------------------------------------------------------------------- Číslicové audio efekty ------------------------------------------------------------------- Roman Čmejla, textová verze 11. přednášky ze SMS, 4.prosince 2017 OBSAH ------------------------------------------------------------- • Číslicové audio efekty – Hřebenové filtry – Fázovací filtry • Dozvuky – Konvoluční reverb – Schroederův algoritmus modelování dozvuku ------------------------------------------------------------------- Číslicové audio efekty • Filtrace - DP, HP, ekvalizace • Časově proměnné filtry - wah-wah, phaser, vibrato, flanger, chorus • Modulátory - kruhová modulace, tremolo (AM), vibráto (AM) • Nelineární zpracování — komprese, expeze, limitace, zkreslení • Efekty založené na časovém zpoždění - echo, reverb • Jednoduché číslicové FIR filtry - Filtr klouzavých průměrů y[n] = (x[n] + x[n - 1] + x[n - 1] + ... + x[n - N + 1])/N - FIR filtr se dvěma nulami - FIR filtr se třemi nulami - FIR filtry (klouzavý průměr a hřebenový filtr) - FIR filtry vyšších řádů • Hřebenový FIR filtr y[n] = x[n] + g • x[n - D] - realizace jednoduchých zpoždění - vstupní signál se zpožďuje o D vzorků (D = tau/fs) - zpožděný signál se tlumí koeficientem g a přidává se ke vstupnímu - diferenční rovnice: - špičky v amplitudové kmitočtové charakteristice jsou rovnoměrně rozprostřeny na frekvencích fs/N - jsou určeny pozicí nul a znaménkem g - úzká nepropustná pásma, široké špičky (propustná pásma) • Hřebenový IIR filtr y[n] = x[n] - g • y[n - D] - realizace nekonečných odrazů - exponenciálně tlumená impulzní charakteristika se využívá pro echo - útlum g ve zpětné vazbě - g < 1 z důvodů stability - široká nepropustná pásma, úzké špičky (propustná pásma) - rozmístění špiček je stejné jako u hřebenových FIR filtrů - diferenční rovnice: • Číslicový fázovací (all pass) filtr y[n] = g • y[n - D] - g • x[n] + g • x[n - D] - „All-pass“ filtr = hřebenový IIR filtr s přidanou dopřednou vazbou - přenosy FIR a IIR části filtru se navzájem kompenzují - amplitudová charakteristika je plochá (fázová však ne) - exponenciálně tlumená impulsní charakteristika - použití pro vytváření echo efektů • Dozvuky - přímá konvoluce audio signálu a zaznamenané impulsní charakteristiky prostoru klady: efektivní realizace dozvuku zápory: nelze nastavovat parametry výpočetně náročné - systémy složené ze zpožďovacích členů a z filtrů klady: velmi snadná změna parametrů simulace velkého rozsahu efektů (umělý/realistický) zápory: obtížnější nastavení reality • Konvoluční reverb Známe-li impulsní charakteristiku místnosti, pak dozvuk lze snadno vytvořit konvolucí impulsní charakteristiky a vstupního signálu - použití filtrů omezuje délka impulsní charakteristiky (několik stovek vzorků) - konvoluce se však snadno implementuje pomocí FFT - konvoluci dvou signálů v časové oblasti odpovídá násobení jejich Fourierových obrazů - Existují komerční konvoluční reverby (Altiverb) + řada syntezátorů má efekt konvoluční reverb (používá se imp.char. místností i nástrojů) • Volně stažitelné impulsní charakteristiky http://www.voxengo.com/impulses/ • Audio efekty založené na časovém zpoždění (dozvuky a echa) - 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) - 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) – Přímá vlna (bez odrazů) – přímá cesta k posluchači – První odrazy – Odražené vlny příchází 0,01-0,1 s po přímé vlně – Dozvuk - odrazy impulsu (exponenciální tlumení) – obsahuje tisíce pozdějších odrazů - stand.doba dozvuku -pokles o 60 dB - typický koncertní sál má dozvuk 1.5 - 3 sekundy - chrám sv. Víta až 8 s Zvukový efekt Zpoždění [s] 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 - hřebenové filtry: určují délku ozvěny (délka zpoždění je 10 až 50 ms; zapojují se paralelně) - all-pass filtry: „zahuštují a rozprostírají“ ozvěny (délka zpoždění je do 5 ms; zapojují se do kaskády) - realističtější modelování dozvuku - pracné nastavení parametrů modelu