Fundamentele kenmerken van geluid

Als je graag geluiden creëert en daar je tijd aan wilt besteden, verschillende audio-omgevingen wilt creëren in de vorm van muziek, geluidseffecten, audiovisuele content en alle mogelijke toepassingen van audio in het dagelijks leven, en je wilt een professional worden in geluidsontwerp of geluidstechniek, laten we dan eens kijken naar de fundamentele definitie van wat geluid is. Deze kennis is belangrijk om de basis te begrijpen en de techniek van het werken met audio te leren. Als beeldhouwer van deze speciale omgeving moet je je materiaal kennen en is het kenmerkend dat je het beter kunt manipuleren en je idee de gewenste vorm kunt geven.

In de breedste zin van het woord is geluid een drukgolf die wordt gecreëerd door een trillend object en zich verspreidt in een bepaald medium.

Trillingsgolven verplaatsen zich door de lucht of een ander medium (vast, vloeibaar of gas) en veroorzaken een mechanische trilling van de deeltjes daarvan.

In meer subjectieve zin is geluid de waarneming van deze trillingen door de speciale zintuigen van dieren of mensen. De verscheidenheid aan geluiden die we horen, wordt bepaald door verschillende kenmerken van een geluidsgolf waarin deze zich voortbeweegt en combinaties van deze parameters.

Toon deze kernkenmerken van geluid hieronder aan de hand van een voorbeeld van een eenvoudige sinusgolf:

1. Frequentie, die voor het menselijk oor als een laag of hoog geluid wordt waargenomen

Lage frequentie (bas)

Hoge frequentie (piep)

Een golf kan vele cycli per seconde produceren. Het aantal cycli wordt de frequentie van de golf genoemd. Aangezien de golf wordt geproduceerd door een trillend lichaam, heeft het trillende lichaam dezelfde eigenschap: frequentie. De frequentie van de geluidsgolf wordt gemeten in hertz.

Hetzelfde geldt voor een trillend lichaam. Eén volledige trilling produceert één volledige golfcyclus. Als er per seconde 50 trillingen worden geproduceerd, kunnen we zeggen dat de frequentie van een golf 50 Hz is, dat wil zeggen 50 cycli per seconde. Dat wil zeggen dat 1 Hz gelijk is aan 1 trilling per tijdseenheid.

Een interessant feit is dat het passeren van een golf door verschillende stoffen geen invloed heeft op de golffrequentie en deze niet verandert, deze blijft constant.

De frequentie van een golf is gelijk aan de frequentie van het trillende lichaam dat de golf produceert. Wanneer trillingen snel zijn, wordt een grotere frequentie-eenheid kilohertz (kHz) genoemd, dat wil zeggen 1 kHz = 1000 Hz. Bij audio hebben we voornamelijk te maken met een reeks frequenties en variaties die tegelijkertijd klinken en zo verschillende tonen en harmonischen creëren.

Een gezond menselijk oor kan geluiden waarnemen in een bereik van 16 Hz tot 20 kHz. Geluid met een frequentie onder 20 Hz wordt infrageluid genoemd, en geluid met een frequentie boven het niveau van 20 kHz dat het normale menselijke oor kan waarnemen, wordt ultrasoon geluid genoemd.

2. Amplitude is een andere eigenschap van een geluidsgolf, die voor het menselijk oor hoorbaar is als volume. Terwijl de frequentie aangeeft hoe snel de golven zijn, geeft de amplitude aan hoe hoog (of laag) de golven zijn. In het dagelijks leven wordt het volume van een geluid gemeten in eenheden die decibel (dB) worden genoemd. Hoe hoger het decibelniveau, hoe luider het geluid.

Lage amplitude (laag volume)

Hoge amplitude (hoog volume)

De duur van geluid is de tijd dat geluiden duren vanaf een bepaald startvolumniveau tot 0 dB. Het is dus eigenlijk een reeks amplitudes van elk geluid vanaf het startpunt tot 0.

4. Timbre is een eigenaardigheid van een geluid zelf, het is een geluidskwaliteit. Dit is wat ervoor zorgt dat twee verschillende muziekinstrumenten anders klinken, zelfs wanneer elk instrument dezelfde muzieknoot speelt, met exact hetzelfde volume. Met "dezelfde noot spelen" bedoelen we dat instrumenten dezelfde toonhoogte (frequentie) en luidheid hebben. Als we het weer over frequentie hebben, moeten we eraan toevoegen dat frequentie de toon (toonhoogte) bepaalt, een noot waarop het geluid wordt gespeeld.

Wanneer de noot op een instrument wordt gespeeld, horen we de hoofdtoon en andere subtiele tonen die op andere toonhoogtes worden gespeeld, dit zijn harmonischen. Tonnen met een lagere toonhoogte dan de hoofdtoon worden subtonen genoemd, en tonen met een hogere toonhoogte worden boventonen genoemd. De som van al deze frequenties wordt door onze oren waargenomen als het geluid van een bepaald instrument.

Als het gaat om geluidssynthese, waarbij geluidssynthese de techniek is om vanuit het niets het gewenste geluid te genereren, is het noodzakelijk om vertrouwd te raken met de meest voorkomende golfvormen. Ja, geluidsgolven kunnen verschillende vormen aannemen en aangezien geluid een product is van een golf, bepaalt de golfvorm de kleur, textuur en harmonische van het geproduceerde geluid. Het proces van audiosynthese is gebaseerd op het geven van bepaalde vormen aan een golf, het mengen ervan of het doorlopen van envelopes, filters en effecten. Het kan een volledig nieuw geluid zijn dat de ontwerper of muziekproducent zich heeft voorgesteld, of elk geluid dat hij wil reproduceren. Hiervoor kan elektronische hardware of software worden gebruikt. In Amped Studio heb je de keuze uit online synthesizers om mee te experimenteren, te spelen en je eigen unieke geluiden te creëren.

1. Sinusgolf

De Sin is de meest eenvoudige en basale, puurste golfvorm, die slechts één frequentie beslaat. Alle golfvormen zijn hieruit opgebouwd.

Soms komt het voor dat sommige subtractieve synthesizers deze niet als basisgolfvorm bevatten, omdat deze slechts één frequentie beslaat en niet voldoet aan een subtractieve voorwaarde: er is niets om van af te trekken. Het Sin-golftype kan eenvoudig worden gecreëerd door een driehoekige golf laagdoorlaatbaar te maken.

2. Driehoekige golf

Deze klinkt erg vergelijkbaar met een sinusgolf, behalve dat hij iets meer extra frequenties boven zich heeft. De frequenties bevatten alleen oneven harmonischen, dezelfde die je ook in de blokgolf vindt. Dat betekent dat ze de grondtoon, de 3e harmonische, de 5e harmonische, de 7e harmonische, enzovoort hebben. Deze harmonischen "nemen af" naarmate je verder van de grondfrequentie verwijderd raakt. Maar het verschil tussen een driehoekige golf en een blokgolf is dat de harmonischen sneller afnemen dan die van een blokgolf.

3. Blokgolf

Ook wel pulsgolfvorm genoemd, omdat ze kunnen worden geregeld door middel van pulsbreedtemodulatie. Pulsbreedtemodulatie (of PWM) regelt de afstand tussen de 'vierkanten'.

Ze lijken op een driehoekige golf. Ze worden gemaakt en bevatten alleen alle oneven harmonischen (3e, 5e, 7e, enz.), maar met de hogere harmonischen die veel langer duren dan die van een driehoek.

4. Zaagvormige golf

Zoals u op de afbeelding kunt zien, lijkt deze gedeeltelijk op een blokgolf, maar hij wordt gemaakt met zowel even als oneven harmonischen. Omdat hij rijk is aan harmonischen, is de zaagvorm de meest voorkomende golfvorm die op grote schaal wordt gebruikt. Veel geluiden worden gemaakt op basis van die golfvorm.

1. Ruisgolf

Iedereen heeft wel eens het geluid gehoord van een tv of radio die niet is afgestemd, het klinkt als "Shshshsh". Dat is precies hoe de ruisgolfvorm klinkt. Dat komt omdat er veel volledig willekeurige frequenties over het geheel verspreid zijn. Ruis wordt veel gebruikt door geluidsontwerpers bij het maken van klappen, sweeps, hi-hats, het toevoegen van top-end aan synthesizers en nog veel meer.

Zoals we altijd zeggen, is het belangrijk om te experimenteren. Je kunt elke golfvorm gebruiken om elk type geluid te maken, afhankelijk van je idee en audiobeeld. Het algemene gebruik kan als volgt zijn:

• Lead: Square, Saw;
• Pad: Square, Saw;
• Bassen: driehoek, vierkant, zaag;
• Subbas: sinus, driehoek.

