Спектры звуковых колебаний, гармонайзер

Натуральные звуки, с которыми мы сталкиваемся в жизни, практически никогда не бывают "чистыми" синусоидальными тонами, а являются созвучиями. Последнее означает, что источник вместе с основным колебанием излучает волны с частотами в 2, 3, 4, 5 и т.л. раз большими основной частоты. По принятой в музыкальной акустике терминологии эти колебания называются, соответственно, основным тоном и обертонами: 1-м, 2-м, 3-м, 4-м и т.д.

Основной тон определяет высоту звука, обертоны, накладываясь в определенных соотношениях, придают звуку специфическую окраску или, иными словами, присущий данному источнику тембр.

Итак, слушая музыку, мы воспринимаем не только громкость и высоту звука, но и нечто такое, что отличает звук от чистого тона. Этот признак - тембр. И если ощущение громкости или высоты имеет вполне однозначные признаки, характеризующие данный звук: громче - тише или выше - ниже, то у тембра, напротив, бесчисленное множество характеристик, соответствующих многообразию состава тонов, которые образуют созвучие. Ни в одном языке мира, а также в научной и инженерной терминологии нет таких слов, которыми можно было бы достаточно точно охарактеризовать такие понятия как, например, тембр скрипки или тембр голоса певца. Здесь часто прибегают к метафорам типа: "жесткий тембр", "бархатистый тембр", "глухой тембр" и т.п.

Объяснение причин таково многообразия тембров различных инструментов и человеческих голосов не было бы исчерпывающим, если не затронуть процессы возникновения и нарастания звуков, при их извлечении, и их затухания. Дело в том, что любой звук, возникает и устанавливается на каком-то определённом "стационарном" уровне не мгновенно и затухает он так же постепенно, за определённый промежуток времени. Процесс нарастания звука, до какого то установившегося, стационарного режима, и процесс его затухания, называют нестационарными процессами. От продолжительности нарастания ("атаки") и затухания звука, а также от формы огибающей нестационарных процессов существенно зависит окраска звука, его тембр.

Гармонайзер (harmonizer) – это генератор гармоник, устройство, которое берёт входной сигнал и добавляет к нему дополнительные партии, "гармоники". Эти партии представляют собой тот же входной сигнал, но сдвигаемый по частоте по определенному алгоритму. Например, гармонайзер может добавлять дополнительную партию в октаву (или две) выше или ниже, чем входной сигнал, а также в унисон.

Гармонайзер анализирует основные тона нот в одноголосной мелодической последовательности и надстраивает над ними заданные пользователем интервалы – терции, кварты, квинты и т.д. Получается аккордовое звучание, довольно реалистичное за счет добавления микроизменений отдельных звуков по высоте. Pitch shifter транспонирует (то есть поднимает или понижает) каждую ноту на заранее определенный интервал. Например, Pitch shifter, предустановленный на смещение на интервал кварты, поднимает каждую ноту на четыре диатонических интервала выше фактически исполняемой ноты.

Эксайтер (от англ. Exciter), также называемый гармонический возбудитель (harmonic exciter), психоакустический процессор (psychoacoustic processor), энхансер (enhancer) и акустический возбудитель (aural exciter) - это устройство обработки, используемое для гармонического синтеза высокочастотных сигналов, с помощью тонких гармонических искажений. 

Данный гармонический синтез заключается в создании высших гармоник на основе более низких частот сигнала. Обычно шум присутствует в различных частотных полосах в неодинаковых количествах, и гармоники, полученные от чистой полосы частот, будут более чёткими. Реже эксайтеры (энхансеры) используются для синтеза низкочастотных гармоник, в целях имитации глубокого баса. 

Первоначально эксайтеры изготавливались на основе ламповых усилителей, но в настоящее время они существуют и в виде цифровых процессоров. 

Эксайтеры и энхансеры используются для того, чтобы изменять тональные качества звука. Но, в отличие от эквалайзера, который просто усиливает или ослабляет частоту, имеющуюся в сигнале, энхансеры могут создавать новые гармоники. 

Тонкая обработка эксайтером, при его грамотном применении, даёт ощущение прозрачности и повышение разборчивости звучания. Хотя непонимание процесса эксайтирования может привести к довольно плачевным результатам. Например, эксайтером нет смысла обрабатывать орган или медные духовые инструменты, которые характеризуются линейчатым спектром основных тонов. Эксайтирование инструмента, по своей природе не имеющего обертонов, может вызвать весьма неожиданный и чаще всего неприятный эффект. 

Эксайтеры, как правило, создают гармоники, кратные 2, (2, 4, 8...), что по слуховым ощущениям придаёт четкость и большую внятность звуку, "объёмность" и "теплоту". Притом, что общая громкость остаётся прежней. Отличием от гармонайзеров, которые, как правило, создают гармоники на всей полосе звукового сигнала, эксайтеры дают возможность выбирать частоты обогащения. 

Но эксайтеры обладают и обратным негативным свойством: при длительном прослушивании у слушателя возникает желание постоянного увеличения насыщенности звука гармониками, так что после некоторого времени при слушании звука без эксайтера, запись, сделанная с его участием, может показаться перенасыщенной "кашей". 

Читать далее