Podstawowe właściwości dźwięku

Jeśli chcesz tworzyć dźwięki i poświęcić temu swój czas, tworzyć różne środowiska audio w postaci muzyki, efektów dźwiękowych, treści audiowizualnych i wszystkich możliwych zastosowań audio w życiu, pragniesz zostać profesjonalistą w dziedzinie projektowania dźwięku lub inżynierem dźwięku, przyjrzyjmy się podstawowej definicji tego, czym jest dźwięk. Ta wiedza jest ważna dla zrozumienia podstaw i nauki techniki pracy z dźwiękiem. Jako rzeźbiarz tego szczególnego środowiska musisz znać swój materiał, a charakterystyczną cechą jest umiejętność lepszego manipulowania nim i nadawania swoim pomysłom pożądanego kształtu.

W najszerszym sensie dźwięk jest falą ciśnienia, która jest wytwarzana przez wibrujący obiekt i rozprzestrzenia się w jakimś medium.

Fale wibracyjne przemieszczają się przez powietrze lub dowolne medium (ciało stałe, ciecz lub gaz), wywołując mechaniczne drgania jego cząstek.

W bardziej subiektywnym sensie dźwięk jest postrzeganiem tych wibracji przez specjalne zmysły zwierząt lub ludzi. Różnorodność dźwięków, które słyszymy, wynika z różnych właściwości fali dźwiękowej, w której się rozchodzi, oraz kombinacji tych parametrów.

Poniżej przedstawiono podstawowe cechy dźwięku na przykładzie prostej fali sinusoidalnej:

1. Częstotliwość, która dla ludzkiego ucha jest postrzegana jako dźwięk niski lub wysoki

Niska częstotliwość (bas)

Wysoka częstotliwość (wysoki dźwięk)

Fala może wytworzyć wiele cykli w ciągu jednej sekundy, a liczba tych cykli nazywana jest częstotliwością fali. Ponieważ fala jest wytwarzana przez wibrujące ciało, wibrujące ciało ma taką samą charakterystykę – częstotliwość. Częstotliwość fali dźwiękowej mierzy się w hercach.

To samo dotyczy ciała wibrującego. Jedna pełna wibracja wytwarza jeden pełny cykl fali. Jeśli w ciągu sekundy wytworzonych zostanie 50 wibracji, możemy powiedzieć, że częstotliwość fali wynosi 50 Hz, czyli 50 cykli na sekundę. Oznacza to, że 1 Hz jest równe 1 wibracji na sekundę.

Ciekawostką jest fakt, że przejście fali przez różne substancje nie wpływa na częstotliwość fali i nie zmienia jej, pozostaje ona stała.

Częstotliwość fali jest taka sama jak częstotliwość ciała wibrującego, które wytwarza falę. Gdy wibracje są szybkie, większa jednostka częstotliwości jest znana jako kiloherc (kHz), czyli 1 kHz = 1000 Hz. W przypadku dźwięku mamy do czynienia głównie z zakresem częstotliwości i zmianami, które brzmią jednocześnie, tworząc charakter dźwięku o różnych tonach, harmonicznych.

Zdrowe ludzkie ucho może odbierać dźwięki w zakresie od 16 Hz do 20 kHz. Dźwięki o częstotliwości poniżej 20 Hz nazywane są infradźwiękami, a dźwięki o częstotliwości powyżej 20 kHz, które normalne ludzkie ucho może odbierać, nazywane są ultradźwiękami.

2. Amplituda jest kolejną cechą charakterystyczną fali dźwiękowej, która dla ludzkiego ucha przejawia się w postaci głośności. Częstotliwość odzwierciedla szybkość fal, natomiast amplituda określa ich wysokość (lub niskość). W życiu codziennym głośność dźwięku mierzy się w jednostkach zwanych decybelami (dB). Im wyższy poziom decybeli, tym głośniejszy dźwięk.

Niska amplituda (niska głośność)

Wysoka amplituda (wysoka głośność)

Czas trwania dźwięku to czas, przez jaki dźwięk trwa od pewnego poziomu głośności początkowej do 0 dB. Jest to więc sekwencja amplitud dowolnego dźwięku od punktu początkowego do 0.

4. Barwa to cecha charakterystyczna samego dźwięku, jego jakość. To właśnie sprawia, że dwa różne instrumenty muzyczne brzmią inaczej, nawet jeśli każdy z nich gra tę samą nutę, z dokładnie taką samą głośnością. Przez „granie tej samej nuty” rozumiemy, że instrumenty mają tę samą wysokość (częstotliwość) i głośność. Wspominając ponownie o częstotliwości, należy dodać, że to ona określa ton (wysokość) nuty, która jest grana.

