Zvukové efekty 5. – Fáze a modulace

1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (zatím bez hodnocení)
Loading...

Šestidílný seriál „Zvukové efekty“ napsal kolega Viktor Svoboda pro server Audiocity.cz. Předchozí díly seriálu najdete zde:

Dnešní pokračování bude věnováno efektům, které svou podstatou vycházejí z modulace (fázové – PM, frekvenční – FM a amplitudové – AM). Týká se to např. phase shifteru, flangeru,vibrata, tremola. Na začátku se pak nemohu nezmínit o Dopplerovu jevu a fázovém zpoždění (delay).

Co je to fáze?

Dost často dochází k nepřesnostem ve vnímání pojmů FÁZE a POLARITA. Jak často například slýcháváme termín „otočená fáze“ či „převrácená fáze“, přesto že se vlastně jedná o převrácení polarity. Pokud bychom měli signál zadaný nějakou funkcí závislou na čase, pak pojem fáze v určitém bodě značí v jaké části naší funkce se bod nachází v určitém čase, tedy v jaké je fázi. Pokud jsou tedy dva signály „ve fázi“, tak to znamená, že oba signály se ve stejný čas nacházejí ve shodné části stejné funkce. Pokud jde o funkci periodickou (např. sinus), pak posun jednoho signálu o celou periodu nehraje roli, neboť oba signály budou opět v libovolném okamžiku totožné (periodická funkce je totiž definována od mínus nekonečna k nekonečnu).

Z uvedeného je doufám patrné, že fáze je přímo závislá na čase a pak „otočení fáze“ znamená otočení směru času resp. načítání funkce pozpátku. Posouvání fáze pak znamená posouvání signálu v čase. Nicméně v praxi neznám nikoho, kdo by vždy přísně dodržoval názvosloví a občas nezaměnil fázi a polaritu. Takže si s tím nelámejte hlavu více, než je třeba.

Zpoždění (Delay)

Tento „efekt“ vlastně způsobuje konstantní časové (fázové) zpoždění a zmínili jsme se o něm již dříve. S jeho pomocí se simuluje vzdálenost zdroje zvuku, popř. se dorovnávají časové rozdíly vzniklé v průběhu zpracování apod.. Fázové zpoždění se obvykle nastavuje v milisekundách, naproti tomu bývá u harmonických (sinusových) signálů fázové zpoždění charakterizováno úhlem (0° – 360°, 0 – 2 π rad) a pak je nutný přepočet na čas pomocí základní frekvence signálu (1 perioda = 1/frekvence = 360°).

Další význam změny zpoždění je patrný např. při poslechu pomocí sluchátek, kdy bývá vhodnější simulovat stereofonní poslech především pomocí různého fázového zpoždění signálů L a P, neboť lidské ucho je schopné na základě tohoto rozdílu (který činí maximálně vzdálenost uší v metrech dělenou 340 m/s) odhadnout polohu zdroje zvuku (více viz. 1. díl).

Dopplerův jev (J.Ch. Doppler 1803-1853 🙂

Jde o jev v praxi velmi dobře známý. Jen pro zajímavost: První experimentální ověření Dopplerova jevu provedené v předminulém století C. H. D. B. Ballotem prý probíhalo tak, že Ballot rozestavil podél železniční trati osoby s absolutním sluchem. Ti měli za úkol zapisovat do not hudbu, kterou hrála skupina trumpetistů na projíždějícím otevřeném vlaku. Dopplerův jev pak byl prokázán porovnáním not, podle kterých trumpetisté hráli, a notových zápisů skupiny rozestavěné podél trati.

Teď si s prominutím neodpustím pár slov k tomuto notoricky známému jevu. Ten je způsoben tím, že rychlost šíření zvukových vln je konstantní a nezávisí na rychlosti zdroje zvuku ani pozorovatele. Pokud se tedy zdroj zvuku (pozorovatel) pohybuje, dochází vlivem měnící se vzdálenosti a konstantní rychlosti šíření vlnění ke změně vlnové délky a tím i ke změně frekvence (počet period za sekundu je na stálý, ovšem mezi tím se změnila délka dráhy zvuku, takže jednotlivé zvukové vlny dorazí v rozdílném časovém odstupu, než v jakém byly vyzářeny). Frekvence zvuku se tedy mění pouze v případě, že se mění vzájemná rychlost zdroje zvuku a pozorovatele. Pokud je vzájemná rychlost neměnná, zůstává konstantní i frekvence zvuku, i když může být jiná, než na straně zdroje zvuku. Věřím, že praktické důsledky jsou všem dostatečně známé.

