что такое decay в музыке

23.09.202329.09.2023 admin 0 Comments

Что такое decay в музыке

ADSR-огибающая позволяет описывать подобные изменения с помощью небольшого числа параметров, описывающих четыре разных стадий огибающей. Название ADSR является сокращением от названий каждой из этих стадий (Attack-Decay-Sustain-Release).

Основные сведения [ править ]

ADSR-Огибающая (изменение амплитуды звукового сигнала при постоянной частоте) — важная характеристика звука, издаваемого музыкальными инструментами, являющаяся определяющей для «опознания» музыкального инструмента. На огибающей выделяют четыре основных участка (стадии):

Атака (eng.: Attack, A) — период начального нарастания громкости сигнала.

Спад (eng.: Decay, D) — период ослабления сигнала после начального нарастания.

Задержка (eng.: Sustain, S) — уровень постоянной силы сигнала.

Затухание (eng.: Release, R) — период окончательного затухания сигнала.

По первым буквам английских названий участков огибающей её иногда обозначают как ADSR.

В зависимости от звукового инструмента, в огибающей могут быть представлены не все участки огибающей. Например, для фортепиано очень чётко выражены все четыре участка, а для флейты можно пренебречь всеми, кроме плато.

Из-за нелинейности начальных и конечных участков звука для достоверной оцифровки требуется частота дискретизации в 5 раз превышающая частоту звука.[1]

Параметры ADSR [ править ]

ADSR огибающая является лишь первым приближением при моделировании реальных инструментов. Современные синтезаторы имеют более совершенные типы огибающих.

Альтернативные существующие варианты [ править ]

Альтернативой описанной выше стандартной 4-х стадийной огибающей может быть огибающая с большим количеством стадий.

Например, 6-ти стадийная ADBSSR-огибающая, где:

1. Атака (eng.: Attack, A) — время, за которое значение регулируемого параметра звука нарастает до некоторой (возможно, но необязательно максимальной) величины.

2. Спад (eng.: Decay, D) — время, за которое значение регулируемого параметра звука уменьшается после начального нарастания до некоторой (возможно, но необязательно нулевой) величины.

3. Точка перелома (eng.: BreakPoint, B) — значение регулируемого параметра звука, в котором стадия Спада сменяется стадией Уклона.

4. Уклон (eng.: Slope, S) — время, за которое значение регулируемого параметра звука нарастает/продолжает уменьшаться (после стадии Спада) до некоторой величины. Или время, в течение которого значение регулируемого параметра остается в значении, установленном для Точки перелома. В последнем случае стадия Уклона может рассматриваться как дополнительная стадия Задержки.

5. Задержка (eng.: Sustain, S) — некоторое значение регулируемого параметра звука, сохраняющееся в установленном состоянии до момента, когда будет отпущена клавиша.

6. Затухание (eng.: Release, R) — время, за которое, после того как клавиша будет отпущена, значение регулируемого параметра звука окончательно уменьшается до нуля.

Источник

Что такое decay в музыке

decay — ► VERB 1) rot through the action of bacteria and fungi. 2) decline in quality or vigour. 3) Physics (of a radioactive substance, particle, etc.) undergo change to a different form by emitting radiation. ► NOUN 1) the state or process of decaying … English terms dictionary

Decay — Contents 1 Science and technlogy 1.1 Biology 1.2 Physics 1.3 … Wikipedia

decay — >I.> noun ADJECTIVE ▪ rapid ▪ slow ▪ dental (esp. BrE), tooth ▪ industrial (esp. BrE), urban … Collocations dictionary

Что такое decay в музыке

ADSR-Огибающая (изменение амплитуды звукового сигнала при постоянной частоте) — важная характеристика звука, издаваемого музыкальными инструментами, являющаяся определяющей для «опознания» музыкального инструмента. На огибающей выделяют четыре основных участка (стадии):

Атака (eng.: Attack, A) — период начального нарастания громкости сигнала.