Kiedy nuta jest grana na dowolnym instrumencie, słyszymy ton główny i inne subtelne tony, które grają na innych wysokościach, są to harmoniczne. Niższe od głównego tonu nazywane są tonami podtonowymi, a wyższe tonami nadtonowymi. Suma wszystkich tych częstotliwości jest postrzegana przez nasze uszy jako dźwięk konkretnego instrumentu.

Jeśli chodzi o syntezę dźwięku, która jest techniką generowania pożądanego dźwięku od podstaw, konieczne jest zapoznanie się z najczęściej spotykanymi kształtami fal. Tak, fale dźwiękowe mogą przybierać różne kształty, a ponieważ dźwięk jest produktem fali, kształt fali decyduje o barwie, fakturze i harmonii wytworzonego dźwięku. Proces syntezy dźwięku polega na nadawaniu fali określonych kształtów, mieszaniu jej lub przepuszczaniu przez obwiednie, filtry i efekty. Może to być zupełnie nowy dźwięk, który wyobraził sobie projektant lub producent muzyczny, lub dowolny dźwięk, który chce odtworzyć. W tym celu można użyć sprzętu elektronicznego lub oprogramowania. W Amped Studio masz do wyboru syntezatory online, dzięki którym możesz eksperymentować, grać i tworzyć własne, unikalne dźwięki.

1. Fala sinusoidalna

Sin jest najprostszą i najbardziej podstawową, najczystszą formą fali, zajmuje tylko jedną częstotliwość. Wszystkie formy fal są zbudowane na jej podstawie.

Czasami zdarza się, że niektóre syntezatory subtraktywne nie zawierają jej jako podstawowej formy fali, ponieważ zajmuje ona tylko jedną częstotliwość i nie spełnia warunku subtraktywnego, ponieważ nie ma od czego odejmować. Fala sinusoidalna może być łatwo utworzona poprzez przepuszczenie fali trójkątnej przez filtr dolnoprzepustowy.

2. Fala trójkątna

Brzmi bardzo podobnie do sinusoidy, z tą różnicą, że ma nieco więcej dodatkowych częstotliwości powyżej niej. Częstotliwości zawierają tylko nieparzyste harmoniczne, takie same jak w fali prostokątnej. Oznacza to, że mają one ton podstawowy, trzecią harmoniczną, piątą harmoniczną, siódmą harmoniczną i tak dalej. Harmonie te „zanikają” w miarę oddalania się od częstotliwości podstawowej. Różnica między falą trójkątną a falą prostokątną polega jednak na tym, że harmoniczne zanikają szybciej niż w przypadku fali prostokątnej.

3. Fala prostokątna

Nazywana również falą impulsową, ponieważ można ją kontrolować za pomocą modulacji szerokości impulsu. Modulacja szerokości impulsu (lub PWM) kontroluje odstępy między „kwadratami”.

Są one podobne do fali trójkątnej. Są tworzone i zawierają tylko wszystkie nieparzyste harmoniczne (3., 5., 7. itd.), ale z wyższymi harmonicznymi, które trwają znacznie dłużej niż w przypadku fali trójkątnej.

4. Fala piłokształtna

Jak widać na zdjęciu, wygląda ona częściowo podobnie do fali prostokątnej, ale jest tworzona zarówno z harmonicznych parzystych, jak i nieparzystych. Ze względu na bogactwo harmonicznych fala piłokształtna jest najczęściej stosowanym kształtem fali. Wiele dźwięków jest tworzonych w oparciu o ten kształt fali.

1. Fala szumu

Każdy słyszał dźwięk telewizora lub radia, które nie zostały dostrojone – brzmi on jak „Shshshsh”. Dokładnie tak brzmi fala szumu. Dzieje się tak, ponieważ wiele całkowicie losowych częstotliwości rozkłada się na całej długości. Szum jest szeroko stosowany przez projektantów dźwięku do tworzenia wszystkiego, od klaskania, przemiatania, hi-hatów, dodawania wysokich tonów do syntezatorów i wielu innych rzeczy.

Jak zawsze podkreślamy, ważne jest eksperymentowanie. Można użyć dowolnego kształtu fali do stworzenia dowolnego rodzaju dźwięku, w zależności od pomysłu i obrazu dźwiękowego. Ogólne zastosowanie może wyglądać następująco:

• Lead: prostokątna, piła;
• Pad: prostokątna, piłokształtna;
• Bas: trójkąt, prostokąt, piła;
• Sub-bas: sinusoidalna, trójkątna.

