Embed Size (px)
Citation preview
Roman Č[email protected]
B2, místn.525tel. 224 352 236
http://sami.fel.cvut.cz/syn/
B2M31SYN –
SYNTÉZA AUDIO SIGNÁLŮ
zima 2020-2021
B2M31SYN – 1. PŘEDNÁŠKA
• Organizace výuky a úvod do předmětu
Hodnocení a podmínky udělení zápočtu
Obsah předmětu
Literatura
• Úvod do číslicové syntézy signálů
Syntézy (ukázky)
• Cvičení
Aliasing
Kvantování
Časové obálky
B2M31SYN – 1. PŘEDNÁŠKAGarant, přednášející, cvičící:
Prof. Ing. Roman Čmejla, CSc.
Katedra: teorie obvodů
Přednášky: středa od 09:15 v místnosti 413
Cvičení: učebna 413, středa 11:00
Zápočet: na základě semestrální práce
Zkouška: 60 bodů semestrální práce
40 bodů písemný test u zkoušky
B2M31SYN – 1. PŘEDNÁŠKA
• Hodnocení a podmínky udělení zápočtu
- účast na přednáškách je doporučena
• Požadavek na zápočet
- odevzdání sem. práce
• Dosažitelné body
semestrální práce ... max 60 bodů
zkouška ............. max 40 bodů
B2M31SYN – 1. PŘEDNÁŠKA
• Výsledné hodnocení
A ... 91 a více
B ... 81 až 90
C ... 71 až 80
D ... 61 až 70
E ... 50 až 60
F ... < 50
Semestrální práce• Téma: Syntéza audio signálů
Generujte audio signál v prostředí MATLAB.
• Termín odevzdání: do 31.prosince 2020, 24:00
• Způsob odevzdání: zaslání všech souborů na
adresu cmejla.zavinac.fel.cvut.cz• *.m ... všechny zdrojové soubory pro syntézu
• *.mid ... použité zdrojové midi soubory
• *.m4a ... tři výstupní syntetické soubory
• *.pdf ... zpráva s popisem technik + odkaz na zdroje
Zkouška
• Písemná část:
• otázky z předmětu SYN
• Ústní část:
• diskuse k hodnocení
Laboratorní řád ve výukové
laboratoři 413
• 1. Studenti smějí být v laboratoři jen v přítomnosti vyučujícího.
• 2. Příkazy vyučujícího vedoucího cvičení musí být bezpodmínečně
dodržovány.
• 3. Manipulace s měřícím zařízením je možná pouze se souhlasem
vyučujícího.
• 4. Elektrický rozvod smí zapínat pouze vyučující.
• 5. Studenti jsou povinni sledovat při měření stav přístrojů a zařízení.
V případě nebezpečí jsou povinni vypnout elektrický rozvod.
• 6. Závady na přístrojích nebo zařízení musejí studenti ihned hlásit
vyučujícímu.
• 7. Opustit laboratoř je dovoleno jen se souhlasem vyučujícího.