Спад (eng.: Decay, D) — период ослабления сигнала после начального нарастания.

Задержка (eng.: Sustain, S) — уровень постоянной силы сигнала.

Затухание (eng.: Release, R) — период окончательного затухания сигнала.

По первым буквам английских названий участков огибающей её иногда обозначают как ADSR.

Например, 6-ти стадийная ADBSSR-огибающая, где:

1. Атака (eng.: Attack, A) — время, за которое значение регулируемого параметра звука нарастает до некоторой (возможно, но необязательно максимальной) величины.

2. Спад (eng.: Decay, D) — время, за которое значение регулируемого параметра звука уменьшается после начального нарастания до некоторой (возможно, но необязательно нулевой) величины.

4. Уклон (eng.: Slope, S) — время, за которое значение регулируемого параметра звука нарастает/продолжает уменьшаться (после стадии Спада) до некоторой величины. Или время, в течение которого значение регулируемого параметра остается в значении, установленном для Точки перелома. В последнем случае стадия Уклона может рассматриваться как дополнительная стадия Задержки.

5. Задержка (eng.: Sustain, S) — некоторое значение регулируемого параметра звука, сохраняющееся в установленном состоянии до момента, когда будет отпущена клавиша.

6. Затухание (eng.: Release, R) — время, за которое, после того как клавиша будет отпущена, значение регулируемого параметра звука окончательно уменьшается до нуля.

Что такое ADSR?

ADSR – это функция, которая описывает изменение какого-либо параметра синтезатора звука.

ADSR – это огибающая звука, состоящая из четырёх фаз.

S – sustain (удержание);

R – release (восстановление).

На рисунке изображена кривая изменения выбранного параметра во времени состоящая из четырёх фаз: атаки (attack), спада (decay), удержания (sustain) и восстановления (release). Это и есть ADSR.

Чаще всего ADSR используется для управления параметрами громкости и частоты среза фильтра. В первом случае она называется амплитудной огибающей, а во втором – огибающей фильтра.

Рассмотрим эти две огибающие.

Амплитудная огибающая ADSR

Амплитудная огибающая позволяет изменять уровень громкости (амплитуду) сигнала в разные моменты времени.

Фаза атаки отвечает за то, насколько быстро после нажатия клавиши звук из абсолютной тишины станет максимально громким.

Фаза спада характеризует время, на протяжении которого звук от максимально громкого перейдёт в фазу удержания, а также устанавливает уровень максимального значения громкости после фазы атаки.

Фаза удержания характеризует уровень громкость при удержании клавиши синтезатора. Если клавиша синтезатора останётся нажатой, то уровень громкости сигнала будете соответствовать уровню параметра sustain.

Фаза восстановления отвечает за то, как быстро звук будет изменяться от значения sustain до абсолютной тишины. Эта фаза характеризует процесс затухания звука при отпускании клавиши синтезатора.

Амплитудная огибающая позволяет сформировать динамические характеристики сигнала. С помощью амплитудной огибающей можно сделать звук с быстрой атакой и быстрым восстановлением (Pluck), а можно сделать звук более протяжным и гладким с продолжительной атакой и восстановлением (Pad). В любом случае амплитудная огибающая является одним из основных блоков синтезатора.

Огибающая ADSR фильтра

В отличии от амплитудной огибающей, огибающая фильтра позволяет изменять частоту среза фильтра в соответствии с настройками ADSR.

Для примера будем рассматривать низкочастотный пропускной фильтр Low Pass (или высокочастотный обрезной High Cut).

В синтезаторах огибающая фильтра влияет на параметр частоты среза фильтра (Freq или Cutoff)

Фаза атаки отвечает за то, как быстро будет открываться фильтр (или как быстро он будет закрываться при установке негативных значений).

Фаза спада регулирует максимальное значение открытия фильтра (максимальную частоту среза).

