Что такое звуковые эффекты
Звуковой эффект
Звуковой эффект (англ. Sound effect или англ. audio effect ) — искусственно созданный или усиленный звук, или обработка звука, применяемый для подчеркивания художественного или иного содержания в кино, видео играх, музыке или других медиа.
Технические эффекты
Типичными звуковыми эффектами, которые применяются при подготовке аудиоматериала являются:
Ссылки
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Звуковой эффект» в других словарях:
Овердрайв (звуковой эффект) — У этого термина существуют и другие значения, см. Овердрайв. Овердрайв педаль Ibanez Tube Screamer (англ.) Овердрайв (англ. overdrive) звуковой эффект, достигаемый ис … Википедия
Звуковой барьер — Звуковой барьер в аэродинамике название ряда явлений, сопровождающих движение летательного аппарата (например, сверхзвукового самолёта, ракеты) на скоростях, близких к скорости звука или превышающих её. Содержание 1 Ударная волна,… … Википедия
Эффект Прандтля — Глоерта — Одно из проявлений эффекта Прандтля Глоерта, самолёт F/A 18 … Википедия
Эффект Вавилова — Черенкова — Электромагнитное излучение Синхротронное Циклотронное Тормозное Тепловое Монохроматическое Черенковское Переходное Радиоизлучение Микроволновое Терагерцевое … Википедия
Звуковой удар — – акустический эффект воздействия на окружающую среду ударных волн, образующихся при сверхзвуковом движении летательных аппаратов в атмосфере. [ГОСТ 23281 78] Рубрика термина: Акустические свойства Рубрики энциклопедии: Абразивное… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Эффект Прандтля — Одно из проявлений эффекта Пранд … Википедия
Эффект Доплера — Источник волн перемещается налево. Тогда слева частота волн становится выше (больше), а справа ниже (меньше), другими словами, если источник волн догоняет испускаемые им волны, то длина волны уменьшается. Если удаляется длина волны увеличивается … Википедия
Эффект Допплера — Источник волн перемещается налево. Тогда слева частота волн становится выше (больше), а справа ниже (меньше). Эффект Доплера изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника.… … Википедия
Делаем видеоролик интереснее: добавляем музыку, эффекты и весь этот саунд-дизайн
Содержание
Содержание
Когда музыкальный фон, шумы и различные эффекты органично вплетены в видеоролик, они совершенно незаметны и воспринимаются как данное. Поэтому немногие понимают, насколько значительную роль звуковое оформление играет в том, чтобы ролик стал эффектным и эффективно воздействовал на аудиторию. Сегодня, когда красивую картинку научился делать почти каждый, часто именно по звуку можно судить о качестве того или иного видео.
Как и зачем нужно добавлять музыку и шумы?
На радио различные отбивки и джинглы помогают отделить одну рубрику от другой и упорядочить структуру вещания. В кино звукоряд отражает эмоции героев и передает нужную атмосферу. Динамичным ритмом выделяется экшн, мажорные и минорные тональности служат для выражения тех или иных чувств, для смысловых акцентов часто применяется тишина и т.п. К примеру, большая часть истории в начальной сцене фильма «Дюнкерк» рассказывается через звук, а отсутствие какого-либо музыкального фона создает ощущение тревоги и держит зрителя в напряжении. Фильм получил Оскар за лучший звуковой монтаж.
В рекламе действует правило, пришедшее из анимации: любое действие на экране должно быть озвученным. Любой визуальный эффект с дополнительной подложкой или аудиоинформацией воспринимается намного более органичным и живым, чем без нее.
Поэтому каждая плашка с инфографикой или подписью, вылезающая из-за угла, должна сопровождаться собственным звуком. Эти звуки часто могут работать как переходы, склеивая между собой сцены и дополняя контекст, рассказывая больше об объектах в видео или акцентируя внимание на важных деталях.
Саунд-дизайн — то, что сегодня часто упускается из виду, но играет огромную роль в создании уникального стиля и атмосферы в любительских роликах для ютуба и блогов. Звук добавляет целое новое измерение в такие видео. Благодаря ему зритель лучше погружается в происходящее на экране. Ролик становится интереснее, атмосфернее. Некоторые даже находят в создании уникального саунд-дизайна свою индивидуальность:
В собственных видеороликах можно использовать ровно те же правила, что в кино, радио и рекламе. К примеру, тревел-блогеры в роликах о путешествиях могут делать переозвучку, добавляя эффекты из соответствующих библиотек, ведь аудио, записанное на микрофон камеры, не всегда достаточно качественное и эффектное.
Западные ютуберы используют много анимации и мини-скетчей в своих видео. Будь это научно-популярное видео, пародийная анимация или обзор фильма — почти в каждом видео с популярных каналов выполнена большая работа со звуком.
Типы звукового сопровождения в видеороликах
Кроме непосредственно речи в видеороликах содержится:
1. Музыка, эмбиент или звуковая текстура — фон, несущий настроение. К примеру, пульсация для создания саспенса (тревожного ожидания) в кино. Иногда всего одной звуковой деталью можно придать характер и уникальность целому фильму. Например, для фильма «Дюнкерк» композитор Ханс Циммер использовал запись карманных часов режиссера Кристофера Нолана. Итоговый микс тикания с тоном Шепарда — звукорядом с иллюзией бесконечно повышающегося тона — позволил добиться очень напряженной атмосферы без использования музыки в привычном понимании:
2. Спецэффекты: джинглы, отбивки, бас дропы и другие. Английские названия этих эффектов говорят сами за себя: whooshes и whoosh hits (эффекты “вжух” и “вжух-бум”), drones (монотонные синтетические гулы), booms, hits (различные удары), downers, risers (эффекты спада и нарастания) и т. п. Они отвечают за создание напряжения и служат для расстановки акцентов. В трейлерах ими часто маскируют переходы между кадрами, сценами и смысловыми частями.
Спецэффекты и их названия отлично показаны в рекламе соответствующих библиотек:
3. Шумы. Любое движение, шаг, вздох, топот копыт, хлопок в ладоши — все, что происходит на экране, должно быть озвучено. Сюда же часто относится озвучка текст-баблов, инфографики и анимации, хотя это не естественные шумы, а, скорее, спецэффекты.
Квентин Тарантино очень щепетильно относится к звуковому оформлению своего кино, применяя очень натуральные и сочные звуки. На ютубе есть подборки звуков из его фильмов, отлично иллюстрирующих эту внимательность:
Где взять спецэффекты, шумы, звуки и музыку для своего видеоролика?
Для некоммерческих видео главным источником любых звуков станет ютуб. Там можно найти практически всё, и качества звука будет достаточно, если только не планируется серьезная документалка или кинопостановка.
Если что-то не нашлось на ютубе, можно поискать в бесплатных библиотеках спецэффектов, «стоках» — таковых множество:
То же касается и фоновой музыки для видеоролика — всегда найдется ресурс, где подходящую по настроению композицию можно получить бесплатно:
В большинстве случаев вам придется указать авторство композиции в титрах или описании к ролику, но музыку вы получите официально и ютуб не отберет вашу монетизацию в пользу кого-то другого.
Сделай сам: звуки, шумы и спецэффекты
Если есть время, желание и минимальное оборудование, все нужные звуки можно сделать и записать самостоятельно. Для этого потребуется аудиорекордер — современные модели пишут аудио высокого качества на SD-карту и имеют неплохие встроенные микрофоны, а топовые устройства предусматривают разъемы для подключения внешних микрофонов с фантомным питанием.
Рекордер позволяет собрать коллекцию почти любых звуков самостоятельно. Если видео снимается про путешествия и прогулки, нужно выехать за город на природу и погулять с рекордером, записывая все, что попадется на пути: шум деревьев, пение птиц, шелест травы, стрекот кузнечиков, гул проезжающих мимо машин и т. п. Все это нужно впоследствии обработать и затем рассовать по соответствующим каталогам. Так можно записать и собственные «вжухи», «вшшш», и другие эффекты для озвучивания движения камеры — их можно изготовить из микса шуршания тканей и, например, выдвигающихся ящиков. При создании звукового оформления фильма все уникальные шумы создаются «с нуля» специальными сотрудниками — шумовиками. Так, например, они работают над звуком на студии Warner Bros:
Профессия фоли (foley artist, в советской киношколе — шумовик) предполагает разработку шумов и звуков для видеороликов, кино, а с некоторых пор и игр. Как правило, фоли работают в собственной студии, где уже собрана целая коллекция предметов для создания тех или иных звуков.
Решения бывают самые неожиданные: например, звук дождя за окном можно сымитировать жарящимся беконом. Звукорежиссер Бен Бертт использовал сильно обработанный собственный голос в сочетании с аналоговым синтезатором, чтобы создать звуки для робота R2-D2 из «Звездных Войн». А для озвучивания таракана — земного спутника робота ВАЛЛ-И в одноименном мультфильме (и настоящем шедевре саунд-дизайна) — записал щелчки наручников. А самые отвратительные звуки для Mortal Kombat, например, крошащихся костей и вытекающих внутренностей, были записаны вполне безобидно — пострадали только овощи, орехи и фрукты:
Обработка и автоматизация для шумов и эффектов
Сами по себе звуковые эффекты и их библиотеки — лишь сырой материал для работы. Чтобы он зазвучал в унисон кадру, нужно поместить все звуки в соответствующее окружение. Это делается с помощью обработки. При этом автоматизация — заранее спрограммированное изменение параметров этой обработки — позволяет получить более глубокий микс. Например, если человек входит в кадр слева и уходит вправо, то звук шагов необходимо автоматизировать: постепенно менять баланс звуковой дорожки с левого канала к правому.
Эквализация
В видеороликах при монтаже присутствуют десятки звуковых дорожек. Чтобы они не мешали друг другу, нужно их эквализировать, а в определенных случаях даже автоматизировать эквализацию. К примеру, если в какой-то момент необходимо сделать низкий кик или басс-дроп, нужно срезать низы с остальных дорожек хотя бы на этот момент, чтобы бас был четким и проигрывался как надо.
В музыке полезно подрезать средние частоты, чтобы оставить место под речь, в эффектах срезать немного высоких, чтобы задвинуть их немного на задний план и т. п. Чем больше в звуке высоких, тем он ближе, чем меньше — тем он дальше.
Реверберация
Реверберация добавляет пространство и объем в исходный сигнал. К примеру, если действие в кадре происходит в большом зале или пещере, то все звуки должны обладать длинным эхо, иначе они не будут сочетаться с картинкой. Звук совсем без реверберации будет звучать как бы вплотную к слушателю, как будто он издается прямо рядом с ухом. Чем больше в звук добавляется реверберации — тем больше он отдаляется от слушателя.
Панорамирование
Хороший способ оставить место для важных звуков по центру — разбросать менее важные по бокам. Многие шумы (шаги, скрипы, капание воды), спецэффекты (райзы, эмбиенс) и другие звуки могут быть панорамированы, и даже автоматизированы, чтобы гулять из стороны в сторону. Таким образом звук будет ощущаться более трехмерным и живым, поскольку человек воспринимает мир через оба уха, и звуки приходят то в левое, то в правое. По центру при этом обычно располагаются диалоги и другие важные звуки.
Громкость
Если в кадре, например, мотоцикл уезжает от зрителя, то его звук должен становиться тише. А если человек приближается, громкость нужно увеличить. Именно динамичное изменение уровней громкости и панорамы позволяет манипулировать глубиной картины.
Смешивание слоев (layering)
Смешивание разных звуков помогает получить что-то радикально новое. К примеру, для озвучения динозавров в оригинальном «Парке Юрского Периода» смешались высокий стрекот-писк дельфина и рык моржа. Работа со слоями — мощный творческий инструмент, позволяющий получить любые звуки, какие только можно представить.
Теория звука. Что нужно знать о звуке, чтобы с ним работать. Опыт Яндекс.Музыки
Звук, как и цвет, люди воспринимают по-разному. Например, то, что кажется слишком громким или некачественным одним, может быть нормальным для других.
Для работы над Яндекс.Музыкой нам всегда важно помнить о разных тонкостях, которые таит в себе звук. Что такое громкость, как она меняется и от чего зависит? Как работают звуковые фильтры? Какие бывают шумы? Как меняется звук? Как люди его воспринимают.
Мы довольно много узнали обо всём этом, работая над нашим проектом, и сегодня я попробую описать на пальцах некоторые основные понятия, которые требуется знать, если вы имеете дело с цифровой обработкой звука. В этой статье нет серьёзной математики вроде быстрых преобразований Фурье и прочего — эти формулы несложно найти в сети. Я опишу суть и смысл вещей, с которыми придётся столкнуться.