Obsah předmětu
B2M31SYN – 1. PŘEDNÁŠKA23. září 2020
• Organizace výuky a úvod do předmětu
Hodnocení a podmínky udělení zápočtu
Obsah předmětu
Literatura
• Úvod do číslicové syntézy signálů
Syntézy (ukázky)
• Cvičení
Laboratorní řád ve výukové laboratoři 405
MATLAB
Aliasing
Kvantování
Časové obálky
B2M31SYN – 2. PŘEDNÁŠKA30. září 2020
Číslicové signály
Aperiodické
Periodické
Aplikace
Zvuky telefonu
Hudební stupnice
Tónová volba
Součet dvou sinusovek
Tabulková (wavetable) syntéza
Tabulkový oscilátor
Interpolace
Pitch posunutí
Příklad tabulkové syntézy banja
Hudební stupnice
]Hz[2440 12
49
k
f
Generátor Morseovy abecedy
• >> morse('sos
pomoc')
• . . ./- - -/. . .//. - - ./- - -
/- -/- - -/- . - ./
http://www.shaman.cz/sifrovani/morseova-abeceda.htm
Tónová volba(DTMF - Dual Tone Multi-Frequency)
• Frekvence nejsou:
– násobkem jiné frekvence
– rozdílem či součtem frekvencí
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000-1
-0.5
0
0.5
1
Time
Freq
uenc
y
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 18000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1 2 3 4 5
Tabulková (wavetable) syntéza
• Při tabulkové syntéze simulujeme
nástroj pomocí vzorků vyjmutých ze
skutečného nástroje
Protože není možné, aby v paměti byly uchovány
vzorky všech výšek tónů od všech nástrojů,
je v paměti uložena vždy od každého
nástroje pouze sada jeho tónů
• Tóny jiných výšek, než ty, které jsou uloženy
v paměti, se potom vytvářejí pomocí nejbližšího
uloženého vzorku
Tabulková (wavetable) syntéza% transformace tabulky s jednou periodou f0
% na libovolne dlouhy signal o frekvenci f1
% pomoci linearni interpolace
doba=1;
ind = mod(0:delta:(delta*doba*fs-1),N0)+1;
x=ind-floor(ind);
P=[P P(1)];
A=P(floor(ind));
B=P(ceil(ind));
y=(B-A).*x+A;
stem(ind)
stem(y)
Tabulková (wavetable) syntéza
% priklad tabulkove syntezy banja
[x,fs]=wavread('banjo.wav');
P=x(144:172);
Tabulková syntéza
Tabulková (wavetable) syntéza
Tabulková (wavetable) syntéza
Tabulková (wavetable) syntéza
Tabulková (wavetable) syntéza
klarinet1-55-1
Tabulková (wavetable) syntéza
klarinet
Tabulková (wavetable) syntéza
klarinet
Tabulková syntéza
Ukázky semestrálních prací
Tulach Lukáš Chtíc, aby spal
Samohlásková syntéza zpěváka v doprovodu trubek
Aditivní a wavetable syntéza, tremolo
B2M31SYN – 3. PŘEDNÁŠKA7 . října 2020
• Periodické průběhy
• Harmonická analýza
• Harmonická syntéza
• Fourierovy řady
• Spektrum
• Barva zvuku
• Aditivní syntéza a spektrální modelování
• Parciály
Aditivní syntéza– sčítání jednotlivých frekvenčních složek
– teorie je založena na Fourierových řadách
• barva zvuku = obsah spektrálních složek
– jasné zvuky - zdůrazněné sudé harmonické
– duté zvuky - pouze liché harmonické
)5sin(4,0)4sin(6,0
)3sin(4,0)2sin(6,0)sin(2,0)(
00
000
tt
ttttx
)5sin(2,0)3sin(4,0)sin(8,0)(000ttttx
>> priklad11
Aditivní syntéza
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000-1
-0.5
0
0.5
1
Time
Fre
quency
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.40
1000
2000
3000
4000
5000
0 1000 2000 3000 4000 5000 60000
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 50000
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
h1h2h3h4h5h6h7h8h9
Analýza harmonických
Aditivní syntéza
Zvonek
• Výr - Bubo
Aditivní syntéza ptáků
• Strnad - Zonotrichia
Aditivní syntéza ptáků
Aditivní syntéza ptáků
• Drozd stěhovavý - Turdus migratorius
Syntéza materiálu
dřevo
•kov
•sklo
Aditivní syntéza
Ukázky semestrálních prací
Burša Petr "Tichá noc"
aditivní syntéza flétny ze sedmi harmonických složek + FM pro
vibráto + nelineární tvarování + spektrální modelování s bílým
šumem a rezonátorem
Dřínovský Martin Hororová zvuková sekvence první část tvoří Bachova Toccata
a Fuga v D-mol hraná na varhany s efektem dozvuku
simulujícím prostředí chrámu (aditivní syntéza). Druhá část
sestává z útěku lesem za větrné (filtrační syntéza = bílý šum +
rezonátor) a chladně noci. Tato část je zakončena výkřikem
(LPC filtrační syntéza).