Фаза удержания устанавливает частоту среза, если клавиша остаётся нажатой.

Фаза восстановления устанавливает время, на протяжении которого фильтр должен закрыться (перейти в своё начальное значение).

Существую и другие (более расширенные) типы огибающих, в которых указанные временные интервалы разбиты ещё на несколько фаз. Это сделано для того, чтобы можно было более гибко управлять параметрами синтезатора.

Одна из таких огибающих используется в синтезаторе Spire.

Она состоит из шести фаз (ADSSSR):

sus – sustain (удержание);

stl – slope time (время наклона);

sll – slope level (уровень наклона);

rel – release (восстановление).

Все эти фазы отображены в синтезаторе Spire рисунком.

ADSR – это один из самых важных блоков синтезатора, который формирует амплитудные и другие характеристики сигнала.

Я думаю все, кто занимается музыкой слышали такое слово как реверберация. В этой статье я глубоко затрону эту тему так как при сведении треков реверберация также играет не малую роль. Даже можно сказать, одну из основных ролей в этой игре. Хотя может и показаться что этот эффект реверберации не особо важен.

Тем, кто не совсем понимает этот термин, желательно прочитать эту статью так как вам будет далее сложнее понять некоторые моменты о которых мы будем обсуждать. И для начала давайте поймем, что такое реверберация.

Я затрону определение этого слова из Википедии, а затем опишу его своими словами.

Реверберация — это процесс постепенного уменьшения интенсивности звука при его многократных отражениях. Иногда под реверберацией понимается имитация данного эффекта с помощью ревербераторов.

Иными словами, этот эффект реверберации начинает постепенно путешествовать в темпе где-то 770 миль/час отражаясь от стен, потолка и постепенно затухая так как стены, потолок и воздух в себя начинают поглощать звуковые волны. Этот эффект будет заметен, когда источник звука перестает играть, но эффект звуковых волн все еще звучит постепенно затухая.

Анализ реверберации.

По этому графику можно понять, что высокие частоты затухают быстрее низких и именно поэтому, например, вы слышите только гул низких частот в соседней квартире.

Для примера эффекта реверберации послушайте этот звуковой файл, где в начале воспроизводится без эффекта инструмент пианино, а после с эффектом.

Как слышите звук с эффектом реверберации становиться чистым, плотным и приятнее на слух.

Как это сделать я опишу ниже, а пока давайте окунемся в историю.

Немного истории появления реверберации в студиях звукозаписи.

Раньше, когда еще не было цифровых и аналоговых устройств звукоинженеры использовали естественную реверберацию комнат. А для этого они в специальных эхо-камерах (reverb chambers) устанавливали громкоговорители и посылали на него сигнал с микшера где были также установлены микрофоны окружения, которые записывали поднятый ими звук. Некоторые звукорежиссёры этим методом пользуются и в настоящее время так как он упрощает процесс сведения в этом плане и добавляет свои отдельные черты звучания.

Далее появились две основные 100 % аналоговые технологии которые позволяли создавать искусственную реверберацию. Это были пружинные и листовые ревербераторы.

Пружинный ревербератор Листовой ревербератор

Они были схожи по принципу действия: от исходящего звука в металлическом элементе в пружине или в пластине возбуждались колебания и затем его внутренние отражения снимались при помощи специальных преобразователей.

Это конечно трудно было назвать естественным звуком, но все равно в 60-70 года они использовались в гигантских количествах записей. И со временем их конструкции были усовершенствованы что давало исполнителям и звукоинженерам великолепный звук.

После появления цифровых и виртуальных устройств влияние реверберации заметно снизилось, но этот эффект все равно используется. Конечно все его используют по-разному кто-то больше кто-то меньше. Но тот факт, что он используется никуда не денется.

Он нужен при сведении музыки так как при записи сэмплов, вокала и т.д. которые мы используем в основном нету этого эффекта потому что микрофоны устанавливают очень близко к инструментам чтобы звук был чистым.

Настройка и время реверберации.

Сейчас почти все vst плагины имеют свои готовые пресеты (шаблоны) и vst ревербераторы не исключение. Их можно использовать, но они почти всегда нуждаются в дополнительной настройке. А для этого ненужно выкручивать все регуляторы. Нам необходимо будет использовать лишь небольшую группу для правильной настройке эффекта реверберации. Но если вы горите желанием все познать, то можете прочитать эту статью про регуляторы ревербератора Fruity Reeverb 2.

Вот они: decay time (длительность хвоста реверберации), size (размер комнаты), predelay (предзадержка звука реверберации) об этом чуть ниже и wet level (показатель уровня эффекта реверберации).

Самое главное это понять баланс между длиной реверберации (decay time) и её уровнем, а т.е. размером помещения (size). Многие добавляют или слишком длинную реверберацию которая размывает трек или слишком короткую, что особо не дает вообще никакого эффекта реверберации и при этом не дистанцируются треки к горизонту. Почти все ревербераторы имеют настройку длины этого эффекта и обозначается как Decay Time или Reverb Time. И поэтому нужно больше экспериментировать с разными настройками длины реверберации и в вместе с этими настройками регулировать фейдер возврата эффекта. Нужно найти баланс между этими параметрами.

В принципе это то к чему мне часто приходиться возвращаться так как на заключительных стадиях сведения довольно трудно судить пока не настроишь относительные уровни реверберации для всех инструментов кроме баса и бочки.

При сведении вы можете настроить три канала send – эффекта, где будет короткая (с очень коротким хвостом decay time), средняя реверберация (со средним decay time) и длинная (с длительным decay time). Теперь необходимо послать сигналы с любых инструментов на разные уровни реверберации, чтобы создать чувство единства. Также после эффекта реверберации добавьте эквалайзер, чтобы сильно облегчить процесс формирования звука. Для примера если убрать низкие и высокие частоты, то реверберация становиться менее заметной. Помните, что продолжительность реверберации влияет на полноту микса и эти три send – эффекта помогут вам его найти поочередно используя их для каждого инструмента. Так что, сравнивайте…

При использовании эквалайзера я обычно регулирую тональность. В некоторых ревербераторах уже есть свои собственные фильтры, однако я люблю добавлять после эффекта собственные эквалайзеры, так как они дают больше возможностей для формирования необходимого тона. При использовании эквалайзера я почти постоянно срезаю на реверберации низкочастотники в районе от 100 до 300 Гц. Производиться это с целью исключить загрязнения и размывания низкочастотного звука – баса и бочки.

Также я иногда срезаю и высокочастотники low pass фильтром. Это делается по двум причинам. Во-первых, это позволяет не ощущать реверберацию как отдельный эффект от микса (в основном когда используются вокальные согласные и высокие перкуссии). Во-вторых, реверберация становиться наиболее отдаленной от слушателя, нежели яркие и сухие звуки оставляя положительный психологический эффект у слушателя.

Но при срезе высоких и низких частот, нередко необходимо производить от регулирование тональных характеристик реверберации, только если же вы думаете, что это необходимая процедура. По другой причине реверберация должна быть незаметной, но в то же время довольно высокой по уровню, для склеивания их должным образом.

Если вы заметили сильный пик в частотной характеристике, то вам необходимо будет тщательно рассмотреть реверберационные показатели и при надобности использовать дополнительные узкие фильтры убрав все «дерзкие» частотные пики. После этого у вас будет точный, связный и не расплывчатый звук.

Еще думаю вам рассказать про предзадержку (predelay). Это также не мало важный параметр который попросту удерживает начало реверберационных отражений на некоторое время. Чем больше будет данный показатель, тем ближе будут казаться сухие звуки по сравнению к границам виртуального помещения. Некоторые плагины просто на просто не имеют эту функцию, а у некоторых она по умолчанию приравнивается к нулю.

