Однократная задержка сигнала

Одним из самых распространенных классов являются звуковые эффекты, основанные на задержке сигнала. В реальной ситуации задержка звукового сигнала может возникнуть при отражении звуковой волны от твердой преграды, например, от стены. Величину возникающей при этом задержки легко определить, зная пройденный звуковой волной путь и учитывая, что скорость звука на уровне моря можно считать равной 330 м/с. Таким образом, за одну миллисекунду звуковая волна проходит 33 сантиметра. Для расчетов удобнее помнить, что один метр она проходит за 3 мс.

Рассмотрим сначала реализацию однократного отражения звуковой волны. Этот простой эффект является базовым для реализации более сложных эффектов, таких, как имитация реверберации и хора.

Как уже говорилось выше, отражение звуковой волны от твердой преграды приводит к появлению в точке регистрации задержанной версии излучаемого сигнала. До появления цифровых процессоров обработки сигнала и других цифровых устройств для задержки основного сигнала использовались специальные магнитофоны с несколькими подвижными головками. При цифровой реализации линии задержки входной аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму, записывается в циклический или любой другой буфер задержки, и сигнал с выхода этого буфера задержки преобразуется обратно в аналоговую форму и воспроизводится.

Блок-схема реализации однократной задержки звукового сигнала приведена на рисунке 3.1.1

 

Рисунок 3.1.1 - Блок-схема реализации однократной задержки звукового сигнала

 

Входной сигнал х(п) одновременно поступает на линию задержки и на сумматор, формирующий выходной сигнал. Задержанный на величину D сигнал х(п) умножается на масштабный коэффициент а и также поступает на сумматор, формирующий выходной сигнал. Преобразования, осуществляемые данной схемой, могут быть выражены следующей формулой:

.                                      (3.1.1)

Данная схема является линейным фильтром с передаточной функцией:

.                                                    (3.1.2)

Поскольку при любом отражении звуковой сигнал ослабляется, то -1 < а < 1. Отрицательные значения соответствуют отражению в противофазе. Эта модель является достаточно грубой, поскольку как распространение звуковой волны, так и ее отражение являются частотно-зависимыми процессами. Однако в большинстве случаев эта модель является адекватной. Величина D определяется разностью времени между приходом прямой и отраженной звуковой волны.

Передаточная характеристика (3.1.2) является характеристикой гребенчатого фильтра. Отличительной особенностью данного класса фильтров является выполнение для них равенства

^.                                             (3.1.3)

Однократная цифровая задержка часто используется для оживления " сухой" музыки. В этом случае как основной, так и задержанный аудиосигналы складываются с одинаковой амплитудой. Для того чтобы при выполнении этой операции не возникало переполнения разрядной сетки цифрового устройства, оба сигнала складываются с коэффициентом 1/2. В этом случае используется задержка порядка 15—40 мс. Введение этой задержки приводит к появлению у слушателя впечатления, что два исполнителя играют в унисон. При уменьшении величины задержки ниже 10 мс в сигнале могут возникнуть нежелательные биения, поскольку сумма двух гармонических сигналов с одинаковой амплитудой может быть представлена как амплитудная модуляция гармонического сигнала с частотой, равной сумме частот исходных сигналов, гармоническим сигналом с частотой, равной разности частот исходных сигналов.

Область использования однократных задержек сигнала очень ограничена, поскольку в реальной жизни редко встречается ситуация, когда в акустическом поле присутствует только одна отражающая поверхность. Кроме того, как отмечалось выше, даже в этом случае для повышения адекватности модели необходимо использовать формирующий фильтр, учитывающий частотную характеристику отражающей поверхности и, возможно, частотную характеристику среды распространения сигнала. Для моделирования акустических полей с несколькими отражающими поверхностями и учета частотных характеристик процессов отражения и распространения звуковой волны используются многократные задержки.

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: