Időben változó, háromdimenziós spektrumkép

Ha az egyes összetevők időbeli változását szeretnénk vizsgálni, háromdimenziós spektrumképre van szükség. A 13.12. és 13.13. ábrán a függőleges tengely továbbra is az amplitúdóé, a vízszintes tengelyre kerül az idő. A frekvenciát, illetve az egyes szinuszösszetevőket a harmadik tengelyen helyezhetjük el. Ez az ábrázolásmód

Hanganalízis, hangszintézis

megmutatja egy spektrum minden fontos összetevőjét, illetve leolvasható belőle, hogy a zenei paraméterek mindegyike (vagyis a frekvencia, az idő és az amplitúdó) befolyásolja a hangszínt, illetve a spektrumot.

13.10. ábra - Spektrumábrázolás, 3D

13.11. ábra - Spektrumábrázolás, 3D

1.3.4. A szonogram

A spektrum ábrázolásának legvilágosabb módja a szonogram. Ez a reprezentáció áll talán a legközelebb a zenészek gondolkodásához, hiszen a tengelyek felosztása hasonlít a hagyományos kotta képéhez. A függőleges koordináta a frekvenciák helye, a vízszintes pedig az időé. A szonogram „harmadik” dimenzióját a színerősség vagy színek képzik, melyek az amplitúdót ábrázolják. Általában mennél sötétebb színe van egy összetevőnek,

Hanganalízis, hangszintézis

annál hangosabb, és fordítva, de vannak már olyan felhasználások is, ahol a felhasználó maga állítja be, milyen paramétert milyen szín képviseljen.

szonogram01: Cselló

13.3. hang

A 13.14. ábra spektrogramján látható, hogy hol vált hangmagasságot a felvételen játszó csellista, vagyis az időt reprezentáló vízszintes tengelyen a ritmus jelenik meg. Az idézett Bach-tétel 5-6-5 hangra tagolódik, melyből mindegyik csoport első hangja relatíve magas, a csoportok 5. hangjai pedig mélyek. Az ábrán a magas hangoknak megfelelő pillanatok a ritkábban bordázott hangoknak felelnek meg. Ezeknél nem csak az alaphang magasabb, de az összetevők is messzebb vannak egymástól, és magasabb frekvenciatartományba hatolnak be. A magasabb tartomány megjelenését okozza az is, hogy az előadó a hangcsoportok kezdetének kiemeléséhez hangosabb, dúsabb hangszínű hangot játszik.

Szonogram02: gong

13.4. hang

Hanganalízis, hangszintézis

A 13.15. ábra és az előző példa összehasonlításakor azonnal látszik, hogy utóbbin a bordázottság helyett szinte folyamatosan sötét a kép, és a csellóhanghoz képest itt nincs olyan erős vonal, amelyhez képest a többi összetevő egyenletesen oszlana el felfelé. Jól látható még az is, hogy a nagyobb frekvenciájú összetevők a hang vége felé fokozatosan eltűnnek. A bordázottság hiánya mutatja azt, hogy nincs világos alaphang, és emiatt nem hallunk egyértelmű hangmagasságot sem. Az eltűnő összetevőknek köszönhetően mégis azt hallani a felvételen, hogy a hang fokozatosan mélyül, még ha pontosan nem is tudjuk visszaadni, milyen hangmagasságot követve.

Szonogram03: doromb

13.5. hang

Hanganalízis, hangszintézis

A 13.16. ábra öt világosan megkülönböztethető hangból áll. A hangokat reprezentáló alakzatok nagyon hasonlítanak egymásra, aminek az az oka, hogy a dorombon, melyen megszólalnak, csak egy alaphangmagasságot lehet játszani. Mivel a hangszer a szájban tartva szólal meg, a különbségek az előadó szájüregének változtatásából fakadnak. A hullámvonalak azt jelzik, hogy miként erősödött vagy halkult valamely összetevő, miközben a többi összetevő (az ábrán a vonalak) a helyén maradt.

Feladat: hallgasd meg a 13.17. és a 13.18. ábrán látható szonogramokhoz tartozó hangokat, és próbáld megtalálni a szonogramokon jellegzetességeiket!

Szonogram04: férfihang, beszéd

13.6. hang

Hanganalízis, hangszintézis

Szonogram05: férfihang, nevetés

13.7. hang

Hanganalízis, hangszintézis

A 13.19. ábrán jelen idejű szonogram interfésze látható. Bejövő mikrofonjel adatai, változtatható szinuszhullám és hangfájl spektrumát lehet a segítségével tanulmányozni.

Interaktív példa! Az interaktív példaprogram letölthető Windows és Mac OS X plaformokra a következő linkeken: WIN, OSX.

Élő szonogram

2. Hangszintézis

Hangszintézisnek nevezzük a hang elektronikus eszközökkel történő létrehozását akusztikus forrás alkalmazása nélkül. Elvileg a semmiből, illetve a jelek fizikai, matematikai leírásából indulunk ki, amikor valamilyen hanghullámnak megfelelő elektronikus jelet képzünk, melynek feszültségváltakozásai megfelelnek a hang nyomásváltozás-mintázatának.

2.1. Szintézistechnikák

Hanganalízis, hangszintézis

A hang teljes reprezentációját természetesen maga a hullámforma jelenti, mely önmagában azonban csak ritkán hordoz információt az érzékelt hangszínről. Ezért a hullámforma kialakításához valamilyen szintézismódszerre vagy szintézistechnikára van szükség. A szintézistechnika hangok generálásához kialakított stratégia, digitális szintézis esetén számítási folyamat vagy képlet, amely valamilyen modell formájában kapaszkodókat nyújt az elképzelt hangszíntulajdonságok reprezentálásához. Egyes módszerek a hang spektrumát, mások a hang előállításának módját vagy időbeni változásait mintázzák.

A szintézistechnikák száma az első szintetizátor megjelenése óta folyamatosan bővül, a módszerek felhasználása egyre komplexebbé és kifinomultabbá válik. Jelenleg a következő technikák képezik hangszintézis alapjait:¹

• hullámforma-ismétlés

Szintetizátornak azokat az elektronikus hangszereket nevezzük, amelyek elektronikus módon generálnak hangokat. A köztudatban az él, hogy a szintetizátorokon az akusztikus zongoráéhoz hasonló billentyűzet segítségével lehet játszani, azonban szintetizátoroknak nevezzük azokat a kontroller nélküli „agyakat” is, amelyek akár hardver, akár szoftver formájában képesek bizonyos módszerek, algoritmusok alapján különböző hangzásokat előállítani.

2.2.1. Hardware-szintetizátorok

Az egyik legelső szintetizátor Taddheus Cahill Telharmoniuma volt, melyet 1906-ban, New York-ban építettek meg. A hatalmas, több tonnát nyomó hangszerrel együtt feltalálója meghatározta az első szintézistechnikát is, ugyanis a hangszer szinuszhullámok összeadásával, azaz additív szintézissel működött.

A ’20-as évektől számos elektronikus hangszert fejlesztettek, amelyek már szintetizátornak nevezhetőek (pl.

theremin, onde Martenot, trautonium stb.), de széles körben csak a ’60-as évek második felétől, Robert Moog moduláris szintetizátorainak megjelenése óta váltak népszerűvé a hangszerek. Ezek a szintetizátorok már alkalmasak voltak különböző szintézistechnikák megvalósítására.

13.12. ábra - Moog szintetizátor

1A hangszintézis-technikákat Szigetvári Andrea–Siska Ádám „Hangdizájn, hangszintézis és hangátalakítás” c. tananyaga tárgyalja részletesen.