Een fundamentele waarheid over geluid is dat er slechts twee variabelen zijn: tijd en verplaatsing van deeltjes. We kunnen elk denkbaar geluid creëren door simpelweg luchtmoleculen op het juiste moment in de juiste mate te verplaatsen. Synthesizersoftware gebruikt de juiste wiskundige methoden om op het juiste moment de juiste verplaatsing te produceren, zodat we zowel de harmonischen krijgen die bij bepaalde golfvormen horen als de extra golven die nodig zijn om akkoorden te vormen.

Het beschrijven van een geluid en het omgaan met synthese is ook essentieel om eigenschappen van de golfvorm, zoals fase-envelop (ADSR), te beoordelen.

Fase

Zoals hierboven vermeld, zijn audiogolfvormen cyclisch, dat wil zeggen dat ze regelmatige cycli of herhalingen doorlopen. Fase is de hoeveelheid verschuiving die op een golf wordt toegepast, gemeten in graden, en wordt gedefinieerd als hoe ver een bepaalde golfvorm zich in zijn cyclus bevindt.

Bij het mixen van twee golfvormen, als deze golfvormen "uit fase" zijn, of ten opzichte van elkaar vertraagd, zal er enige annulering optreden in de resulterende audio. Hoeveel annulering er optreedt en bij welke frequenties, hangt af van de betrokken golfvormen en hoe ver ze uit fase zijn (twee identieke golfvormen, 180 graden uit fase, zullen elkaar volledig annuleren).

Golfformen met dezelfde sinusvorm die 90 graden uit fase zijn, zullen het resulterende volume voor 50% annuleren.

Golfformen met dezelfde sinusvorm die 180 graden uit fase zijn, zullen resulteren in geen geluid, omdat het volume volledig wordt geannuleerd.

De envelope bepaalt hoe een geluid zich in de tijd gedraagt. Deze omvat 4 afzonderlijke kenmerken van een geluid (ADSR).

ADSR staat voor Attack, Decay, Sustain en Release. Met deze parameters van de (ADSR) envelop kunnen we de amplitude van onze golfvorm in de loop van de tijd regelen.

Als je een VOLT-synthesizer van Amped Studio gebruikt, zie je een Envelope-sectie waarmee je ADSR-parameters kunt manipuleren en je eigen geluid kunt synthetiseren. Laten we daar even naar kijken.

A – Attack

Wanneer je een toets op de synthesizer indrukt, wordt eerst de Attack geactiveerd. De Attack-sectie laat zien hoe lang het duurt voordat een geluid zijn maximale volumeniveau bereikt wanneer een toets wordt ingedrukt.

Hier is een voorbeeld van het instellen van een geluid met een korte attack. Wanneer je de toets indrukt, hoor je het geluid onmiddellijk, wat betekent dat de attack op 0 staat.

Hieronder volgt een voorbeeld van een lange attack. Wanneer je een toets indrukt, duurt het 33 ms voordat het geluid zijn maximale luidheid bereikt. De attack is namelijk ingesteld op 33 ms.

De volgende drie eigenschappen, Decay, Sustain en Release, worden op dezelfde manier geactiveerd en op de synthesizerinterface aangeduid met respectievelijk D, S en R.

D-Decay

Wanneer de fase van de Attack-sectie is voltooid, volgt de Decay. In een Decay-sectie neemt het geluidsvolume gedurende een bepaalde periode af tot het niveau van Sustain, dus eigenlijk is decay verantwoordelijk voor de duur van de afname.

S-Sustain

Het niveau waarop het geluid blijft terwijl een toets ingedrukt wordt gehouden nadat de Decay-fase is gepasseerd.

R-Release

Release is de tijd die het duurt voordat het geluidsvolume volledig is afgenomen tot stilte. De laatste fase in de envelop. Deze fase wordt actief wanneer we de toets loslaten.

Release komt voort uit sustain; als er geen sustain is, is er ook geen release. Door de attack, decay, sustain en release van een golfvorm te regelen, kunt u het timbre echt veranderen.

Hier volgt een meer gedetailleerd overzicht van de VOLT online synthesizer, handig en effectief in gebruik om uw audio-ideeën te realiseren.

Tot slot

Geluid is een vorm van energie en informatie. Werken met geluid is subtiel werken met fijne energie. Deze trillingen zijn essentieel voor de mens. Het juiste geluid voor de juiste persoon op het juiste moment kan een zeer krachtig communicatiemiddel zijn en audiocommunicatie is soms effectiever dan visuele communicatie. Kennis van geluid is van fundamenteel belang voor muzikanten, geluidsontwerpers en geluidstechnici.