Modulace (AM,PM,FM)

Fázová modulace (PM)
Obr.1 – Fázová modulace (PM)

Pokud máme dva sinusové průběhy o shodné frekvenci a amplitudě, a u jednoho budeme lineárně měnit fázi (budeme jej posouvat v čase konstantní rychlostí), pak po jejich sečtení dojde k tomu, že v místech kde mají oba průběhy shodnou fázi (např. absolutní maximum) bude mít výsledný signál amplitudu rovnou součtu maximálních výchylek obou signálů (v našem případě tedy dvojnásobnou), a v místech, kde fázový posuv činí k*360°+180° (k je celé číslo), nám signál zcela vymizí (při shodné max. amplitudě obou signálů), popř. je roven rozdílu původních amplitud. Výsledkem tedy bude signál o stejné frekvencí, jehož amplituda se sinusově mění od nuly až po dvojnásobek původní hodnoty. Můžeme tedy říci, že máme sinusový průběh, jehož amplitudu modulujeme jiným signálem se sinusovým průběhem, ale menší frekvencí – což je vlastně AM. Vidíme tedy, že stejného výsledku je možné dosáhnout za použití různých prostředků.

Další zajímavostí je, že pokud fázi posouváme vpřed konstantní rychlostí resp. načítáme signál rychleji, což je ekvivalentní přibližování zdroje signálu, tak výsledná frekvence tohoto zvuku bude vyšší – viz praktické zkušenosti z dopplerova jevu. Pokud bychom fázi střídavě posouvali dopředu a dozadu, jinými slovy rychlost načítání by se periodicky měnila (střední rychlost zůstává zachována), pak zjistíme, že při posouvání fáze vpřed se nám kmity jakoby zhušťují a naopak. Dá se také říci, že se mění frekvence původního signálu – tedy frekvenční modullace – FM. A skutečně za jistých okolností dává PM obdobný výsledek jako FM.

Kmitočtová modulace (FM)
Obr.2 – Kmitočtová modulace (FM)

Zkuste se znovu zamyslet nad Dopplerovým jevem – mění se fáze či frekvence? 

Jasněji jsou vidět rozdíly mezi fázovou a frekvenční modulací na obr.1 a 2, kde modulační frekvenci (sinus) modulujeme obdelníkovým signálem (např. digitální signál…). Fázová modulace je na obr.1 a frekvenční je na obr.2. Na obrázcích je pak jasně vidět, že u fázové modulace se mění fáze signálu podle amplitudy a u frekvenční modulace se mění frekvence. U pomalých změn, například u analogového signálu, se však nedá na první pohled určit o jaký druh modulace se jedná.

Flanger (též „vibráto“)

Tento efekt je vytvořen kolísáním rychlosti přehrávání, tedy fázovou modulací zvoleným průběhem, nejčastěji sinus nebo trojúhelníkovým signálem (též označen jako lineární), kde signál rovnoměrně stoupá/klesá mezi maximálními výchylkami. Tím, že kolísá rychlost přehrávání, dochází i ke změnám výšky tónú a odtud pochází název „vibráto“.

U flangeru bývá nejčastěji možné nastavit velikost a tvar a frekvenci modulačního kmitočtu (průběhu rychlosti přehrávání). Některé programy dále umožňují ovládat odděleně fázi modulačního kmitočtu v jednotlivých kanálech, takže zatím co se fáze jednoho kanálu zpožďuje, ve druhém se může zrychlovat atd. U většiny programů pak lze nastavit poměr mezi původním (dry) a upraveným (wet) signálem. Pokud bude výsledek obsahovat wet i dry signál, tak se vlivem smíchání dvou signálů rozdílné fáze mohou v určitých okamžicích některé frekvence vyrušit a jiné zvýraznit a výsledek může být zajímavější.

