Александр Загуменнов - Компьютерная обработка звука

Частотная коррекция

При восприятии музыки ее тембровая окраска играет большую роль. С появлением компьютерных технологий появилась возможность создавать и использовать звук любого тембра. Современные технологии позволяют избежать всех принципиальных тембровых ограничений.

Для частотной коррекции тембра широко применяются аппаратные эквалайзеры – устройства, позволяющие выборочно в определенных полосах частот усилить или ослабить частотные составляющие звука. Они имеют также программную реализацию и активно используются во всех рассматриваемых в книге программах.

Если использовать спектральное разложение (графическую форму представления звука, в которой по горизонтали отсчитываются гармонические составляющие сигнала, а по вертикали – их амплитуды), то многие частотные преобразования становятся фактически амплитудными преобразованиями спектра сигнала. Так, фильтрация – усиление или ослабление определенных полос частот – сводится к наложению на спектр соответствующей амплитудной огибающей. Однако частотную модуляцию таким образом представить нельзя: она выглядит как смещение всего спектра или его отдельных участков во времени по определенному правилу.

Для реализации частотных преобразований обычно применяется спектральное разложение по методу Фурье, которое требует значительных вычислительных ресурсов. Однако существует алгоритм быстрого преобразования Фурье, который выполняется в арифметике целых чисел и позволяет уже на младших моделях компьютеров с процессором Intel 80486 разворачивать с достаточной точностью в реальном времени спектр сигнала. Подробнее эту методику мы рассмотрим в разделе книги, посвященном спектральному анализу.

Фильтры и их характеристики

В зависимости от полосы пропускаемых частот фильтры подразделяются на фильтры низких частот (НЧ-фильтры), фильтры высоких частот (ВЧ-фильтры), полосно-пропускающие фильтры (полосовые фильтры) и полосно-задерживающие фильтры (режекторные фильтры). Соответствующие им амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) изображены на рис. 1.42.

Наряду с АЧХ фильтра значительный интерес представляет его фазово-частотная характеристика (ФЧХ), то есть сдвиг фазы выходного сигнала по отношению к входному в зависимости от частоты. Фаза важна потому, что сигнал, прошедший через фильтр без изменения амплитуды в полосе пропускания, может быть искажен по форме, если запаздывание при прохождении через фильтр не будет постоянным для различных частот. Постоянное время задержки (для всех частот) соответствует линейному изменению сдвига фазы в зависимости от частоты, поэтому фильтр с линейной фазой обеспечивает неискаженную передачу формы сигнала. ФЧХ различных фильтров показаны на том же рисунке. Графический эквалайзер в Sound Forge

При помощи Graphic EQ(Графический эквалайзер) можно усилить или ослабить сигнал в выбранных полосах частот, чтобы изменить частотный спектр сигнала.

Окно 10-полосного графического эквалайзера, изображенное на рис. 1.43, открывается из меню Process(Обработка) по команде EQ → Graphic.

Опция Name(Наименование) служит для загрузки стандартных (поставляемых с программой) или сохраненных пользователем предустановленных параметров диалогового окна. Конкретная предустановка выбирается из раскрывающегося списка.

Каждый из десяти ползунковых регуляторов в секции Gain(Усиление) позволяет усилить или ослабить уровень сигнала в определенной полосе частот. Под каждым регулятором указана средняя частота полосы, на которую он воздействует: 31 Гц, 62 Гц, 125 Гц, 250 Гц, 500 Гц, 1 кГц, 2 кГц, 4 кГц, 8 кГц и 16 кГц.

В зависимости от выставленных положений регуляторы воздействуют в каждой соответствующей полосе частот следующим образом:

+20 дБ – соответствует максимальному усилению;

0 дБ – сигнал не изменяется;

–60 дБ – максимальное ослабление.

Значениями в поле Accuracy(Точность) определяется соотношение между точностью фильтра и быстродействием обработки. Низкая точность не рекомендуется при фильтрации в узкой частотной полосе, в области низких частот и при использовании высокой частоты дискретизации. Доступны три степени точности: