|
|
|
|
|
|
|
Modelovanie zvuku - Karplus-Strong algoritmus
(Sound Modelling - Karplus-Strong Algorithm)
© Ing. Radovan Konečný - radkon, 2011
O projekte
Po dávnych pokusoch s Karplus-Strong algoritmom som sa rozhodol projekt oprášiť, prerobiť ho a skúsiť vytvoriť zvuk, ktorý mám v predstave už dlho. Zatiaľ sa mi taký zvuk nepodarilo vyrobiť inými algoritmami.
Ide o klasický Karplus-Strong algoritmus budený filtrovaným a vhodne upraveným šumom. Výsledný zvuk je však zložený z určitého množstva (napr. 32) takýchto generátorov, ktoré sú vhodne voči sebe rozladené a majú vhodnú hlasitosť. Okrem toho sú striedavo rozložené medzi pravý a ľavý kanál, takže vzniká príjemný stereo efekt.
Z pohľadu frekvenčného spektra ide o signál, kde každá harmonická zložka tónu má určité postranné pásmo. Podobné postranné pásma vznikajú v nástrojoch, kde je viac strún vzájomne veľmi málo rozladených (napr. klavír) alebo v prípade viacerých hudobníkov, ktorých nástroje nie sú úplne presne zladené alebo hudobníci tón zámerne rozlaďujú napr. vibrátom (napr. sláčikový zbor). Samozrejme, tieto rozladenia sú malé (rádovo jednotky centov).
Keďže klasický Karplus-Strong algoritmus neumožňuje jemné nastavenie ladenia tónu, boli jednotlivé Karplus-Strong generátory rozladené dodatočne pomocou prevzorkovania. Bez prevzorkovania by vytvárali zvuk na rovnakej frekvencii, avšak s rozdielnym šumovým budením. Rovnakým spôsobom boli generátory „naladené“, pretože pri vyšších tónoch, kde je oneskorovacie vedenie krátke, sa nedá výška tónu jednoducho regulovať, aby tón neznel falošne. (Táto metóda sa mi zdala podstatne jednoduchšia a presnejšia ako pridávať k oneskorovaciemu vedeniu dodatočné all-pass filtre so zlomkovým skupinovým oneskorením.)
Kvôli náročnosti výpočtu nie je možné zvuk vytvárať v reálnom čase.
Zvukové ukážky
(drobné zvukové nedostatky sú spôsobené nedokonalosťou mp3)- 4 tóny - 1 generátor
- 4 tóny - 16 generátorov, rozostup rozladenia 0.8 centu
- 4 tóny - 32 generátorov, rozostup rozladenia 0.8 centu
- 4 tóny - 64 generátorov, rozostup rozladenia 0.6 centu
- hudba - 32 generátorov, rozostup rozladenia 0.8 centu
V ukážkach sú len malé rozdiely v „mohutnosti“ zvuku, avšak rozdiel medzi 1 a 16 generátormi je výrazný.
Použitie v praxi
Výpočtom boli takto vytvorené všetky tóny a je z toho vytvorená zvuková sada pre môj Samplér.