Behandling af lydsignal - Audio signal processing
Lydsignalbehandling er et underområde for signalbehandling , der vedrører elektronisk manipulation af lydsignaler . Lydsignaler er elektroniske gengivelser af lydbølger - langsgående bølger, der bevæger sig gennem luften, bestående af kompressioner og sjældenheder. Energien i lydsignaler måles typisk i decibel . Da lydsignaler kan repræsenteres i enten digitalt eller analogt format, kan behandling forekomme i begge domæner. Analoge processorer fungerer direkte på det elektriske signal, mens digitale processorer arbejder matematisk på dens digitale repræsentation.
Historie
Motivationen til lydsignalbehandling begyndte i begyndelsen af det 20. århundrede med opfindelser som telefon , fonograf og radio, der tillod transmission og lagring af lydsignaler. Lydbehandling var nødvendig for tidlig radioudsendelse , da der var mange problemer med studie-til-sender-links . Teorien om signalbehandling og dens anvendelse på lyd blev stort set udviklet på Bell Labs i midten af det 20. århundrede. Claude Shannon og Harry Nyquists tidlige arbejde med kommunikationsteori , prøvetagningsteori og pulskodemodulation (PCM) lagde grundlaget for feltet. I 1957 blev Max Mathews den første person til at syntetisere lyd fra en computer og fødte computermusik .
Store udviklinger inden for digital lydkodning og lyddatakomprimering omfatter differentialpuls-kodemodulation (DPCM) af C. Chapin Cutler på Bell Labs i 1950, lineær forudsigende kodning (LPC) af Fumitada Itakura ( Nagoya University ) og Shuzo Saito ( Nippon Telegraph og Telefon ) i 1966, adaptiv DPCM (ADPCM) af P. Cummiskey, Nikil S. Jayant og James L. Flanagan på Bell Labs i 1973, diskret cosinus transformation (DCT) kodning af Nasir Ahmed , T. Natarajan og KR Rao i 1974, og modificeret diskret cosinustransformation (MDCT) kodning af JP Princen, AW Johnson og AB Bradley ved University of Surrey i 1987. LPC er grundlaget for perceptuel kodning og er meget udbredt i talekodning , mens MDCT -kodning er meget udbredt i moderne lyd kodningsformater som MP3 og Advanced Audio Coding (AAC).
Analoge signaler
Et analogt lydsignal er et kontinuerligt signal repræsenteret af en elektrisk spænding eller strøm, der er analog med lydbølgerne i luften. Analog signalbehandling indebærer derefter fysisk ændring af det kontinuerlige signal ved at ændre spændingen eller strømmen eller ladningen via elektriske kredsløb .
Historisk set, før fremkomsten af udbredt digital teknologi , var analog den eneste metode til manipulation af et signal. Siden den tid, da computere og software er blevet mere i stand og overkommelige, er digital signalbehandling blevet den foretrukne metode. Men i musikapplikationer er analog teknologi ofte stadig ønskelig, da den ofte producerer ikke -lineære svar, der er vanskelige at replikere med digitale filtre.
Digitale signaler
En digital repræsentation udtrykker lydbølgeformen som en sekvens af symboler, normalt binære tal . Dette tillader signalbehandling ved hjælp af digitale kredsløb som digitale signalprocessorer , mikroprocessorer og computere til almindelige formål . De fleste moderne lydsystemer anvender en digital tilgang, da teknikkerne til digital signalbehandling er meget mere kraftfulde og effektive end analog domænesignalbehandling.
Ansøgninger
Behandlingsmetoder og anvendelsesområder omfatter lagring , datakomprimering , hentning af musikinformation , talebehandling , lokalisering , akustisk detektion , transmission , støjreduktion , akustisk fingeraftryk , lydgenkendelse , syntese og forbedring (f.eks. Udligning , filtrering , niveaukomprimering , ekko og rumklang) fjernelse eller tilføjelse osv.).
Lydudsendelse
Lydsignalbehandling bruges til udsendelse af lydsignaler for at forbedre deres troskab eller optimere for båndbredde eller latens. I dette domæne finder den vigtigste lydbehandling sted lige før senderen. Lydprocessoren her skal forhindre eller minimere overmodulation , kompensere for ikke-lineære sendere (et potentielt problem med mellem- og kortbølgeudsendelse ) og justere den samlede lydstyrke til det ønskede niveau.
Aktiv støjkontrol
Aktiv støjkontrol er en teknik designet til at reducere uønsket lyd. Ved at skabe et signal, der er identisk med den uønskede støj, men med den modsatte polaritet, annulleres de to signaler på grund af destruktiv interferens .
Lydsyntese
Lydsyntese er den elektroniske generation af lydsignaler. Et musikinstrument, der opnår dette, kaldes en synthesizer. Synthesizers kan enten efterligne lyde eller generere nye. Lydsyntese bruges også til at generere menneskelig tale ved hjælp af talesyntese .
Lydeffekter
Lydeffekter ændrer lyden af et musikinstrument eller en anden lydkilde. Almindelige effekter omfatter forvrængning , der ofte bruges med elektrisk guitar i elektrisk blues og rockmusik ; dynamiske effekter såsom volumenpedaler og kompressorer , som påvirker lydstyrken; filtre såsom wah-wah pedaler og grafiske equalizers , som ændrer frekvensområder; moduleringseffekter , såsom kor , flanger og fasere ; pitch effekter såsom pitch shifters ; og tidseffekter, såsom rumklang og forsinkelse , som skaber ekko -lyde og efterligner lyden fra forskellige rum.
Musikere, lydingeniører og pladeproducenter bruger effektenheder under liveopførelser eller i studiet, typisk med elektrisk guitar, basguitar, elektronisk keyboard eller elektrisk klaver . Selvom effekter oftest bruges med elektriske eller elektroniske instrumenter, kan de bruges med enhver lydkilde, f.eks. Akustiske instrumenter, trommer og vokal.
Se også
Referencer
Yderligere læsning
- Rocchesso, Davide (20. marts 2003). Introduktion til lydbehandling (PDF) .
- Wilmering, Thomas; Moffat, David; Milo, Alessia; Sandler, Mark B. (2020). "En historie om lydeffekter" . Anvendt videnskab . 10 (3): 791. doi : 10.3390/app10030791 .