Přiklad z Cooleditu 2.0 Pro:

Jako první nastavíme poměr wet/dry, poté počáteční a koncové fázové zpoždění. Fáze poté bude kolísat mezi těmito hodnotami rychlostí, kterou nastavíme v oddíle s názvem „rate“ a to s pomocí frekvence, periody nebo celkového počtu cyklů ve zvoleném úseku. Parametr „Stereo Phasing“ určuje fázový rozdíl mezi levým a pravým kanálem, „feedback“ pak určuje, jaká část (flangerem) upraveného signálu bude přivedena zpátky do flangeru k úpravě. Pokud zadáme 0%, používá flanger jen originální signál. Oddíl „Mode“ umožňuje zvolit ještě další parametry (nebo jejich kombinace).„Invert“- upravený signál bude mít obrácenou polaritu, „Special EFX“ kombinuje normální a invertovaný upravený signál a „Sinusoidal“ znamená, že změna fáze bude sinusová. V opačném případě se lineárně mění od maxima do minima…

Phaser/Phase shifter/Wah-wah

Jde o poněkud pokročilejší nástroj, který principiálně vychází z předchozího. Umožňuje totiž aplikovat obdobný efekt jako flanger pouze na určitý rozsah frekvencí použitím „vstupního filtru“ a rozšiřuje tak možnosti použití. V některých programech bývají tyto efekty (včetně flangeru) sloučeny do jednoho nástroje (např Sound Forge 6.0).

Phaser v Cooleditu 2.0 Pro

Prvky jsou z části podobné, jako u flangeru. Přibyl prakticky jen vstupní filtr. „Sweep gain“ určuje přenos filtru resp. úroveň upraveného signálu. „Center frequency“ nastavuje střední frekvenci filtru a „Resonance“ určuje strmost filtru resp. poměr rozdílu mezních frekvencí filtru k střední frekvenci (center freq.). Depth určuje maximální změnu fáze. Čím větší číslo, tím větší bude změna. „Sweeping rate“ tradičně určuje frekvenci kolísání fáze… Novinkou v tomto programu je možnost nastavení typu filtru jako dolní propust (low pass) nebo tradiční pásmovou propust (band pass). Pokud nastavíme „low pass“, tak vstupní filtr propustí všechny frekvence až do horní mezní frekvence vyplývající z nastavení střední frekvence a strmosti (viz výše). „Master gain“ nastavuje celkový přenos (včetně dry signálu). Tomuto parametru věnujeme zvýšenou pozornost, jinak by mohlo dojít po úpravě signálu tímto efektem k nežádoucímu přebuzení…

Sound forge 6.0

Jak jsem se již zmínil, tento program používá pro oba efekty stejný nástroj, akorát ne všechny nastavovací prvky jsou dostupné při použití flangeru. Možnosti nastavení jsou zde minimální, autoři spoléhají na přednastavené efekty, které se však liší ve více parametrech, než kolik jich můžeme nastavit. Například při shodném nastavení společných ovládacích prvků „hraje“ phaser úplně jinak než wah-wah.

K nastavení, je velmi zjednodušené, takže stručně. Mimo nezbytného výběru přednastavených efektu je zde samozřejmě poměr wet/dry, ovšem odděleně, dále „rate“ – frekvence změn fáze, „depth“ určuje velikost změny. Zbývá nastavení střední frekvence filtru typu pásmová propust a „resonance“, tedy strmost filtru. V připadě zvolení efektu „Flanger“ nejsou poslední dva ovládací prvky přístupné.

Tak to je pro dnešek všechno. Věřím, že by bylo lepší obsáhnout poněkud více programů, ale většinou bývají podobné a při případných nejasnostech doporučuji použít nápovědu :-).

PS: v příštím závěrečném pokračování se můžete těšit na chorus, který se sem již nevešel, dále na tzv. mršidla – distortion, fuzz, overdrive atd.

1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (zatím bez hodnocení)
Loading...

Napsat komentář