Klicpera Jakub "Elektrický valčík"
syntéza klavíru a harmoniky
Krejčí Vítězslav Syntéza smyčců, resyntéza zvuků Yamaha
spektrální modelování, aditivní syntéza Körber Karel B. Smetany – Vltava
Aditivní syntéza (flétna, piano, smyčce), AM
Knoppová Stanislava "Piráti z Karibiku"
aditivní resyntéza flétny + polyfonie
Krejčí Vítězslav Syntéza smyčců, resyntéza zvuků Yamaha
spektrální modelování, aditivní syntéza
B2M31SYN – 4. PŘEDNÁŠKA14. října 2020
• Spektrální analýza
• Fourierovy řady
• Diskrétní Fourierovy řady
• Fourierova transformace
• Diskrétní Fourierova transformace
• Fázový vokodér
• Analýza
• Transformace
• Syntéza
• Triky – změny v čase a ve frekvenci
1
0
21 n
k
n
mkj
km exn
X
1
0
21 n
m
n
mkj
mk eXn
x
Vokodér
Re-syntéza
Krátkodobá Fourierova transformace
Vokodér
Frekvenční posunutí bez časového zkreslení
Studiový nástroj (korekce tempa)
Libovolné frekvenční či amplitudové změny
Prodloužení a zkrácení bez frekvenčních změn
Triky s vokodérem
(korekce ladění)
% spectral manipulation
%
coef=0.02;
r=abs(X')./window_length
;
Y = (X'.*r./(r+coef))';
Potlačení šumu pomocí vokodérunonlinear spectral subtraction
[Vaseghi,S.V.: Advanced Signal Processing and Digital Signal Processing]
B2M31SYN – 5. PŘEDNÁŠKA21. října 2020
• Filtrační syntézy
– buzení šumem
– pulzní buzení
• Jednoduché číslicové filtry
– filtry s jedním pólem a jednou nulou
– číslicové filtry v MATLABu
• Aplikace jednoduchých číslicových filtrů
– filtrace řeči
– přelaďování filtru
– aplikace s šumem a obálkami
Filtrační syntéza
housle
0 0.5 1 1.5 2 2.5-1
0
1
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
-1
0
1
0 0.5 1 1.5 2 2.5
-50
0
50
Time
Fre
quency
1 2 3 4 5 6 7
x 104
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
% filtr (model housli)
%%%%%%%%%%%%%
F = [500, 1500, 3000, 4000];
BW = [300, 200, 700, 1500];
– tvarování spektra širokopásmových signálů
Filtrační syntéza
klarinet
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
-0.5
0
0.5
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.80
0.2
0.4
0.6
0.8
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
-0.5
0
0.5
% navrh rezonatoru
fr = 900; % rezonancni frekvence
B = 1200; % sirka pasma rezonatoru
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
500
1000
F0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-0.5
0
0.5
vitr
---> cas [s]
frekvence
0 1 2 3 4 5 6 7 8 90
2000
4000
Filtrační syntéza větru
0 50
0.5
1
A
0 50
2000
4000
B
0 50
500
1000
fr
0 2 4 6 8 10 12 14 16
x 104
-1
0
1
vitr
---> cas [s]
frekvence
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
2000
4000
Filtrační syntéza vln
Filtrační syntézaAplikace s šumem rezonátory a obálkami
•buben
•činel
hry
efekty
Filtrační syntéza
hodiny
Fr=3500; B = 550;
Fr=3000; B = 750;
Gregor Pavel Kostel v horách
zvony vytvořené FM modulací, přidaná AM modulace + echo,
vítr vytvořený filtrační syntézou
Subtrakční syntéza
Anisimova Elena Zpěv ptáků v krajině
AM, FM, aditivní syntéza
Kolacia Martin Rozjíždející se parní lokomotiva s píšťalou
