Способы синтеза звука
Для синтеза
звука с помощью компьютера используются принципы, которые были разработаны для
музыкальных синтезаторов. В них, чтобы сформировать звук, синусоидальный сигнал
от генератора подвергается искажению, моделируя естественное звучание различных
инструментов.
При ударе
по клавише пианино или щипке струны гитары металлическая струна, которая генерирует
звук, создает сигнал замысловатой формы. На рис. показаны основные фазы
звукового сигнала.
Первая фаза
— это атака, когда звук быстро нарастает. Во второй фазе — поддержке — наблюдаются
устоявшиеся колебания основного тона (ноты). В конце звучания сигнал затухает
до нуля. Все эти изменения сигнала носят название — амплитудная модуляция.
Заметим, что
хотя частота ноты считается неизменной, но в начале и конце звука наблюдаются
незначительные колебания основной частоты. При синтезе музыки для создания эффекта
качания частоты основного тона используют подмешивание дополнительной частоты
от 0 до 5—10 Гц (принцип частотной модуляции).
Дополнительно
суммарный звуковой сигнал может быть подвергнут обработке для создания различных
эффектов, например эха (реверберация) или хора (хорус).
В звуковых
картах наиболее часто используют два способа синтеза звука: FM- и WT-синтез.
В наиболее
дешевых звуковых картах применяется только FM-синтез (Frequency Modulation Synthesis).
В этом случае по FM-алгоритму из простых синусоидальных колебаний, применяя
амплитудную и частотную модуляцию, формируют стандартные ноты, которым дополнительно
придают окраску, присущую тому или иному инструменту. Так как этот способ является
попыткой чисто "механическим" путем смоделировать настоящие инструменты,
причем наиболее простым и дешевым способом, то в большинстве случаев тембр выходного
сигнала не слишком благозвучен.
Для создания
более реалистического и качественного звука используют синтезаторы, которые
формируют выходной сигнал на основе образцов — таблицы волн (WT-синтез). То
есть заранее создаются образцы звуков, оцифровывая звучание реальных музыкальных
инструментов или звуков различной природы, например выстрела. В памяти синтезатора
хранятся образцы звуков — сэмплы (от англ, samples — пример),
которые при создании мелодии воспроизводятся с различной скоростью, моделируя
все октавы. Красота звука у таких синтезаторов зависит от размеров таблицы волн
(объема памяти, установленной на звуковой карте).
По мере развития
микропроцессоров в синтезаторах стали использовать метод математического моделирования
звукообразования реальных инструментов. Этот метод требует больших вычислительных
мощностей, поэтому чаще всего математические расчеты возлагаются на центральный
процессор компьютера или процессор встраивается в MIDI-клавиатуру или музыкальный
синтезатор.
