирован со входным сигналом. И так далее. Таким образом, чем выходной сигнал "старше", тем большее количество раз он был пропущен через "петлю" и тем более низкую амплитуду он будет иметь. Другими словами, в случае, если A < 1, то параллельно основному сигналу мы будем слышать многократное затухающее по амплитуде его повторение.
Следует опасаться случаев, когда А принимает значения больше 1. В таком случае каждый новый "виток" такого алгоритма преобразования сигнала будет приводить к увеличению амплитуды. В результате в какой-то момент времени произойдет перегрузка сигнала, что в свою очередь может привести к выходу из строя аппаратуры (усилителя или колонок). Точно такой же эффект можно наблюдать, если установить рядом микрофон и колонки, подключенные к одному и тому же усилителю.
Реверберация широко применяется в случаях, когда необходимо "украсить", обогатить звучание сольного инструмента или голоса, а также струнной, духовой групп или других голосов оркестра за исключением только ритм-секции.
Следует оговорить также проблему создания реалистичной реверберации. Дело в том, что вышеописанный механизм создания реверберации не учитывает многих обстоятельств. Если, скажем, мы хотим создать впечатление прослушивания музыки в зале, то следует учитывать, что звук, распространяющийся в зале, отражается не только от стен, но также и от кресел, пола и прочих поверхностей, которые порождают потоки дополнительных звуковых волн. Кроме того, каждая поверхность обладает свойством поглощения, в результате чего отраженный от этой поверхности сигнал может иметь несколько отличный от пришедшего сигнала спектр. По этой причине, для создания реалистичной реверберации пользуются значительно более сложными методами, которые фактически включают в себя объединения из нескольких механизмов, аналогичных тому, который мы рассмотрели выше.
Chorus. Эффект chorus (от англ. "chorus" - хор) назван так потому, что в результате его применения звучание сигнала превращается как бы в звучание хора или в одновременное прослушивание нескольких инструментов. Схема получения такого эффекта аналогична схеме создания эффекта эха с той лишь разницей, что задержанные копии входного сигнала подвергаются слабой частотной модуляции (в среднем от 0.1 до 5 Гц) перед смешиванием со входным сигналом. Процесс понижения или повышения частоты уже оцифрованного сигнала является достаточно трудоемкой работой, так как этот процесс происходит путем разложения сигнала на частотный составляющие.
Увеличение количества "голосов" в хоре достигается путем добавления копий сигнала с различными временами задержки.
Flanger (от англ. "flange" - фланец, кайма). Реализация этого эффекта напоминает реализацию эффекта эха или хора. То есть, основной сигнал смешивается с его копиями, но слегка задержанными (обычно до времени в 5-15 миллисекунд). Кроме того, эти копии могут быть частотно модулированными, при этом время задержки постоянно изменяется. В результате на выходе получается плавающий звук с биениями частот или хор с измененными тембрами копий основного сигнала. При определенном соотношении задержек, частоты и глубины модуляции возможно получение эффекта, напоминающего восприятие гудка проезжающего мимо слушателя паровоза. В аналоговых устройствах флэнжер достигается путем пропускания сигнала через гребенчатые фильтры. А обнаружен этот эффект был чисто случайно, когда два магнитофона одновременно воспроизводили одну и ту же запись в одном из них случайно задели ведомый ролик пленки (фланец), то есть фактически задержали скорость воспроизведения. От смешивания двух фонограмм возник эффект плавания звука. Этот эффект удивил звукоинженеров своей новизной и в последствии флэнжер стал широко использоваться при написании музыкальных композиций.
Phaser (от англ. "phase" - фаза). Также основан на смешивании входного сигнала с его копиями, сдвинутыми в пределах фазы сигнала. Вообще говоря, сдвиг по фазе аналогичен сдвигу во времени на доли миллисекунд. Может применяться сдвиг по фазе не на фиксированные значения, а изменяющийся по какому-то фазомодулирующему закону. В результате такой эффект может восприниматься на слух как "качание" частот, то есть приглушение то одних, то других. В случае обработки стерео сигнала частоты могут "переплывать" из одного канала в другой. В аналоговой технике для получения фэйзера прибегают к использованию фазовращателей.