AM, filtrační syntéza
Ukázky semestrálních prací
B2M31SYN – 6. PŘEDNÁŠKA4. listopadu 2020• Hlas a řeč
– fonace, prosodie, artikulace
– hlasivkový tón, formanty
• Hudební nástroje
– rozdělení podle vzniku tónu
– rozsahy, spektra, formanty
• Formantové syntézy
– Klattův formantový syntetizér
• Číslicové pásmové propusti
– filtry se dvěma póly
– řazení filtrů
• Aplikace
– banka filtrů (rezonátorů)
– filtrační syntézy s časově prom. filtry
– formantové syntézy (samohlásky, nástroje)
– potlačení šumů
Generování samohlásek
Audio demonstrace modifikace harmonického zdroje tvarováním „hlasového ústrojí“
[San Franciso Exploratorium]
A
E
I
O
U
A E I
O U
B2M31SYN – 7. přednáška "CROSS" LPC SYNTÉZA11. listopadu 2020
• Vzájemná syntéza (Cross Synthesis)
• Lineární predikce LPC (linear prediction coding)– LPC analýza
– LPC spektra
– signál chyby predikce
– odhad řádu AR modelu
– LPC syntéza
– LPC vokodér
- impulzní buzení
- bílý šum
- chybový signál
• Aplikace:
- změna časového měřítka
- pitch shifting
- "cross" syntéza
LPC syntéza
LPC vokodérimpulzní buzení
LPC vokodérbílý šum
LPC vokodérchybový signál
B2M31SYN – 8. přednáška
Modulační syntéza18. listopadu 2020
– Amplitudová modulace
– Frekvenční modulace
– Syntetické zvony
– Jednoduché syntetické FM nástroje
– Syntetické zvuky – vítr
05
1015
2025
-20
-10
0
10
20-0.5
0
0.5
1
modulacni indexporadi postr.pasma
Time
Fre
quency
0 5000 10000 150000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Time
Fre
quency
0 5000 10000 150000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Modulační syntéza
– Amplitudová modulace
– Frekvenční modulace
– Syntetické zvony
– Jednoduché syntetické FM nástroje
– Syntetické zvuky – vítr
Amplitudová modulace
– Změna amplitudy jiným signálem
tftfmtf cm 2sin2sin1)(
fc modulační frekvence
fm nosná frekvence
m hloubka modulace
Amplitudové modulace
fc fm
600 150
600 170
600 50
600 70
600 4
600 1
Amplitudové modulace
0 0.2 0.4 0.6 0.8
-0.5
0
0.5
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
500
1000
1500
2000
0 0.2 0.4 0.6 0.8
-1
0
1
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
1000
2000
3000
0 0.2 0.4 0.6 0.8
-1
0
1
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
1000
2000
3000
0 0.2 0.4 0.6 0.8
-1
0
1
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
1000
2000
3000
0 0.2 0.4 0.6 0.8
-1
0
1
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
500
1000
15002000
2500
x = 0.5*cos(2*pi*750*t) + 0.5*cos(2*pi*450*t)
x = cos(2*pi*600*t).*cos(2*pi*150*t)
x = (1 + 1*sin(2*pi*150*t)).*sin(2*pi*600*t)
x = (1 + mi.*sin(2*pi*150*t)).*sin(2*pi*600*t)
mi = 0…1
x = (1 + mi.*sin(2*pi*4*t)).*sin(2*pi*400*t)
mi = 0…1
x = (1 + mi.*sin(2*pi*4*t)).*sin(2*pi*400*t).*exp(-t)
mi = 0…1
Amplitudová modulace
fc = 500Hz
fm = 2.5, 5, 10, 25, 50, 100, 250 Hz
fc = 500Hz
fm = 4.05, 8.09, 16.2, 40.5, 80.9, 162, 405 Hz
Harmonické a neharmonické modulační frekvence, m = 0.5
Amplitudová modulace
fc = 500Hz
fm = 2.5, 5, 10, 25, 50, 100, 250 Hz
fc = 500Hz
fm = 4.05, 8.09, 16.2, 40.5, 80.9, 162, 405 Hz
