Behandling av lydsignaler - Audio signal processing
Lydsignalbehandling er et underfelt for signalbehandling som er opptatt av elektronisk manipulering av lydsignaler . Lydsignaler er elektroniske representasjoner av lydbølger - langsgående bølger som beveger seg gjennom luften, bestående av kompresjoner og sjeldne handlinger. Energien i lydsignaler måles vanligvis i desibel . Ettersom lydsignaler kan være representert i enten digitalt eller analogt format, kan behandling forekomme i begge domener. Analoge prosessorer opererer direkte på det elektriske signalet, mens digitale prosessorer opererer matematisk på den digitale representasjonen.
Historie
Motivasjonen for lydsignalbehandling begynte på begynnelsen av 1900 -tallet med oppfinnelser som telefon , fonograf og radio som tillot overføring og lagring av lydsignaler. Lydbehandling var nødvendig for tidlig radiosending , ettersom det var mange problemer med studio-til-sender-koblinger . Teorien om signalbehandling og dens anvendelse på lyd ble stort sett utviklet på Bell Labs på midten av 1900 -tallet. Claude Shannon og Harry Nyquists tidlige arbeid med kommunikasjonsteori , prøvetakingsteori og pulskodemodulering (PCM) la grunnlaget for feltet. I 1957 ble Max Mathews den første personen som syntetiserte lyd fra en datamaskin og fødte datamusikk .
Store utviklinger innen digital lydkoding og lyddatakomprimering inkluderer differensialpuls-kodemodulering (DPCM) av C. Chapin Cutler ved Bell Labs i 1950, lineær prediktiv koding (LPC) av Fumitada Itakura ( Nagoya University ) og Shuzo Saito ( Nippon Telegraph og Telefon ) i 1966, adaptiv DPCM (ADPCM) av P. Cummiskey, Nikil S. Jayant og James L. Flanagan på Bell Labs i 1973, diskret cosinus transform (DCT) koding av Nasir Ahmed , T. Natarajan og KR Rao i 1974, og modifisert diskret cosinustransformasjon (MDCT) koding av JP Princen, AW Johnson og AB Bradley ved University of Surrey i 1987. LPC er grunnlaget for perseptuell koding og er mye brukt i talekoding , mens MDCT -koding er mye brukt i moderne lyd kodingsformater som MP3 og Advanced Audio Coding (AAC).
Analoge signaler
Et analogt lydsignal er et kontinuerlig signal representert ved en elektrisk spenning eller strøm som er analog med lydbølgene i luften. Analog signalbehandling innebærer deretter fysisk endring av det kontinuerlige signalet ved å endre spenningen eller strømmen eller ladningen via elektriske kretser .
Historisk sett, før ankomsten av utbredt digital teknologi , var analog den eneste metoden for å manipulere et signal. Siden den tiden, da datamaskiner og programvare har blitt mer kapable og rimelige, har digital signalbehandling blitt den foretrukne metoden. Imidlertid er analog teknologi ofte fortsatt ønskelig i musikkapplikasjoner, ettersom den ofte gir ikke -lineære svar som er vanskelig å kopiere med digitale filtre.
Digitale signaler
En digital representasjon uttrykker lydbølgeformen som en sekvens av symboler, vanligvis binære tall . Dette tillater signalbehandling ved bruk av digitale kretser som digitale signalprosessorer , mikroprosessorer og datamaskiner for generelle formål . De fleste moderne lydsystemer bruker en digital tilnærming ettersom teknikkene for digital signalbehandling er mye kraftigere og effektivere enn analog domenesignalbehandling.
applikasjoner
Behandlingsmetoder og applikasjonsområder inkluderer lagring , datakomprimering , henting av musikkinformasjon , talebehandling , lokalisering , akustisk deteksjon , overføring , støydemping , akustisk fingeravtrykk , lydgjenkjenning , syntese og forbedring (f.eks. Utjevning , filtrering , nivåkomprimering , ekko og reverb fjerning eller tillegg osv.).
Lydkringkasting
Lydsignalbehandling brukes når du sender lydsignaler for å forbedre deres troskap eller optimalisere for båndbredde eller latens. I dette domenet finner den viktigste lydbehandlingen sted like før senderen. Lydprosessoren her må forhindre eller minimere overmodulasjon , kompensere for ikke-lineære sendere (et potensielt problem med mellombølge- og kortbølgesending ), og justere total lydstyrke til ønsket nivå.
Aktiv støykontroll
Aktiv støykontroll er en teknikk designet for å redusere uønsket lyd. Ved å lage et signal som er identisk med uønsket støy, men med motsatt polaritet, avbrytes de to signalene på grunn av ødeleggende forstyrrelser .
Lydsyntese
Lydsyntese er den elektroniske generasjonen av lydsignaler. Et musikkinstrument som oppnår dette kalles en synthesizer. Syntetisatorer kan enten etterligne lyder eller generere nye. Lydsyntese brukes også til å generere menneskelig tale ved hjelp av talesyntese .
Lydeffekter
Lydeffekter endrer lyden til et musikkinstrument eller en annen lydkilde. Vanlige effekter inkluderer forvrengning , ofte brukt med elektrisk gitar i elektrisk blues og rockemusikk ; dynamiske effekter som volumpedaler og kompressorer , som påvirker lydstyrken; filtre som wah-wah pedaler og grafiske equalizers , som endrer frekvensområder; modulerings effekter, for eksempel kor , flangers og phasers ; pitch effekter som pitch shifters ; og tidseffekter, for eksempel reverb og delay , som skaper ekko -lyder og etterligner lyden fra forskjellige mellomrom.
Musikere, lydingeniører og plateprodusenter bruker effektenheter under liveopptredener eller i studio, vanligvis med elektrisk gitar, bassgitar, elektronisk keyboard eller elektrisk piano . Selv om effekter oftest brukes med elektriske eller elektroniske instrumenter, kan de brukes med alle lydkilder, for eksempel akustiske instrumenter, trommer og vokal.
Se også
Referanser
Videre lesning
- Rocchesso, Davide (20. mars 2003). Introduksjon til lydbehandling (PDF) .
- Wilmering, Thomas; Moffat, David; Milo, Alessia; Sandler, Mark B. (2020). "En historie med lydeffekter" . Anvendt vitenskap . 10 (3): 791. doi : 10.3390/app10030791 .