Поводом для этого поста можете считать то, что мы добавили в приложения Яндекс.Музыки возможность слушать треки в высоком качестве (320kbps). А можете не считать. Итак.
Оцифровка, или Туда и обратно
Прежде всего разберёмся с тем, что такое цифровой сигнал, как он получается из аналогового и откуда собственно берётся аналоговый сигнал. Последний максимально просто можно определить как колебания напряжения, возникающие из-за колебаний мембраны в микрофоне.
Рис. 1. Осциллограмма звука
Это осциллограмма звука — так выглядит аудио сигнал. Думаю, каждый хоть раз в жизни видел подобные картинки. Для того чтобы понять, как устроен процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой, нужно нарисовать осциллограмму звука на миллиметровой бумаге. Для каждой вертикальной линии найдем точку пересечения с осциллограммой и ближайшее целое значение по вертикальной шкале — набор таких значений и будет простейшей записью цифрового сигнала.
Рис. 2. Интерактивный пример сложения волн и оцифровки сигнала.
Источник: www.desmos.com/calculator/aojmanpjrl
Воспользуемся этим интерактивным примером, чтобы разобраться в том, как накладываются друг на друга волны разной частоты и как происходит оцифровка. В левом меню можно включать/выключать отображение графиков, настраивать параметры входных данных и параметры дискретизации, а можно просто двигать контрольные точки.
На аппаратном уровне это, разумеется, выглядит значительно сложнее, и в зависимости от аппаратуры сигнал может кодироваться совершенно разными способами. Самым распространённым из них является импульсно-кодовая модуляция, при которой записывается не конкретное значение уровня сигнала в каждый момент времени, а разница между текущим и предыдущим значением. Это позволяет снизить количество бит на каждый отсчёт примерно на 25%. Этот способ кодирования применяется в наиболее распространённых аудио-форматах (WAV, MP3, WMA, OGG, FLAC, APE), которые используют контейнер PCM WAV.
В реальности для создания стерео-эффекта при записи аудио чаще всего записывается не один, а сразу несколько каналов. В зависимости от используемого формата хранения они могут храниться независимо. Также уровни сигнала могут записываться как разница между уровнем основного канала и уровнем текущего.
Обратное преобразование из цифрового сигнала в аналоговый производится с помощью цифро-аналоговых преобразователей, которые могут иметь различное устройство и принципы работы. Я опущу описание этих принципов в данной статье.
Дискретизация
Как известно, цифровой сигнал — это набор значений уровня сигнала, записанный через заданные промежутки времени. Процесс преобразования непрерывного аналогового сигнала в цифровой сигнал называется дискретизацией (по времени и по уровню). Есть две основные характеристики цифрового сигнала — частота дискретизации и глубина дискретизации по уровню.
Рис. 3. Дискретизация сигнала.
Источник: https://en.wikipedia.org/wiki/Sampling_(signal_processing)
Частота дискретизации указывает на то, с какими интервалами по времени идут данные об уровне сигнала. Существует теорема Котельникова (в западной литературе её упоминают как теорему Найквиста — Шеннона, хотя встречается и название Котельникова — Шеннона), которая утверждает: для возможности точного восстановления аналогового сигнала из дискретного требуется, чтобы частота дискретизации была минимум в два раза выше, чем максимальная частота в аналоговом сигнале. Если брать примерный диапазон воспринимаемых человеком частот звука 20 Гц — 20 кГц, то оптимальная частота дискретизации (частота Найквиста) должна быть в районе 40 кГц. У стандартных аудио-CD она составляет 44.1 кГц
Рис. 4. Квантование сигнала.
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/Квантование_(обработка сигналов)
Глубина дискретизации по уровню описывает разрядность числа, которым описывается уровень сигнала. Эта характеристика накладывает ограничение на точность записи уровня сигнала и на его минимальное значение. Стоит специально отметить, что данная характеристика не имеет отношения к громкости — она отражает точность записи сигнала. Стандартная глубина дискретизации на audio-CD — 16 бит. При этом, если не использовать специальную студийную аппаратуру, разницу в звучании большинство перестаёт замечать уже в районе 10-12 бит. Однако большая глубина дискретизации позволяет избежать появления шумов при дальнейшей обработке звука.
В цифровом звуке можно выделить три основных источника шумов.
Джиттер
Это случайные отклонения сигнала, как правило, возникающие из-за нестабильности частоты задающего генератора или различной скорости распространения разных частотных составляющих одного сигнала. Данная проблема возникает на стадии оцифровки. Если описывать «на пальцах» «на миллиметровке», это происходит из-за немного разного расстояния между вертикальными линиями.
Шум дробления
Он напрямую связан с глубиной дискретизации. Так как при оцифровке сигнала его реальные значения округляются с определённой точностью, возникают слабые шумы, связанные с её потерей. Эти шумы могут появляться не только на стадии оцифровки, но и в процессе цифровой обработки (например, если сначала уровень сигнала сильно понижается, а затем — снова повышается).
Алиасинг
При оцифровке возможна ситуация, при которой в цифровом сигнале могут появиться частотные составляющие, которых не было в оригинальном сигнале. Данная ошибка получила название Aliasing. Этот эффект напрямую связан с частотой дискретизации, а точнее — с частотой Найквиста. Проще всего понять, как это происходит, рассмотрев вот эту картинку:
Рис. 5. Алиас. Источник: ru.wikipedia.org/wiki/Алиасинг
Зелёным показана частотная составляющая, частота которой выше частоты Найквиста. При оцифровке такой частотной составляющей не удаётся записать достаточно данных для её корректного описания. В результате при воспроизведении получается совершенно другой сигнал — жёлтая кривая.
Уровень сигнала
Поначалу бывает тяжело разобраться с тем, как соотносятся децибелы и реальный уровень сигнала. На самом деле всё просто. Каждые
6 dB (точнее 20 log(2)
N.B. Стоит упомянуть, что логарифм в данном случае берётся десятичный, в то время как большинство библиотек под функцией с названием log подразумевает натуральный логарифм.
96.33 dB, для 24 бит
144.49 dB. Это означает, что самый большой перепад уровня, который можно описать с 24-битной глубиной дискретизации (144.49 dB), на 48.16 dB больше, чем самый большой перепад уровня с 16-битной глубиной (96.33 dB). Плюс к тому — шум дробления при 24 битах на 48 dB тише.
Восприятие
Когда мы говорим о восприятии звука человеком, следует сначала разобраться, каким образом люди воспринимают звук. Очевидно, что мы слышим с помощью ушей. Звуковые волны взаимодействуют с барабанной перепонкой, смещая её. Вибрации передаются во внутреннее ухо, где их улавливают рецепторы. То, насколько смещается барабанная перепонка, зависит от такой характеристики, как звуковое давление. При этом воспринимаемая громкость зависит от звукового давления не напрямую, а логарифмически. Поэтому при изменении громкости принято использовать относительную шкалу SPL (уровень звукового давления), значения которой указываются всё в тех же децибелах. Стоит также заметить, что воспринимаемая громкость звука зависит не только от уровня звукового давления, но ещё и от частоты звука:
Рис. 6. Зависимость воспринимаемой громкости от частоты и амплитуды звука.
Источник: ru.wikipedia.org/wiki/Громкость_звука
Громкость
Простейшим примером обработки звука является изменение его громкости. При этом происходит просто умножение уровня сигнала на некоторое фиксированное значение. Однако даже в таком простом деле, как регулировка громкости, есть один подводный камень. Как я уже отметил ранее, воспринимаемая громкость зависит от логарифма звукового давления, а это значит, что использование линейной шкалы громкости оказывается не очень эффективным. При линейной шкале громкости возникает сразу две проблемы — для ощутимого изменения громкости, когда ползунок находится выше середины шкалы приходится достаточно далеко его сдвигать, при этом ближе к самому низу шкалы сдвиг меньше, чем на толщину волоса, может изменить громкость в два раза (думаю, с этим каждый сталкивался). Для решения данной проблемы используется логарифмическая шкала громкости. При этом на всей её длине передвижение ползунка на фиксированное расстояние меняет громкость в одинаковое количество раз. В профессиональной записывающей и обрабатывающей аппаратуре, как правило, используется именно логарифмическая шкала громкости.