Преобразование амплитуд
Distortion. Эффект дистошн (от англ. "distortion" - искажение) основывается на использовании амплитудной модуляции. Фактически это замена одних значений амплитуд сигнала другими значениями. За счет переусиления, когда происходит срезание верхушек входного сигнала, можно получить, например, классический вариант гитары heavy metal (то есть сигналу придается скрежетание или своеобразная "хрипота"). Применение такого эффекта приводит к довольно резкому искажению входного сигнала (в зависимости от глубины модуляции), в результате чего сигнал становится похож на прямоугольный, и как следствие происходит расширение спектра сигнала.
Классический механизм получения эффекта следующий:
Входной сигнал смешивается с его копией, подвергнутой преобразованию в блоке distortion. Блок имеет два уровня сигнала: пороговый и верхний. Если амплитуда входящего в блок сигнала не превышает порогового уровня, то сигнал проходит на выход блока без изменений. Если же амплитуда сигнала выше порогового уровня, то блок усиливает такой сигнал до верхнего уровня. Пример применения эффекта distortion к синусоидальному сигналу приведен на рисунке:
Envelope (от англ. "envelope" - огибающая). Представляет собой изменение огибающей амплитуды сигнала. С помощью такого преобразования можно, например, сигнал, записанный с равномерной громкостью (интенсивностью) на всей его протяженности, сделать медленно нарастающим вначале и медленно спадающим в конце.
Tremolo. Реализуется путем амплитудной модуляции сигнала. Частота амплитудно-модулирующей функции не должна превышать 10-12 Гц. Фактически тремоло представляет собой частный случай амплитудного вибрато (см. ниже) с коэффициентом глубины модуляции, равным единице. На слух тремоло воспринимается как дрожание звука.
Частотные преобразования
Частотные преобразования могут проводиться над спектром сигнала или над частотой воспроизведения сигнала. Как мы говорили, на основе частотных преобразований спектра реализуются различные фильтры и эквалайзеры. Принцип действия их состоит в следующем. Входной сигнал раскладывается на частотные составляющие. Затем, в зависимости от производимых действий, какие-то составляющие могут быть полностью приглушены, а какие-то просто изменены по амплитуде. В результате на выходе получается сигнал с отфильтрованными частотами. Частотные преобразования применяются как для "технических нужд" (например, при очистке сигнала от ненужных постоянных шумов), так и для придания звучанию новой окраски. Как уже говорилось выше, разложение сигнала на частотные составляющие и их дальнейшая обратная свертка в сигнал - достаточно трудоемкая операция, поэтому частотные преобразования трудновыполнимы в режиме реального времени. Однако, мощность современных процессоров иногда позволяет производить такие действия.
Vibrato (от англ. "vibrate" - вибрация). Частотное вибрато достигается путем частотной модуляции сигнала с небольшой частотой и малой глубиной модуляции. Воспринимается как завывание звука.
Vocoder (сокращение от англ. "vocal coder" - кодировщик вокала). Способ модуляции сигнала с широким спектром в соответствии с формантными областями голоса. В результате таких преобразований исходный сигнал (например, звук скрипки или гитары) звучит подобно голосу. Создается ощущение поющего или говорящего инструмента. Эффект часто находит применение, например, при создании "компьютерного голоса".
Karaoke. Прежде чем приступить к рассмотрению karaoke, необходимо дать небольшое пояснение, почему karaoke был отнесен к частотным преобразованиям. Действительно, karaoke не в полной мере относится к звуковым эффектам в привычном понимании - он не придает звуку никаких особенностей и никак не облагораживает его. Это даже не совсем эффект, - это больше специфический механизм. Однако этот механизм действительно относится к группе эффектов, основанных на частотных и амплитудных преобразованиях. Итак, karaoke - это механизм удаления из песни вокала исполнителя, для получения т.н. "минусовки" - "-1". Эта "минусовка" в дальнейшем может использоваться как фонограмма при собственном пении. Рассмотрим принцип работы этого механизма. Обычно голос исполнителя находится посредине стерео панорамы. В таком случае удалить голос исполнителя можно путем вычитания одного канала из другого. Следует учитывать, что если голос исполнителя находится не посредине стерео панорамы, то перед вычитанием необходимо сначала уравнять амплитуды сигналов левого и правого каналов. Возможен также вариант, когда в обрабатываемой песне присутствуют голоса нескольких исполнителей. В этом случае удаление голосов производится путем фильтрации соответствующих частот. Однако в любом случае, каким бы способом не производилось удаление голоса (голосов), качество полученной фонограммы всегда будет ощутимо хуже качества звучания оригинала.