Я думаю на это нужно обратить внимание так как наш слушатель услышит обработанный звук, как находящийся вблизи границ виртуального помещения. То есть звук отдалиться от слушателя, заметно изменятся сухие звуки т.е. его тон, а также может воздействовать на ясность вокала снизив четкость важных согласных звуков.

Помните, что при использовании ревербераторов главное осознать, что правильнее не «доложить» реверберации, чем её «переложить». Если вы хотите сделать динамическую обработку (как при сведении, так и при мастеринге), компрессия обладает направленность повышать в миксе низкие уровни, такие как хвосты реверберации. И поэтому не забывайте об этом, и не используйте реверберацию там, где он не требуется.

Понять это можно, когда эффект работает, и его как бы не приметно, но если его выключить – то мгновенно покажется, что чего-то не хватает. И в данном случае Вы будете на 100% уверены, то что реверберация необходима, и никак не подавляет ваш инструмент.

Источник

Программирование&Музыка: ADSR-огибающая сигнала. Часть 2

Всем привет!
Вы читаете вторую часть статьи про создание VST-синтезатора на С#. В первой части был рассмотрен SDK и библиотеки для создания VST плагинов, рассмотрено программирование осциллятора.
В этой части я расскажу про огибающие сигнала, их разновидности, применение в обработке звука. В статье будет рассмотрено программирование ADSR-огибающей для управления амплитудой сигнала, генерируемого осциллятором.
Огибающие есть в любом синтезаторе, применяются не только в синтезе, а повсеместно обработке звука.

Цикл статей

Огибающая

С точки зрения математики, огибающая кривая (или функция) — это такая кривая (функция), которая в каждой своей точке касается некоторого множества. Это может быть множество кривых, точек, фигур, элементов. Она огибает заданное множество. Можно представить, что огибающая есть некоторая граница, которая ограничивает элементы множества.

Представим себе множество одинаковых окружностей, центры которых расположены на одной линии. Их огибающие — это две параллельные прямые. Эти огибающие, по сути, являются границами для множеств точек окружностей.

Огибающие для окружностей. Скриншот взят с сайта dic.academic.ru

В плане синтезирования и обработки сигналов, огибающая — это функция, описывающая изменения какого-либо параметра во времени.

Красная кривая — огибающая амплитуды волны. Скриншот взят с сайта www.kit-e.ru

Огибающие в основном используются для описания изменения амплитуды сигнала. Но никто не запрещает вам использовать огибающую для описания изменений частоты среза фильтра (cutoff), высоты тона (pitch), панорамы (pan) и некоторых других существующих параметров синтезатора.

В реальном мире громкость звука музыкального инструмента изменяется с течением времени. Каждый инструмент имеет свои особенности изменения громкости. Например, орган при нажатой клавише соответствующей ноты играет её с постоянной громкостью, а гитара воспроизводит звук максимально громко только в момент удара по струне, после чего он плавно затухает. Для духовых и струнных инструментов свойственно достижение максимальной громкости звука не сразу, но через некоторое время после взятия ноты.

ADSR-огибающая позволяет описывает изменения громкости звука как 4 последовательные фазы с параметрами:

Рассмотрим график в начале статьи, обозначения:

В момент начала генерирования сигнала начинается фаза атаки. За время Ta сигнал возрастает до уровня 1 * k. После начинается фаза Decay — за время Td значение уровня снижается до As * k.
Огибающая переходит в фазу Sustain — она не ограничена по времени. После перехода в фазу Release (отжали клавишу) амплитуда сигнала снижается до нуля за время Tr.

Что если мы отпустим ноту до момента наступления фазы Decay или Sustain? В любом случае, мы должны перейти в фазу Release, которая начнется с текущего уровня сигнала.

Важно понять что параметр Sustain — это уровень сигнала, в отличие от параметров Attack, Delay, Release — которые представляют собой время (если глядеть на графики ADSR в интернете можно поймать некоторое непонимание).