Podstawową prawdą dotyczącą dźwięku jest to, że istnieją tylko dwie zmienne: czas i przemieszczenie cząstek. Możemy stworzyć dowolny dźwięk, po prostu przemieszczając cząsteczki powietrza w odpowiedniej ilości i w odpowiednim czasie. Oprogramowanie syntezatora wykorzystuje odpowiednie metody matematyczne, aby wytworzyć właściwe przemieszczenie w odpowiednim czasie, dając nam zarówno harmoniczne związane z określonymi przebiegami, jak i dodatkowe fale potrzebne do utworzenia akordów.

Opisywanie dźwięku i zajmowanie się syntezą jest również niezbędne do przeanalizowania takich właściwości kształtu fali, jak obwiednia fazowa (ADSR).

Faza

Jak wspomniano powyżej, przebiegi audio są cykliczne, to znaczy przebiegają w regularnych cyklach lub powtórzeniach. Faza to wielkość przesunięcia zastosowanego do fali, mierzona w stopniach, i jest definiowana jako odległość danego przebiegu od początku cyklu.

Podczas miksowania dwóch przebiegów, jeśli przebiegi te są „poza fazą” lub opóźnione względem siebie, w wynikowym sygnale audio nastąpi pewne wygaszenie. Wielkość wygaszenia i częstotliwości, na których występuje, zależą od przebiegów i stopnia ich przesunięcia fazowego (dwa identyczne przebiegi, przesunięte o 180 stopni, wygaszą się całkowicie).

Fale o tym samym kształcie sinusoidalnym, przesunięte o 90 stopni, spowodują wygaszenie 50% wynikowej głośności.

Fale o tym samym kształcie sinusoidalnym, przesunięte o 180 stopni, spowodują całkowite wyciszenie dźwięku.

Obwiednia określa zachowanie dźwięku w czasie. Obejmuje ona 4 odrębne cechy dźwięku (ADSR).

ADSR oznacza Attack, Decay, Sustain i Release. Te parametry obwiedni (ADSR) pozwalają nam kontrolować amplitudę naszej fali w czasie.

Jeśli korzystasz z syntezatora VOLT w Amped Studio, możesz zobaczyć sekcję Envelope, która pozwala manipulować parametrami ADSR i syntetyzować własne dźwięki. Przyjrzyjmy się jej pokrótce.

A – Atak

Po naciśnięciu dowolnej nuty na syntezatorze, pierwszym etapem, który jest uruchamiany, jest atak. Sekcja ataku wizualizuje nam, ile czasu zajmuje dźwiękowi osiągnięcie maksymalnego poziomu głośności po naciśnięciu klawisza.

Oto przykład ustawienia dźwięku z krótkim atakiem. Po naciśnięciu klawisza natychmiast słychać dźwięk, co oznacza, że atak wynosi 0.

Następny przykład przedstawia długi atak. Po naciśnięciu klawisza dźwięk osiąga maksymalną głośność po 33 ms. Atak jest ustawiony na 33 ms.

Kolejne trzy właściwości: zanik, podtrzymanie i zwolnienie są uruchamiane w ten sam sposób i oznaczone na interfejsie syntezatora odpowiednio jako D, S i R.

D-Decay

Po zakończeniu etapu sekcji Attack następuje sekcja Decay. W sekcji Decay głośność dźwięku zmniejsza się do poziomu Sustain w ciągu pewnego czasu, więc w rzeczywistości decay odpowiada za długość spadku.

S-Sustain

Poziom, na którym dźwięk pozostanie po naciśnięciu i przytrzymaniu klawisza po przejściu przez etap zaniku.

R-Release

Release to czas potrzebny do całkowitego wyciszenia dźwięku. Ostatni etap obwiedni. Etap ten aktywuje się po zwolnieniu klawisza.

Release wynika z sustain; jeśli nie ma sustain, nie ma release. Kontrolując atak, zanik, sustain i release fali dźwiękowej, można naprawdę zmienić jej barwę.

Oto bardziej szczegółowa recenzja syntezatora online VOLT, wygodnego i skutecznego w użyciu, pozwalającego zrealizować Twoje pomysły audio.

Podsumowanie

Dźwięk jest formą energii i informacji. Praca z dźwiękiem to subtelna praca z delikatną energią. Wibracje te są niezbędne dla ludzi. Odpowiedni dźwięk skierowany do odpowiedniej osoby w odpowiednim czasie może być bardzo potężnym narzędziem komunikacji, a komunikacja audio jest czasami skuteczniejsza niż komunikacja wizualna. Znajomość dźwięku ma fundamentalne znaczenie dla muzyków, projektantów dźwięku i inżynierów audio.