Teie analoogia värvidega töötab omamoodi, kuid pidage meeles, et pilt on miljoneid piksleid. Üks HSV kolmik annab teile värvi, kuid see ei anna teile tekstuure. Näiteks 16 piksli abil saaksite tekstuuri ligikaudselt hinnata. Mida rohkem piksleid teil on, seda lähemale jõuate "mis tahes" tekstuuri reprodutseerimisele.

Heli digitaalsignaalina salvestades mõõdame mikrofoni membraani liikumist tuhandeid kordi sekundis. Kompaktplaadi kvaliteedi saavutamiseks on see 44 100 korda sekundis, kasutades iga mõõtmise jaoks 16-bitist arvu. Seda nimetatakse proovivõtuks. / p>

Numbrid, mida me salvestame, tähistavad tegelikult mikrofoni skeemi kiirust antud ajahetkel. See on tihedalt seotud amplituudiga - kiirus on laine tipus null ja kõige kiirem, kui lainekuju läbib nulli. Matemaatika abil saab kiiruse mõõtmise seeria tõlkida amplituudideks.

Teisendades selle numbriseeria pingeks ja kasutades neid kõlari juhtimiseks, esitame valimisse kuuluva heli.

See ütleb meile, kuidas helisid salvestada ja taasesitada, kuid teie küsimus vihjab millelegi peenemale. Mis siis, kui me tahame luua helisid esimestest põhimõtetest, mis kõlavad nagu erinevad instrumendid. Seda nimetatakse sünteesiks ja seda teeb süntesaator .

Ükski neist proovivoo numbritest ei tähista sagedust. Kuid me võime andmetest otsida sagedusi. Näiteks kui oleme salvestanud võimalikult puhta heli - patulaine -, saab arvude jada korrapäraste ajavahemike järel tippu. Tippude arv antud ajaperioodil on sagedus . Kui sekundis on 200 piiki, on see sagedus 200 võnget sekundis ehk 200 Hz.

Sageduse osas on puudu see, et heli koosneb tavaliselt paljudest sagedustest kõik korraga . See tähendab, et näiteks võite lainekujust leida kordusi iga 131. sekundi järel, ja iga 165. sekundi järel (see oleks nii C- kui E-akordi puhul, mida mängitakse patulainetega). .

Alloleval pildil on lainekuju, mis koosneb kahest sagedusest, millest mõlemad on selgelt näha. Aeglasem sagedus kordub iga 30 millisekundi järel - ehk 33,33Hz ja kiirem sagedus kordub iga 5 millisekundi järel - ehk 200Hz.

On olemas matemaatiline protsess nimega Fourier'i analüüs mis võtab proovide võtmisel arvude jada ja ütleb meile iga sagedusriba valjuse.

Süntesaator saab seda sageduste kombinatsiooni mitmel viisil taastada. Saame konstrueerida helisid, kombineerides paljude erinevat sagedust tootvate ostsillaatorite väljundit. Saame kujundada helisid, suurendades või vähendades sagedusi filter.

Enamikul helidel on keerulisemad lainekujud ja nii on teil tavaliselt võimalik leida kordusi mitmel sagedusel.

Kuid heli ehitamine on lõputult keeruline. Kitarrikeelel on teatud sageduste kombinatsioon kohe pärast kitkumist, seejärel muutub see noodi lagunemisel pidevalt. Selle täielik täpne sünteesimine on suur asi, mis hõlmab paljude raamatute väärt asjatundlikkust, teadust, kunsti ja käsitööd.

Heli arvutiga reprodutseerimiseks peate olema originaalse heli kohta natuke teavet hõivanud ja salvestanud. Sellele on mitmeid lähenemisviise, kuid usun, et kaks kõige sagedamini kasutatavat on proovivõtt ja sageduse / lainekuju analüüs.

Proovide võtmine

See juhtub tavaliselt siis, kui salvestate muusikat arvuti abil. Mikrofoni analoogsignaal kannab pinget, mis aja jooksul varieerub vastavalt mikrofonini jõudva erineva õhurõhule. See suunatakse analoog-digitaalmuundurisse (ADC), mis mõõdab pinget (võtab selle proovid) fikseeritud ajavahemike järel ja teisendab selle analoogpinge digitaalseks esituseks - tavaliselt määratakse pinge väärtusele väike täisarv. Kuna täpsus pole lõpmatu, võib see mõne detaili kaotada. Nt 1.002, 0.998, 0.981 volti teisendamine täisarvu väärtusteks 120, 120, 119 öelda (arvud on välja mõeldud ja ei ole esindavad)

^{Pilt Planet Of Tunes'ilt}

Esinevad sagedused on mõnevõrra ebaolulised seni, kuni proovivõtusagedus on palju suurem kui kõrgeim reprodutseerimiseks vajalik sagedus. Ülaltoodud näites näib, et proovivõtusagedus on ehk 15 korda muusikalise lainekuju kõrgeim sagedus.

Pange tähele, et inimese kuulmine ulatub umbes 20 Hz-lt 20 kHz-ni (vananedes palju vähem) ja Näiteks CD diskreetimine on umbes 44 kHz.

Täpsus sõltub nii diskreetimissagedusest kui ka amplituudi tähistamiseks kasutatud bitide arvust.

Sagedusanalüüs

Teine viis sellise instrumendi nagu klaver heli jäädvustamiseks ja salvestamiseks on üksikasjalik analüüs ühe klahvi löömise heli kohta. Algoritmi, mida nimetatakse kiireks Fourieri teisenduseks (FFT), saab kasutada helis esinevate sageduste kindlakstegemiseks. Haamri löömine klaveritraadi vastu põhjustab juhtme keeruka režiimide segmendi vibreerimise, mis tekitab segu sagedustest, mille amplituudid muutuvad ajas. Arvuti suudab seejärel salvestada teavet selle kohta, millises sageduses ja millises ulatuses esinevad sagedused ja kuidas üldised amplituudid ajas muutuvad.

Süntesaatorid kasutavad tavaliselt ühte neist kahest lähenemisviisist, nad kas mängivad reaalse instrumendi püütud valimi või nad üritavad teadaolevat heli taasesitada analoogelektrooniliste või virtuaalsete ostsillaatorite abil, mis tekitavad teadaoleva sagedusega (ja lainekuju) helisid - need lastakse seejärel läbi erinevate filtrite ja segatakse ümbrisheligeneraatorite väljundiga, et kavandatud heli uuesti luua. / p>

Tehnika tase näib olevat selline, et kõige täpsemad elektroonilised klaverid (näiteks) kasutavad proovipõhist sünteesi.

Paljundamine

Digitaalse esituse salvestamine analooghelilaine, tähendab selle reprodutseerimine taasloodud digitaalsignaali teisendamist analooghelilaineks. Seda teostavad elektroonilised ahelad, mis on sisuliselt ADC tagurpidi ja mida mõnikord nimetatakse ka DAC-ks (digitaalsest analoogmuunduriks). Nii saadakse signaal, mida saab analoogvõimendi kaudu valjuhäälditesse edastada.

Toon

Tooni erinevus klaveri ja trompeti vahel on suures osas harmooniliste ja mängitud noodi dünaamika segu (nt amplituudi ümbrise "kuju" - kuidas helitugevus ajas varieerub - nagu on näha rünnakus) Süntesaatori lagunemise, püsimise ja vabastamise (ADSR) juhtimine Võite pidada heli muutuvaks sageduste seguks või keerukaks lainekujuks, mis tuleneb nende ühendamisest - nad liiguvad selles kombineeritud kujul läbi õhu teie kõrva. See on teie kõrva mehaaniliste osade pluss alateadlik analüüs ajus, mis võimaldab teil eristada olemasolevaid eraldi sagedusi.