Различные виды огибающих в существующих плагинах

В интернете очень много информации, статей, видеоуроков, посвященным огибающим — они повсеместно используются, а уж особенно в синтезаторах для модулирования параметров.
Никакой текст не передаст картинку, а уж тем более звук. Поэтому я рекомендую вам посмотреть пару видео на ютубе по запросу «adsr envelope»: хотя бы это, по первой ссылке, годное объяснение с интерактивом.

В VST-синтезаторах огибающие применяются как:

ADSR-огибающая обрабатывает амплитуду звука с двух осцилляторов. Скриншот из синтезатора Sylenth1

Часто в ADSR-огибающую добавляют фазу Hold — фаза с конечным временем и максимальной амплитудой между фазами Attack и Decay.

AHDSR-огибающая (добавлена фаза Hold) в синтезаторе Serum, в блоке огибающих для модулирования параметров

Существуют и более сложные огибающие — ADBSSR-огибающая.

MIDI-сообщения нажатия клавиш

Переходим к программированию и обзору кода написанного мною синта. (Ссылка на GitHub)

В прошлой статье был рассмотрен простой осциллятор, который генерирует волну по таблице определенной частоты сразу со старта плагина. Там же написано как собрать проект и рассмотрена архитектура кода.

Прикрутим Midi-сообщения к осциллятору, чтобы сигнал генерировался, только если зажата клавиша.

Чтобы получить Midi-сообщения из хоста, класс плагина (наследник SyntagePlugin) должен перегрузить метод CreateMidiProcessor, возвращающий IVstMidiProcessor.
В Syntage.Framework есть готовый класс MidiListener, реализующий IVstMidiProcessor.
У MidiListener есть события OnNoteOn и OnNoteOff, которые мы будем использовать в осцилляторе.

Теперь у осциллятора не будет параметра частоты (Frequency), так как частота будет определяться зажатой клавишей.
Подпишемся в конструкторе на события OnNoteOn и OnNoteOff и реализуем их.

В обработчики событий приходит аргумент NoteEventArgs, который имеет информацию о ноте, октаве, силе нажатия (note velocity).

Минимальное расстояние между нотами — полутон, соответственно целочисленную абсолютную величину ноты (её номер) мы будем мерить как количество полутонов от некоторой басовой ноты (какой- поймем далее). Почему? Это удобно для формулы получения частоты по номеру ноты.

Немножко теории — сейчас в музыке правит равномерно темперированный строй.
Октава — диапазон из 12 полутонов, из 12 различных нот (в мажорных и минорных тональностях нот 7, так как между некоторыми нотами интервалы тон, а между некоторыми полутон).
Весь звукоряд делится на октавы. Соответственно, весь слышимый спектр частот так же делится на отрезки-октавы.
Нота на октаву выше будет иметь вдвое большую частоту, но называться так же.

Чтобы посчитать частоту ноты, которая отстоит на i полутонов от эталонной ноты с частотой f0, используют следующую формулу:

Напишем соответствующую статическую функцию в вспомогательном классе DSPFunctions:

Здесь за эталон берется нота Ля первой октавы (440 Гц). Из формулы видно, что нота с «номером» 0 стоит ниже Ля первой октавы на 69 полутонов, это нота До с частотой 8.1758 Гц (еще ниже на октаву, чем в субконтроктаве), у Ля первой октавы же «номер» будет 69. Почему эта нота? Видимо, так договорились люди, когда делали клавиатуры для синтезаторов, чтобы уж «с запасом».

Наш осциллятор монофонический — сколько бы вы ни нажали клавиш на клавиатуре, будет восприниматься только последняя нажатая клавиша. После прочтения следующих глав вы сможете запрограммировать многоголосный осциллятор, я не буду про это рассказывать — решил не усложнять.

Более объектно-ориентированный подход в коде осциллятора

Пора переходить на более высокий уровень: предлагаю написать класс для представления генерируемого тона (тем более в дальнейшем нам это упростит жизнь).

Тон характеризуется номером и пройденным временем со старта — пока ничего нового, просто добавили ясность в код:

Соответственно, теперь осциллятор имеет поле Tone _tone, которое будет null при отсутствии зажатой клавиши.
Тем более, с таким классом легче будет программировать многоголосный осциллятор.

Щелчек при переключении ноты

Представьте следующую ситуацию: вы нажали ноту на клавиатуре, осциллятор начал генерировать гармонику с данной частотой, затем вы нажимаете следующую ноту и в осцилляторе сразу же переключается частота и обнуляется фаза (время). Это значит, что в волне будет разрыв, что на слух приводит к артефактам и щелчкам.

Чтобы сгенерировать волну по таблице, мы находили «относительную фазу» как значение от 0 до 1, где 1 понималось как полный период волны. Если мы сменим частоту волны, но оставим такой же «относительную фазу» то значения волны совпадут и щелчка не будет.

Нужно определить начальное время для новой ноты, если в текущий момент генерировалась нота с другой частотой.
Формула из прошлой статьи для «относительной фазы»:

Соответственно, зная новую частоту, получим нужное время:

В коде это выглядит так:

Программирование ADSR-огибающей

После осциллятора сигнал идет в обработку ADSR-огибающей, которая будет менять его амплитуду (громкость).
При нажатии клавиши огибающая входит в фазу Attack, при отжимании клавиши огибающая входит в фазу Release. В этой фазе сигнал должен плавно (имеется ввиду без щелчков, а уж быстро или медленно решать пользователю, крутящему ручки параметров) затихнуть.

Осциллятор перестает генерировать сигнал при отжимании клавиши — огибающая не сможет корректно обработать фазу Release. В фазе Release сигнал должен продолжать генерироваться осциллятором, а огибающая сделает свое дело для затухания громкости.
Для этого нужно убрать обработчик OnNoteOff из кода осциллятора — теперь этим займется огибающая.

Как было описано в главе «Огибающая» — мы используем значение огибающей как множитель для семпла сигнала. Значение огибающей меняется во времени от 0 до 1, значение 1 огибающая принимает лишь при переходе между фазами Attack и Decay (при значении огибающей, равной 1, амплитуда сигнала не меняется).

Чтобы запрограммировать переходы из фаз A-D-S-R, нужно закодить стейт-машину, поэтому далее я будут говорить состояния, а не фазы огибающей.

Огибающая имеет 4 параметра: время Attack, Delay, Release и множитель амплитуды Sustain. Обычно Attack, Delay — это миллисекунды, Release уже может быть сравним с секундой.

Все 4 состояния сменяют друг друга всегда последовательно: нельзя перескочить из одного состояния в другое. Если у состояний Attack, Delay или Release время будет нулевым — можно получить клип. Поэтому минимум у этих параметров нужно сделать не нулевым. Я сделал параметры Attack, Delay или Release от 0.01 до 1 секунды.

В реализации будет следующая иерархия: класс ADSR представляет собой каркас для логики огибающей, который содержит в себе часть логики синтезатора: набор необходимых параметров, обработчики событий нажатий клавиш, функцию Process, обрабатывающую поток семплов.

Логика огибающей будет скрыта в классе NoteEnvelope, от которого, по сути, требуется только метод — для получения текущего значения огибающей. Этот метод нужно вызывать последовательно для всех семплов потока и производить умножение.

Важно договориться, как обрабатывать нажатия клавиш. Например, как обработать нажатие клавиши, если уже нажата другая клавиша? Методом пристального взгляда я изучил, как сделано в синтезаторе Sylenth1, если не использовать в нем полифонию. Решил выбрать такую стратегию:

Простыми словами — мы обращаем внимание только на изменение состояния клавиш «все отпущены — хоть одна зажата».

Таким образом, при нажатии новой клавиши и зажатой текущей, в осцилляторе просто переключится частота, а огибающая никак на это не отреагирует. При программировании многоголосия все становится сложнее.

Запишем все вышесказанное в классе-каркасе ADSR: параметры, обработчик нажатия клавиш, обработка семплов.

Приступаем к программированию логики огибающей — класс NoteEnvelope. Как можно видеть из приведенного кода класса ADSR, от класса NoteEnvelope нужны следующие публичные методы:

Определим перечисление для состояний:

Мы знаем время между двумя семплами, следовательно знаем время работы стейтов и общее время работы огибающей.
Во всех стейтах для определения текущего значения применяется одинаковая логика: зная время от начала стейта, время стейта (параметры огибающей), интерполируется начальное и конечное значения огибающей.
Для стейта Sustain начальное и конечное значение совпадают, поэтому логика с интерполяцией здесь тоже сработает корректно (хоть она тут и бесполезна).

Начальное значение и время для состояния определяется в момент переключения стейта:

Каждый вызов функции GetNextMultiplier() нужно уменьшать _time на время между двумя семплами. Если время стало меньше либо равно нуля, то нужно переходить в другой стейт.
Переход в стейт Release возможен только из функции Release().

Конечное время для стейтов очевидно: для Attack — 1, для Decay и Sustain — параметр амплитуды Sustain, для Release — 0.

Если сгенерировать простой синус с применением написанной огибающей, получим следующую волну (аудиофайл генерировался в FL Studio а затем исследовался в опен сорсном редакторе Audacity)

В фазах Attack, Decay и Release огибающая меняется по линейному закону (Скриншот из Audacity)

Видно, что в фазах Attack, Decay и Release огибающая меняется по линейному закону.

В реальном мире колебания не могут длится вечно, из-за траты энергии на силы сопротивления колебания затухают. Амплитуда затухающих колебаний меняется по экспоненциальнму закону.

Применение огибающей в синтезаторе Sylenth1 (Скриншот из Audacity)

Применение огибающей в синтезаторе 3x Osc из FL Studio (Скриншот из Audacity)

По примеру огибающих в других синтезаторах в стейте Decay и Release используем экспоненциальную функцию, а в стейте Attack используем обратную функцию — логарифм.

Для каждого стейта мы знаем относительное время (от 0 до 1) и крайние значения огибающей a и b.

Возьмем функцию E^x на промежутке [0, 1]. Она имеет значения в отрезке [1, E]. Нужно перевести этот отрезок в [a, b]. Логарифм найдем как обратную для экспоненты функцию:

F1 — Функция для состояния Decay и Release. Так как она вогнута в другую сторону, нужно отобразить ее симметрично оси Y (заменяем аргумент на 1-x).
Функция F2 является обратной для F1, нужно выразить x через y.

Результат трудов (Скриншот из Audacity)

В продвинутых синтезаторах можно самому выбирать кривизну кривой между фазами:

Огибающая в синтезаторе Serum

Примеры звучаний с использованием ADSR-огибающей

Рассмотрим пару идей звучаний, которые можно получить из простого сигнала, используя ADSR-огибающую.

Повторюсь, в интернете тонны материала, обучающего видео и примеров по теме огибающей сигнала. С помощью огибающей громкости хорошо эмулируются различные звуки и эффекты, опять же, в синтезаторах можно найти кучу готовых пресетов (точно будут имитации ударных).

В следующей статье я расскажу про частотный фильтр Баттервота.

Всем добра!
Удачи в программировании!

Список литературы

Основные статьи и книги по цифровому звуку указаны в предыдущей статье.

Источник

Академический образовательный портал akademiakhv.ru

что такое decay в музыке

Что такое decay в музыке

Основные сведения [ править ]

Параметры ADSR [ править ]

Альтернативные существующие варианты [ править ]

Что такое decay в музыке

Что такое decay в музыке