Автор: Александр Радзишевский (Alex Y. Radzishevsky)
Copyright (C) 1998-2000, Alex Y. Radzishevsky
Все процессы записи, обработки и воспроизведения звука так или иначе работают на один орган, которым мы воспринимаем звуки - ухо. Две штуки . Без понимания того, что мы слышим, что нам важно, а что нет, в чем причина тех или иных музыкальных закономерностей - без этих и других мелочей невозможно спроектировать хорошую аудио аппаратуру, нельзя эффективно сжать или обработать звук. То, что здесь описано - лишь самые основы. Да всего описать и нельзя - процесс звуковосприятия еще далеко не до конца изучен. Эти основы, однако, могут показаться интересными даже тем, кто знает, что такое децибел - мы всё же пойдем немного дальше того, что описано в справках к программам обработки звука...
Немного анатомии (устройство уха - коротко и ясно)
Снаружи мы видим так называемое внешнее ухо. Ничего особенного нас тут не интересует. Затем идет канал - примерно 0.5 см в диаметре и около 3 см в длину. Далее - барабанная перепонка, к которой присоединены кости - среднее ухо. Эти косточки передают вибрацию барабанной перепонки далее - на другую перепонку, во внутреннее ухо - трубку с жидкостью, около 0.2 мм диаметром и еще целых 3-4 см длинной, закрученная как улитка. Смысл наличия среднего уха в том, что колебания воздуха слишком слабы, чтобы напрямую колебать жидкость, и среднее ухо вместе с барабанной перепонкой и перепонкой внутреннего уха составляют гидравлический усилитель - площадь барабанной перепонки во много раз больше перепонки внутреннего уха, поэтому давление (которое равно F/S) усиливается в десятки раз.
Во внутреннем ухе по всей его длине натянута некая штука, напоминающая струну - еще одна вытянутая мембрана, жесткая к началу уха и мягкая к концу. Определенный участок этой мембраны колеблется в своём диапазоне, низкие частоты - в мягком участке ближе к концу, самые высокие - в самом начале. Вдоль этой мембраны расположены нервы, которые воспринимают колебания и передают их в мозг, используя два принципа:
Первый - ударный принцип. Поскольку нервы еще способны передавать колебания (бинарные импульсы) с частотой до 400-450 Гц, именно этот принцип влоб используется в области низкочастотного слуха. Там сложно иначе - колебания мембраны слишком сильны и затрагивают слишком много нервов. Ударный принцип немного расширяется до примерно 4 кГц с помощью трюка - несколько (до десяти) нервов ударяют в разных фазах, складывая свою пропускную способность. Этот способ хорош тем, что мозг воспринимает информацию более полно - с одной стороны, мы всё таки имеем легкое частотное разделение, а с другой - можем еще смотреть сами колебания, их форму и особенности, а не просто частотный спектр. Этот принцип продлен на самую важную для нас часть - спектр человеческого голоса. Да и вообще, до 4 кГц находится вся наиболее важная для нас информация.
Ну и второй принцип - просто местоположение возбуждаемого нерва, применяется для звуков более 4 кГц. Тут уже кроме факта нас вообще ничего не волнует - ни фаза, ни скважность.. Голый спектр.
Таким образом, в области высоких частот мы имеем чисто спектральный слух не очень высокого разрешения, а для частот близких к человеческому голосу - более полный, основанный не только на разделении спектра, а еще и на дополнительном анализе информации самим мозгом, давая более полную стерео - картину, например. Об этом - ниже.