Математика
Тут я, пожалуй, немного вернусь к математике, потому что реализация логарифмической шкалы оказывается не такой простой и очевидной вещью для многих, а найти в интернете данную формулу не так просто, как хотелось бы. Заодно покажу, как просто переводить значения громкости в dBFS и обратно. Для дальнейших объяснений это будет полезным.
Цифровая обработка
Из того, что сигнал имеет верхнее ограничение уровня, следует, что нельзя безопасно увеличивать громкость выше единицы. При этом пики, которые окажутся выше границы, будут «срезаны» и произойдёт потеря данных.
Рис. 7. Клиппинг.
Источник: https://en.wikipedia.org/wiki/Clipping_(audio)
На практике всё это означает, что стандартные для Audio-CD параметры дискретизации (16 бит, 44,1 кГц) не позволяют производить качественную обработку звука, потому что имеют очень малую избыточность. Для этих целей лучше использовать более избыточные форматы. Однако стоит учитывать, что общий размер файла пропорционален параметрам дискретизации, поэтому выдача таких файлов для он-лайн воспроизведения — не лучшая идея.
Измерение громкости
Для того чтобы сравнивать громкость двух разных сигналов, её для начала нужно как-то измерить. Существует по меньшей мере три метрики для измерения громкости сигналов — максимальное пиковое значение, усреднённое значение уровня сигнала и метрика ReplayGain.
Максимальное пиковое значение достаточно слабая метрика для оценки громкости. Она никак не учитывает общий уровень громкости — например, если записать грозу, то большую часть времени на записи будет тихо шелестеть дождь и лишь пару раз прогремит гром. Максимальное пиковое значение уровня сигнала у такой записи будет довольно высоким, но большая часть записи будет иметь весьма низкий уровень сигнала. Однако эта метрика всё равно является полезной — она позволяет вычислить максимальное усиление, которое можно применить к записи, при котором не будет потерь данных из-за «обрезания» пиков.
Усреднённое значение уровня сигнала — более полезная метрика и легко вычислимая, но всё же имеет существенные недостатки, связанные с тем, как мы воспринимаем звук. Визг циркулярной пилы и рокот водопада, записанные с одинаковым средним уровнем сигнала, будут восприниматься совершенно по-разному.
ReplayGain наиболее точно передает воспринимаемый уровень громкости записи и учитывает физиологические и психические особенности восприятия звука. Для промышленного выпуска записей многие звукозаписывающие студии используют именно её, также она поддерживается большинством популярных медиа-плееров. (Русская статья на WIKI содержит много неточностей и фактически не корректно описывает саму суть технологии)
Нормализация громкости
Иногда нормализацию громкости производят в рамках одной записи — при этом различные части записи усиливают на разные величины, чтобы их воспринимаемая громкость была одинаковой. Такой подход очень часто применяется в компьютерных видео-плеерах — звуковая дорожка многих фильмов может содержать участки с очень сильно отличающейся громкостью. В такой ситуации возникают проблемы при просмотре фильмов без наушников в позднее время — при громкости, на которой нормально слышен шёпот главных героев, выстрелы способны перебудить соседей. А на громкости, при которой выстрелы не бьют по ушам, шёпот становится вообще неразличим. При внутри-трековой нормализации громкости плеер автоматически увеличивает громкость на тихих участках и понижает на громких. Однако этот подход создаёт ощутимые артефакты воспроизведения при резких переходах между тихим и громким звуком, а также порой завышает громкость некоторых звуков, которые по задумке должны быть фоновыми и еле различимыми.
Также внутреннюю нормализацию порой производят, чтобы повысить общую громкость треков. Это называется нормализацией с компрессией. При этом подходе среднее значение уровня сигнала максимизируется за счёт усиления всего сигнала на заданную величину. Те участки, которые должны были быть подвергнуты «обрезанию», из-за превышения максимального уровня усиливаются на меньшую величину, позволяя избежать этого. Этот способ увеличения громкости значительно снижает качество звучания трека, но, тем не менее, многие звукозаписывающие студии не брезгуют его применять.
Фильтрация
Я не стану описывать совсем все аудио-фильтры, ограничусь только стандартными, которые присутствуют в Web Audio API. Самым простым и распространённым из них является биквадратный фильтр (BiquadFilterNode) — это активный фильтр второго порядка с бесконечной импульсной характеристикой, который может воспроизводить достаточно большое количество эффектов. Принцип работы этого фильтра основан на использовании двух буферов, каждый с двумя отсчётами. Один буфер содержит два последних отсчёта во входном сигнале, другой — два последних отсчёта в выходном сигнале. Результирующее значение получается с помощью суммирования пяти значений: текущего отсчёта и отсчётов из обоих буферов перемноженных на заранее вычисленные коэффициенты. Коэффициенты данного фильтра задаются не напрямую, а вычисляются из параметров частоты, добротности (Q) и усиления.
Lowpass
Рис. 8. Фильтр lowpass.
Пропускает только частоты ниже заданной частоты. Фильтр задаётся частотой и добротностью.
Highpass
Рис. 9. Фильтр highpass.
Действует аналогично lowpass, за исключением того, что он пропускает частоты выше заданной, а не ниже.
Bandpass
Рис. 10. Фильтр bandpass.
Этот фильтр более избирателен — он пропускает только определённую полосу частот.
Notch
Рис. 11. Фильтр notch.
Является противоположностью bandpass — пропускает все частоты вне заданной полосы. Стоит, однако, отметить разность в графиках затухания воздействия и в фазовых характеристиках данных фильтров.
Lowshelf
Рис. 12. Фильтр lowshelf.
Является более «умной» версией highpass — усиливает или ослабляет частоты ниже заданной, частоты выше пропускает без изменений. Фильтр задаётся частотой и усилением.
Highshelf
Рис. 13. Фильтр highshelf.
Более умная версия lowpass — усиливает или ослабляет частоты выше заданной, частоты ниже пропускает без изменений.
Peaking
Рис. 14. Фильтр peaking.
Это уже более «умная» версия notch — он усиливает или ослабляет частоты в заданном диапазоне и пропускает остальные частоты без изменений. Фильтр задаётся частотой, усилением и добротностью.
Фильтр allpass
Рис. 15. Фильтр allpass.
Allpass отличается ото всех остальных — он не меняет амплитудные характеристики сигнала, вместо чего делает фазовый сдвиг заданных частот. Фильтр задаётся частотой и добротностью.
Фильтр WaveShaperNode
Вейвшейпер (en) применяется для формирования сложных эффектов звуковых искажений, в частности с помощью него можно реализовать эффекты «дисторшна», «овердрайва» и «фузза». Данный фильтр применяет к входному сигналу специальную формирующую функцию. Принципы построения подобных функций довольно сложные и тянут на отдельную статью, поэтому я опущу их описание.
Фильтр ConvolverNode
Фильтр, производящий линейную свёртку входного сигнала с аудио-буфером, задающим некую импульсную характеристику. Импульсная характеристика — это ответ некой системы на единичный импульс. Простым языком это можно назвать «фотографией» звука. Если реальная фотография содержит информацию о световых волнах, о том, насколько они отражаются, поглощаются и взаимодействуют, то импульсная характеристика содержит аналогичную информацию о звуковых волнах. Свёртка аудио-потока с подобной «фотографией» как бы накладывает эффекты окружения, в котором была сняла импульсная характеристика на входной сигнал.
Для работы данного фильтра требуется разложение сигнала на частотные составляющие. Это разложение производится с помощью быстрого преобразования Фурье (к сожалению, в русскоязычной Википедии совершенно несодержательная статья, написанная, судя по всему, для людей, которые и так знают, что такое БПФ и сами могут написать такую же несодержательную статью). Как я уже говорил во вступлении, не стану приводить в данной статье математику БПФ, однако не упомянуть краеугольный алгоритм для цифровой обработки сигналов было бы неправильно.
Данный фильтр реализует эффект реверберации. Существует множество библиотек готовых аудио-буферов для данного фильтра, которые реализуют различные эффекты (1, 2), подобные библиотеки хорошо находятся по запросу [impulse response mp3].
Материалы
Большое спасибо моим коллегам, которые помогали собирать материалы для этой статьи и давали полезные советы.
Отдельное спасибо Тарасу Audiophile Ковриженко за описание алгоритмов нормализации и максимизации громкости и Сергею forgotten Константинову за большое количество пояснений и советов по данной статье.
UPD. Поправил раздел про фильтрацию и добавил ссылки по разным типам фильтров. Спасибо Денису deniskreshikhin Крешихину и Никите merlin-vrn Киприянову за то, что обратили внимание.