^{(märkus: selles skeemis pole pingetasemed tüüpilises helisalvestuses, kuid põhimõtted on samad. helisignaalid on tavaliselt millivoldid või maksimaalselt paar volti, sõltuvalt sellest, kas allikaks on mikrofon, sisend-sisend või mõni muu allikas. helitehnika)}

Põhisageduse (roheline) lisamine kolmanda harmoonikaga (oranž) annab keeruka lainekuju (punane). Heli reprodutseerimiseks tuleb proovida ainult punast lainekuju. Kui olete salvestanud teavet olemasolevate sageduste kohta, võite selle asemel sünteesida heli, genereerides siinuslaine ostsillaatorite abil põhi- (roheline) ja kolmanda harmoonilise (oranž) laine ning liites need seejärel kokku.

Teie küsimus on keeruline, kuna see koosneb üksikutest keerukate alaküsimustest. Püüan anda mõned näpunäited.

Esimene küsimus käsitleb helide digiteerimist: see on alati võimalik lähenduse abil, mis võib olla nii täpne, kui investeerite jõupingutusi. Proovivõteteoreem ütleb, et salvestamiseks peate proovima vähemalt kaks korda sagedamini kui kõige kõrgem sagedus. Kuna noore inimese kõrvad kuulevad midagi vahemikus 16 kuni 20 kHz, vajate vähemalt 40 kHz. Kuid pikslitamise (täpselt: kvantimise) efekt jääb alles, nagu vektor- ja piksligraafika erinevus. Saate seda vähendada, kuid mitte lahti saada. (Võib-olla on põhjus vinüülplaatide fännidele.)

Teine on lainevorm. Füüsikatundide siinuslaine kõlab täiesti igavalt, lähim lähenev klassikaline pill on flööt. Viiulitel on rohkem kolmnurga laineid, mida pärast Fourieri analüüsi saab kujutada paljude erineva sagedusega siinuslainete ülekattega, nn ülemtoonid. See sobib hästi klassikalistes instrumentides leiduvate resonaatorite jaoks. Siinuslaineteks lagunemine jõuab ebaloomulike lainetega nagu ruudukujulised lained ja ma mäletan kalli võimendi ostsilloskoobi pilte, mis näitavad väikesi, kuid selgelt nähtavaid kõrvalekaldeid selle laine jaoks. Nii et liugurite võrdluses püsimiseks: iga alatooni amplituudi korrigeerimiseks on vaja midagi muudetavat arvu liugureid.

Kolmas teema on ajahälve. Päris pillid tekitavad helisid, mis ajas on märkimisväärselt erinevad ja seetõttu varieerub ka see sagedussegu pidevalt: siin on faasiks rünnak, lagunemine ja püsimine ning rünnak on siin kõige olulisem teatud instrumentide äratundmiseks. Lugesin korra katsest, kus instrumendi A rünnakumall vormiti B-seadme sagedusspektrile ja enamik kuulajaid tuvastas heli A-le kuuluvana.

Kõrvalepõikena saate heli sisend- / väljundvõimaluste jaoks hakkama saada vaid ühe bitiga!

Nende ülesanne on seadistada kandjalaine, keerates väärtust väga kiiresti edasi-tagasi 1-0- 1-0-1-0 ..., sagedusel, mis ei kuulu enamiku inimeste kuulmisele. Seda keeratakse nii kiiresti, et kõlarikoonusel pole aega 0 või 1 positsiooni saavutamiseks piisavalt liikuda, nii et kõlarikoonus jääb neutraalse positsiooni lähedale - öelge ½.

Ideaalis oleksite võitnud Selles neutraalses olekus ei räägi kõneleja midagi. Mõne 0-bitise asendamine 1-ga toob kõlarikoonuse välja ja vastupidi, muutes 1-bitise väärtusega 0, toob kõlari koonuse sisse. Kõlari koonuse sellist liikumist tajutakse helina. Selle meetodiga saab piisavalt heli taasesitada. Ametlikult on see pulsilaiuse modulatsiooni variatsioon - PWM.

Kummalisel kombel töötab see paremini kehvema kvaliteediga kõlaritega nagu mobiiltelefonides, kuna kõlari madal truudus silub "karedad servad".