Harmonické a neharmonické modulační frekvence, m = 0.5
Amplitudová modulace
fc = 5000Hz
fm = 2.5, 5, 10, 25, 50, 100,
250, 500, 1000, 2500 Hz
fc = 5000Hz
fm = 4.05, 8.09, 16.2, 40.5, 80.9,
162, 405, 809, 1618, 4045 Hz
Harmonické a neharmonické modulační frekvence, m = 0.5
Amplitudová modulace
fc = 5000Hz
fm = 2.5, 5, 10, 25, 50, 100,
250, 500, 1000, 2500 Hz
fc = 5000Hz
fm = 4.05, 8.09, 16.2, 40.5, 80.9,
162, 405, 809, 1618, 4045 Hz
Harmonické a neharmonické modulační frekvence, m = 0.5
Amplitudová modulaceZvětšení hloubky
modulace, m = 0 .. 1
fc = 500Hz
fm = 2.5, 5, 10, 25, 50, 100, 250 Hz
fc = 500Hz
fm = 4.05, 8.09, 16.2, 40.5, 80.9, 162, 405 Hz
Amplitudová modulaceZvětšení hloubky
modulace, m = 0 .. 1
fc = 500Hz
fm = 2.5, 5, 10, 25, 50, 100, 250 Hz
fc = 500Hz
fm = 4.05, 8.09, 16.2, 40.5, 80.9, 162, 405 Hz
Amplitudová modulaceZvětšení hloubky
modulace, m = 0 .. 1
fc = 5000Hz
fm = 2.5, 5, 10, 25, 50, 100,
250, 500, 1000, 2500 Hz
fc = 5000Hz
fm = 4.05, 8.09, 16.2, 40.5, 80.9,
162, 405, 809, 1618, 4045 Hz
Amplitudová modulaceZvětšení hloubky
modulace, m = 0 .. 1
fc = 5000Hz
fm = 2.5, 5, 10, 25, 50, 100,
250, 500, 1000, 2500 Hz
fc = 5000Hz
fm = 4.05, 8.09, 16.2, 40.5, 80.9,
162, 405, 809, 1618, 4045 Hz
vlak
letadlo
Syntéza strojů
Frekvenční modulace
)2sin()2(sin)( tfmtftf mic
k
kmcik
mic
fkfmI
tfmtf
)(2sin)(
)2sin(2sin
Frekvenční modulace
05
1015
2025
-20
-10
0
10
20-0.5
0
0.5
1
modulacni indexporadi postr.pasma
Frekvenční modulace
Frekvenční modulace
Frekvenční modulace
fc fm mi
600 150 1
600 1 1
600 4 1
600 50 1
600 70 1
Frekvenční modulace
fc fm mi
600 150 2
600 170 2
Frekvenční modulace
Frekvenční modulace
fc = 500Hz
fm = 2.5, 5, 10, 25, 50, 100, 250 Hz
fc = 500Hz
fm = 4.05, 8.09, 16.2, 40.5, 80.9, 162, 405 Hz
Harmonické a neharmonické modulační frekvence
fc = 5000Hz
fm = 2.5, 5, 10, 25, 50, 100,
250, 500, 1000, 2500 Hz
fc = 5000Hz
fm = 4.05, 8.09, 16.2, 40.5, 80.9,
162, 405, 809, 1618, 4045 Hz
Harmonické a neharmonické modulační frekvence
Frekvenční modulace
Zvětšení modulačního indexu
fc = 500Hz
fm = 2.5, 5, 10, 25, 50, 100, 250 Hz
fc = 500Hz
fm = 4.05, 8.09, 16.2, 40.5, 80.9, 162, 405 Hz
Frekvenční modulace
fc = 5000Hz
fm = 2.5, 5, 10, 25, 50, 100,
250, 500, 1000, 2500 Hz
fc = 5000Hz
fm = 4.05, 8.09, 16.2, 40.5, 80.9,
162, 405, 809, 1618, 4045 Hz
Frekvenční modulaceZvětšení modulačního indexu
Varovné signály
τ mi fc fm
2 400 1500 1,25
2 200 1500 2
12 100 1500 5
0.3 50 1500 10
2 20 1500 25
square
sawtooth
Syntetické zvony
2 4 6
x 104
-0.50
0.5
Time
Fre
qu
en
cy
0 1 2 3
x 104
0
0.5
1
2 4 6
x 104
-0.50
0.5
Time
Fre
qu
en
cy
0 1 2 3
x 104
0
0.5
1
1 2 3
x 104
-0.50
0.5
Time
Fre
qu
en
cy
0 5000 10000 150000
0.5
1
1 2 3
x 104
-0.50
0.5
Time
Fre
qu
en
cy
0 5000 10000 150000
0.5
1
1 2 3 4 5
x 104
-0.50
0.5
Time
Fre
qu
en
cy
0 1 2
x 104
0
0.5
1
1 2 3 4 5
x 104
-0.50
0.5
Time
Fre
qu
en
cy
0 1 2
x 104
0
0.5
1
τ I fc fm
2 10 110 220
2 5 220 440
12 10 110 220
0.3 10 110 220
2 5 250 350
1 3 250 350
obalka = exp(-t/tau(k));
mi = Io(k)*exp(-t/tau(k));