Основное восприятие звука происходит в диапазоне 1 - 4 кГц, в этом же диапазоне заключено человеческий голос (да и звуки, издаваемые большинством важных нам процессов в природе). Корректная передача этого частотного отрезка - первое условие естественности звучания.
О чувствительности (по мощности и частотной)
Теперь о децибелах. Я не буду с нуля объяснять, что это такое, вкратце - аддитивная относительная логарифмическая мера громкости (мощности) звука, наиболее хорошо отражающая человеческое восприятие громкости, и в то же время достаточно просто вычисляемая.
В акустике принято измерять громкость в дБ SPL (Sound Power Level - не знаю как это звучит у нас). Ноль этой шкалы находится примерно на минимальном звуке, который слышит человек. Соответственно отсчет ведется в положительную сторону. Человек может осмысленно слышать звуки громкостью примерно до 120 дБ SPL. При 140 дБ ощущается сильная боль, при 150 дБ наступает повреждение ушей. Нормальный разговор - примерно 60 - 70 дБ SPL. Далее в этом разделе при упоминании дБ подразумевается дБ от нуля по SPL.
Чувствительность уха к разным частотам очень сильно различна. Максимальна чувствительность в районе 1 - 4 кГц, основные тона человеческого голоса. Звук 3 кГц - это и есть тот звук, который слышен при 0 дБ. Чувствительность сильно падает в обе стороны - например для звука в 100 Гц нам нужно уже целых 40 дБ (в 100 раз большая амплитуда колебаний), для 10 кГц - 20 дБ. Обычно мы можем сказать, что два звука отличаются по громкости, при разнице примерно в 1 дБ. Несмотря на это, 1 дБ - это скорее много, чем мало. Просто у нас очень сильно компрессированное, выровненное восприятие громкости. Зато весь диапазон - 120 дБ - воистину огромен, по амплитуде это миллионы раз!
Кстати, увеличение амплитуды в два раза соответствует увеличению громкости на 6 дБ. Внимание! не путайте: 12 дБ - в 4 раза, но разница 18 дБ - уже 8 раз! а не 6, как могло подуматься. дБ - логарифмическая мера)
Аналогична по свойствам и спектральная чувствительность. Мы можем сказать, что два звука (простых тона) отличаются по частоте, если разница между ними составляет около 0.3% в районе 3 кГц, а в районе 100 Гц требуется различие уже на 4%! Для справки - частоты нот (если брать вместе с полутонами, то есть две соседние клавиши фортепьяно, включая черные) отличаются на примерно 6%.
В общем, в районе 1 - 4 кГц чувствительность уха по всем параметрам максимальна, и составляет не так уж и много, если брать не логарифмированные значения, с которыми приходится работать цифровой технике. Примите на заметку - многое из того, что происходит в цифровой обработке звука, может выглядеть ужасно в цифрах, и при этом звучать неотличимо от оригинала.
В цифровой обработке понятие дБ считается от нуля и вниз, в область отрицательных значений. Ноль - максимальный уровень, представимый цифровой схемой.
О фазовой чувствительности
Если говорить об ухе в целом - природа создала их такими, какими создала, руководствуясь прежде всего соображениями целесообразности. Фаза частот нам не важна абсолютно, так как совершенно не несет полезной информации. Фазовое соотношение отдельных частот кардинально меняется от перемещений головы, окружающей обстановки, эха, резонансов - да чего угодно. Эта информация никак не используется мозгом, и поэтому мы не восприимчивы к фазам частот. Надо, однако, отличать изменения фазы в малых пределах (до нескольких сот градусов) от серьезных фазовых искажений, которые могут изменить временные параметры сигналов, когда речь уже идет не о изменениях фаз, а скорее о частотных задержках - когда фазы отдельных компонент настолько варьируются, что сигнал распадается во времени, изменяет свою длительность. Ну, например, если мы слышим только отраженный звук, эхо с другого конца в огромном зале - в некотором роде это лишь вариация фаз сигналов, но настолько сильная, что вполне воспринимается по косвенным (временным) признакам. И вообще это уже глупо называть это изменениями фаз - грамотнее так и называть это задержками.
