Цифровой звук. Реальный мир стр.234

Относительные интенсивности спектральных составляющих определяют тональную окраску звука — тембр. Аудиосигналы различной формы имеют разный состав гармоник, начиная с синусоидального сигнала, который представляет собой тон основной частоты без каких-либо обертонов, до пилообразного сигнала, который содержит все обертоны (хотя чем выше номер гармоники, тем ниже ее амплитуда). Белый шум (многие генераторы создают и такой сигнал, хотя в некоторых синтезаторах для этого используется отдельный генератор шума) содержит не только все гармонические составляющие, но и составляющие всевозможных частот — теоретически белый шум имеет неограниченно широкий спектр.

В сигнале шума энергия равномерно распределена по всем частотам. Сигналы такого типа можно комбинировать с любыми другими сигналами или фильтровать, изменяя их спектр и, соответственно, тембр звучания. Начнем с того, что посмотрим (и послушаем) сигналы элементарной формы, чаще всего используемые в аналоговом синтезе.

Синусоидальное колебание

Синусоидальный сигнал (рис. 9.22) — это сигнал самой простой формы, чистый тон, лишенный обертонов. Поэтому звуковой сигнал такой формы лишен тембра. Поскольку мы привыкли слышать звук, спектр которого состоит из колебаний разных частот, синусоидальное колебание на слух воспринимается как невыразительный, лишенный индивидуальности звук. Такие сигналы используются, как правило, в качестве тестовых тонов при калибровке аудиоаппаратуры и программных инструментов. Некоторые акустические инструменты создают звук, близкий к чистому тону. Примерами могут служить металлофон, флейта, звучащая без вибрато, и ряд других инструментов, создающих чистые тоны.

Рис. 9.22. Синусоидальное колебание — это чистый тон, который звучит очень невыразительно

Синусоидальное колебание Гармоники. Отсутствуют.

На что похож звук. Чистый тон, похожий на звук флейты, звучащей без вибрато и звука выдоха; такой тон мы слышим при воспроизведении тестовых акустических сигналов.

Назначение. Путем комбинирования с тональными звуками других частот (или сигналами другой формы) можно синтезировать сложные тоны.

Познакомьтесь с этим звуком на практике. Выберите в меню установок приложения SoundSchool установку 28 — Basic Sine.

Синусоидальные колебания окружают нас повсюду

Чистое синусоидальное колебание звучит не очень впечатляюще, но путем комбинирования синусоидальных колебаний можно моделировать любой реальный звук. Обратимся к аналогии с волнами, создаваемыми на глади воды брошенными камешками. Бросим в воду один камешек — и по поверхности воды кругами разбегутся регулярные волны. Но если бросить горсть камешков, то вызванные ими волны будут накладываться друг на друга, создавая сложную картину колебаний. Каждый камешек создает волну простой, синусоидальной формы. Но при наложении этих простых волн друг на друга возникает эффект нерегулярных, бурных волн.

Теория этого эффекта не нова. Гениальный французский математик и физик Жан Батист Жозеф Фурье (Jean Baptiste Joseph Fourier) создал ее в 1800 году. Фурье предположил, что любая сложная периодическая функция (описывающая любое физическое явление или математическое построение, а не только звук) может быть разложена на гармонические составляющие. (Фурье был очень заметной фигурой в жизни Франции; он не только занимался, причем очень успешно, математикой и физикой, но также принимал участие в военных кампаниях Наполеона, управлял восточным Египтом и разработал теорию планетарного парникового эффекта.)