Kapky vody
Tobálky = 20 ms
mi= 20
fm = 7 Hz
1. část 20 ms
fc = 700 + 100randn
2. část 180 ms
5 spektrálních složek
fc = 1500+300randn
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000-1
0
1
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000-1
0
1
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000-1
0
1
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000-1
0
1
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000-1
0
1
2 4 6 8
x 104
-0.5
0
0.5
2 4 6 8
x 104
2000
4000
1000 2000 3000 4000
-0.5
0
0.5
1000 2000 3000 4000
200400600800
1000 2000 3000 4000
-0.5
0
0.5
1000 2000 3000 4000
200400600800
100012001400
2000400060008000100001200014000
-0.5
0
0.5
20004000600080001000012000140000
500
1000
Jednoduché syntetické FM nástroje
I fc fm
Zvon 10 110 210
Žestě 5 900 300
Klarinet 5 900 600
Klepání 25 80 55
Syntetické zvuky - vítr
Time
Fre
quency
Frekvencne modulovany harmonicky signal
0 5000 10000 150000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Time
Fre
quency
Synteticky vitr
0 5000 10000 150000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
„Chirp“ signál
chirp = cvrlikat, švitořit
(také sweep = rozmést, vlnit se)
frekvenčně rozmítaný signál
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200-1
-0.5
0
0.5
cas
Chirp signal
Time
Frequ
ency
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.140
1000
2000
3000
4000
Ukázky semestrálních prací
Gregor Pavel Kostel v horách
zvony vytvořené FM modulací, přidaná AM modulace + echo,
vítr vytvořený filtrační syntézou
Pazdera František Hasičská siréna
FM + echo + dozvuk
Dvořák Jan Syntéza zvuků telefonu (oznamovací tón, DTMF volba, 6x
různé typy vyzvánění, oznámení o SMS zprávě)
AM, FM, aditivní a filtrační syntéza
Chlumecký Martin Policejní konvoj
FM, AM
Modulační syntéza
B2M31SYN – 9. PŘEDNÁŠKA25. listopadu 2020
NELINEÁRNÍ A TVAROVACÍ SYNTÉZY
Nelineární funkce
Čebyševovy polynomy
Tvarovací syntéza periodických průběhů
Tvarovací syntéza banja
Granulační syntéza
Konkatenační syntéza
Převzorkování
B2M31SYN – 10. PŘEDNÁŠKA
AUDIO EFEKTY2. prosince 2020
Číslicové audio efekty
• – Hřebenové filtry
• – Fázovací filtry
Dozvuky
• – Konvoluční reverb
• – Schroederův algoritmus modelování dozvuku
Audio efekty založené na časovém
zpoždění (dozvuky a echa)
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5
x 104
-0.2
0
0.2
original
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5
x 104
-0.2
0
0.2
jednoduche echo
• K signálu přičítáme stejný signál, avšak
zpožděný a tlumený (jednoduché echo)
• Zpoždění vnímáme jako echo, je-li delší než 50 ms
• Malé zpoždění přináší oživení a rozjasnění zvuku
• Rychlost zvukové vlny je 350 m/s (331,4 + 0,6 T)
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
-2000
-1000
0
1000
2000
original
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
-2000
-1000
0
1000
2000
3-nasobne echo
• Dozvuk 0,5 sekundy =>
zvuková vlna urazí 175
metrů
– Např. v koupelně o 3m
by se vlna odrazila
58x (pak by byla vlna
více či méně
absorbována)
Audio efekty založené na časovém zpoždění (dozvuky a echa)
• Přímá vlna (bez odrazů)
– přímá cesta k posluchači
• První odrazy
– Odražené vlny příchází 0,01-0,1 s po přímé vlně
Audio efekty založené na časovém zpoždění (dozvuky a echa)
• Dozvuk
– obsahuje tisíce pozdějších odrazů
Odrazy impulsního signálu (exponenciální tlumení)
Audio efekty založené na časovém zpoždění (dozvuky a echa)
• Stand.doba dozvuku
-pokles o 60 dB
• Typický koncertní sál má
dozvuk 1.5 - 3 sekundy
• Chrám sv. Víta až 8 s
Audio efekty založené na časovém
zpoždění (dozvuky a echa) , př.36
Zvukový efektZpoždění
v sekundách
Filtrační
koeficient
pod mostem 0,400 0,30
v chrámu 0,250 0,30
elektronicky vytvářený umělý dozvuk 0,200 0,90
klasické echo 0,150 0,50
v podzemní chodbě 0,120 0,70
v koncertní sini 0,100 0,40
elektronický efekt 0,085 0,90
ve sprše 0,030 0,60
v malé místnosti 0,010 0,50
mikrofonní zpětná vazba 0,001 0,97
Schroedrův algoritmus
modelování dozvuku
• HF - hřebenové filtry: určují délku ozvěny
(délka zpoždění je 10 až 50 ms; zapojují se paralelně)
• AF - all-pass filtry: „zahuštují a rozprostírají“ ozvěny
(délka zpoždění je do 5 ms; zapojují se do kaskády)
• Realističtější modelování dozvuku
• Pracné nastavení parametrů modelu
B2M31SYN – 11. přednáška
Fyzikální modelování9. prosince 2020
• Fyzikální modelování
• Jednoduchý fyzikální model struny
• Model číslicového vlnovodu
• Karplusův-Strongův algoritmus
• Modifikovaný KS algoritmus
• Náměty na cvičení
Fyzikální modelování
• generování zvuku na základě
matematického modelu
• soustava rovnic a algoritmů
popisující zdroj zvuku
• parametry pro popis materiálů a
uživatelských interakcí
Fyzikální modelování
Fyzikální modelování
• KLARINET
• délka tónu … 150 ms
• frekvence … 220 Hz
• tlak rtů … 70 %
• nárust (attack)… 200 ms
• vibráto … 5 Hz
• KYTARA• délka tónu … 1500 ms
• frekvence … 110 Hz
• místo drnknutí … 38 %
• poč.amplituda … 100 %
• útlum kobylky … 5 Hz
• tuhost strun … 5 %
Karplusův – Strongův alg.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-4
-2
0
2
4
cas [s]
am
plit
uda
Time
Fre
quency
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50
0.5
1
1.5
2
x 104
Karplusův – Strongův alg.
kytara
harfa
mandolína
klavír
bicí
Fyzikální modelování
Ukázky semestrálních prací
Juras Marek "Jeux interdits - romance"
Karplusův-Strongův algoritmus kytary (MathWorks)
Ženíšek Michal House of the rising sun od skupiny Animals
Karplusův-Strongův algoritmus
B2M31SYN – 12. přednáška
Pure Data
Audio syntézy v reálném čase
16. prosince 2020
6. ledna 2020
Prezentace semestrálních prací
Literatura
• Uvedený předmět nepokrývá žádná česká učebnice nebo
skriptum. Řadu užitečných informací lze nalézt v textech a na
webech zabývajících se číslicovým zpracováním signálů.
• Čmejla, R., Sovka, P.: Úvod do číslicového zpracování signálů.
Cvičení, Fakulta elektrotechnická
Vydáno: 1. vydání únor 2005, cena: 86 Kč, dotisk prosinec 2006,
cena 133 Kč
• Miranda, E.R.: Computer Sound Design, ISBN 0-240-51693-1,
Focal Press, Oxford, 2002.