В общем, к незначительным вариациям фаз (хотя как сказать - незначительным.. в общем, до противофазы наше ухо абсолютно не чувствительно. Но всё это касается лишь одинаковых фазовых изменений в обоих каналах! Несимметричные фазовые сдвиги очень важны, об этом - ниже.
Об объемном восприятии
Человек может воспринимать пространственное положение источника звука. Кстати, слово 'стерео' на языке оригинала, к сожалению не помню на каком, означает что-то вроде 'полный'. Есть два принципа стерео - восприятия, которые соответствуют двум принципам передачи звуковой информации из уха в мозг (об этом см. выше).
Первый принцип - для частот ниже 1 кГц, которых слабо волнуют препятствия в виде человеческой головы - они просто огибают её. Эти частоты воспринимаются ударным способом, передавая в мозг информацию об отдельных звуковых импульсах. Временное разрешение передачи нервных импульсов позволяет использовать эту информацию для определения направления звука - если звук в одно ухо приходит раньше другого (разница порядка десятков микросекунд), мы можем засечь его расположение в пространстве - ведь запаздывание происходит из-за того, что звуку пришлось пройти еще дополнительно расстояние до второго уха, затратив на это какое-то время. Этот фазовый сдвиг звука одного уха относительно другого и воспринимается как информация, позиционирующая звуки.
И второй принцип - используется для всех частот, но в основном - для тех, что выше 2 кГц, которые отлично затеняются головой и ушной раковиной - просто определение разницы в громкости между двумя ушами.
Еще один важный момент, который позволяет нам гораздо более точно определять местоположение звука - возможность повернуть голову и посмотреть на изменение параметров звучания. Достаточно буквально нескольких градусов свободы, и мы можем определить звук почти точно. Принято считать, что направление с легкостью определяется с точностью до одного градуса. Этот прием пространственного восприятия - то, что почти не дает сделать реалистичный объемный звук в играх - по крайней мере до тех пор, пока наша голова не будет облеплена поворотными датчиками.. Ведь звук в играх, даже с современными 3д картами, не зависит от поворота нашей реальной головы, поэтому полная картина почти никогда не складывается и сложиться, к сожалению, не может.
Таким образом, для стерео - восприятия во всех частотах важна громкость правого и левого канала, а в частотах где это возможно, до 1 - 2 кГц, дополнительно оцениваются и относительные фазовые сдвиги. Дополнительная информация - подсознательный поворот головы и мгновенная оценка результатов.
Фазовая информация в районе 1 - 4 кГц имеет приоритет над разницей в громкости, хотя определенная разница уровней перекрывает фазовую разницу, и наоборот. Не совсем соответствующие или прямо противоречивые данные (например - правый канал громче левого, однако запаздывает) дополняет наше восприятие окружения - ведь эти несоответствия рождаются из окружающих нас отражающих/поглощающих поверхностей. Таким образом, в очень ограниченном объеме воспринимается характер помещения, в котором находится человек. Этому также помогают общие для обоих ушей фазовые вариации огромного уровня - задержки, эхо и реверберация.
О нотах и октавах. Гармоники
Слово 'гармоника', в общем то, означает гармоническое колебание, или проще - синусоиду, простой тон. В аудио - технике, однако, находит применение термины - пронумерованные гармоники. Дело в том, что множество физических, акустических или просто простейших математических процессов дают дополнение какой-то определенной частоты частотами, ей кратными. Простой (основной) тон 100 Гц сопровождают гармоники 200, 300, 400 и так далее Гц. Звук скрипки, например - это почти одни сплошные гармоники, основной тон имеет лишь немного большую мощность чем его гармонические дополнения. Вообще говоря, характер звучания музыкального инструмента зависит от наличия и мощностей его гармоник, тогда как основной тон определяет ноту.
Вспоминаем дальше. Октава в музыке - интервал изменения частоты основного тона в два раза. Нота ля первой октавы, к примеру, имеет частоту примерно - 27.5 Гц, второй - 55 Гц. Состав гармоник этих двух разных звуков имеет много общего - в том числе это 110 Гц (ля третей октавы), 220 Гц (четвертой), 440 Гц (пятой) - и так далее. В этом основная причина того, что одинаковые ноты разных октав звучат в унисон - складывается влияние одинаковых высших гармоник. Дело в том, что гармоники нам обеспечены всегда - даже если музыкальный инструмент воспроизводит только один основной тон, высшие гармоники появятся уже в ухе, в процессе спектрального восприятия звука. Нота самой нижней октавы почти всегда включает в себя в качестве гармоник те же ноты всех вышестоящих октав.
Наше звуковосприятия почему-то устроено так, что нам приятны гармоники, и неприятны частоты, которые выбиваются из этой схемы - два звука, 1 кГц и 4 кГц, вместе будут звучать приятно - ведь это суть одна нота через две октавы, пусть и не калиброванного по стандартной шкале инструмента :-). Как я уже говорил - это то, что часто встречается в природе как следствие естественных физических процессов. А вот зато если взять два тона 1 кГц и 3.1 кГц - будет звучать раздражающе.
Вот мы и пришли к тому, что такое аккорд (трезвучие). Музыканты знают, что есть комбинации нот, которые вместе звучат приятно, воспринимаются как один звук. Это как раз и есть те три (обычно) ноты, четные гармоники которых не мешают друг другу, не проходят слишком близко друг от друга, чтобы не вызывать неудовлетворенность слушателя, в то же время другие гармоники дополняют друг друга приятным для слуха образом, создавая эффект единичного, стройного тембра. При этом воспринимается только базовый тон аккорда - так называемая тоника, нота, по которой построен аккорд, остальные ноты так или иначе включаются в гармоническое дополнение к ней.
Октава - понятие, полезное не только для музыкантов. Октава в акустике - это изменение частоты звука в два раза. Мы уверенно слышим примерно полных 10 октав, это на две октавы выше, чем последняя октава фортепьяно. Странное дело, но в каждой октаве содержится примерно одинаковое для нас количество информации, хотя последняя октава - это весь район с 10 до 20 кГц. В старости мы практически перестаем слышать эту последнюю октаву, и это дает потерю слуховой информации не в два раза, а всего на 10% - что не так уж и страшно. Для справки - самая высокая нота фортепьяно - около 4 кГц. Тем не менее, спектр звучания этого инструмента далеко выходит за эти 4 кГц за счет гармоник, реально покрывая весь наш звуковой диапазон. Так почти с любым музыкальным инструментом - основные тона почти никогда не выходят за 5 кГц, можно быть совершенно глухим к более высоким тонам, и тем не менее слушать музыку..
Даже если бы и были инструменты с более высокими тонами - слышимый гармонический состав их звучания был бы очень бедным. Сами смотрите - у инструмента в 6 кГц основного тона есть только одна слышимая гармоника - 12 кГц. Этого просто мало для наполненного, приятного звучания, какой тембр мы бы не хотели получить в результате.
Важный параметр всех звуковых схем - гармонические искажения. Почти все физические процессы приводят к их появлению, и в звукопередаче их стараются сделать минимальными, чтобы не изменять тональную окраску звука, и просто не засорять звук лишней, отягощающей информацией. Гармоники, однако, могут давать звуку и приятную окраску - например, ламповый звук - это наличие большого (сравнительно с транзисторной техникой) числа гармоник, дающих звуку в некотором роде приятный, теплый характер, практически не имеющий аналогов в природе.
Надеюсь, эта малость информации показалась вам интересной.
Автор: Дмитрий Михайлов
Copyright (C) Dmitry Mikhaylov (Дмитрий Михайлов)
) Жмём на ссылку и читаем ---> 
!!!
. Без понимания того, что мы слышим, что нам важно, а что нет, в чем причина тех или иных музыкальных закономерностей - без этих и других мелочей невозможно спроектировать хорошую аудио аппаратуру, нельзя эффективно сжать или обработать звук. То, что здесь описано - лишь самые основы. Да всего описать и нельзя - процесс звуковосприятия еще далеко не до конца изучен. Эти основы, однако, могут показаться интересными даже тем, кто знает, что такое децибел - мы всё же пойдем немного дальше того, что описано в справках к программам обработки звука...
Линейный вид
