Музыкальный сигнал одного инструмента содержит основную частоту и множество ее гармоник. Собственная / основная частота (fundamental frequency) — самая низкая частотная компонента сигнала. Считается, что на слух воспринимается до 10 гармоник, более высокие компоненты уже не слышны. Например, если основной тон имеет высоту 110Гц (ля большой октавы), то в сигнале, кроме основного тона, будут присутствовать его гармоники — 220Гц, 330Гц, 440Гц, и т.д. В этом легко убедится с помощью пианино. Достаточно плавно нажать клавишу ноты так, чтобы демпфер отошел от струны, а молоточек по струне не ударил. После этого сильно ударить и отпустить ноту октавой ниже. В результате, нижняя нота замолкнет, а верхняя из-за резонанса с гармоникой начнет играть.
Основной тон или высота звука (pitch) — слуховое восприятие частоты. Восприятие основного тона изменяется в зависимости от гармонических составляющих, присутствующих в сигнале. Возможно восприятие отсутствующего тона за счет наличия гармонических составляющих, обычно сопутствующих этому тону. Если акустическая система не в состоянии воспроизводить низкие частоты (например, при воспроизведении ля большой октавы, тон 110Гц не будет звучать), то все равно возможно восприятие этой частоты. Компания Waves Audio, производитель звуковых эффектов, запатентовала алгоритм (патент № 5,930,373), позволяющий создавать иллюзию наличия низких частот, синтезируя высшие гармоники по низкочастотному сигналу, и выпустила ряд устройств (MaxxBass), работающий по этому принципу.
В некоторых случаях при обработке звука (музыкального сигнала) требуется найти основной тон и его гармоники. Например, гитарный тюнер анализирует сигнал на лету и выдает погрешность настройки гитары, основываясь на измерениях основного тона.
Компания Antares Audio Technologies разработала систему Auto-Tune, которая позволяет анализировать голосовую партию и корректировать сигнал во время исполнения или записи. Эта система практически стала стандартом при записи вокала. Позже, эта же компания разработала технологию ATG-6, которая позволяет настраивать гитару прямо во время исполнения.
В программе Melodyne (компании Celemony Software GmbH) решается еще одна сложная задача — анализируется музыкальный сигнал, который может содержать несколько одновременно звучащих нот (аккорд) и соответственно содержать несколько основных тонов и их гармоник.
При решении подобных задач необходимо учитывать системы настройки музыкальных инструментов.
Музыкальный строй или темперация — система настройки музыкальных инструментов, которая задает частоты звучания нот. Есть разные способы настройки.
Натуральный звукоряд (scale) — ряд звуков (тонов), состоящий из основного тона и его гармонических обертонов. Каждый член такого ряда называется гармоникой. Некоторые музыкальные инструменты (горн, варган), в которых нет управляемых отверстий (вентилей), могут воспроизводить ноты только в пределах натурального звукоряда, что мешает их использованию совместно с другими инструментами.
На современных музыкальных инструментах (начиная с рояля) обычно используется равномерно темперированный строй. Преимущества равномерной темперации в том, что можно транспонировать пьесу на произвольный интервал вверх или вниз, но при этом гармоники некоторых тонов звучат выше или ниже других тонов (на 1-2Гц), создавая иногда слышимые биения.
Существуют и другие строи, которые позволяют решить проблемы биений, но при этом значительно усложняют конструкцию инструмента и способ игры на нем. Например, строй 53-х равных делений октавы (53-РТ), содержит 53 ноты в пределах одной октавы.
No comments:
Post a Comment