Дилэй

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.
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.
Однократная цифровая задержка часто используется для оживления «сухой» музыки. В этом случае как основной, так и задержанный аудиосигналы складываются с одинаковой амплитудой

.
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.
— Delay (дилэй). Собственно, эффект задержки (от англ. «delay» — задержка) применяется чаще в случаях, когда моно сигнал требуется преобразовать в нечто вроде псевдостерео. Если моно сигнал подать в оба канала стереофонической акустической системы, то путем некоторой задержки сигнала в одном из каналов можно добиться получения стерео эффекта. Если же в оба канала сигнал приходит одновременно, то слушателю будет казаться, что источник звука расположен посредине. Меняя задержку сигнала в одном из каналов в пределах 8 мс можно получить эффект перемещения источника звука по стерео панораме.
Необходимость в эффекте дилэй (delay) возникла с началом применения стереофонии. Сама природа слухового аппарата человека предполагает в большинстве ситуаций поступление в мозг двух звуковых сигналов, отличающихся временами прихода. Если источник звука находится «перед глазами»: на перпендикуляре, проведенном к линии, проходящей через уши, то прямой звук от источника достигает обоих ушей в одно и то же время. Во всех остальных случаях расстояния от источника до ушей различны, поэтому одно либо другое ухо воспринимает звук первым. Проведем несложные расчеты. Время задержки (разницы во времени приема сигналов ушами) будет максимальным в том случае, когда источник расположен напротив одного из ушей. Так как расстояние между ушами — около 20 см, то максимальная задержка может составлять около 6 мс. Этим величинам соответствует волна звукового колебания с частотой около 1,7 кГц.
Для более высокочастотных звуковых колебаний длина волны становится меньше, чем расстояние между ушами, и разница во времени приема сигналов ушами становится неощутимой. Предельная частота колебаний, задержка которых воспринимается человеком, зависит от направления на источник. Она растет по мере того, как источник звука смещается от точки, расположенной напротив одного из ушей, к точке, расположенной перед человеком.
Дилэй применяется прежде всего в том случае, когда запись голоса или акустического музыкального инструмента, выполненную с помощью единственного микрофона, «встраивают» в стереофоническую композицию. Этот эффект служит основой технологии создания стереозаписей.
Но дилэй может применяться и для получения эффекта однократного повторения каких-либо звуков. Величина задержки между прямым сигналом и его задержанной копией в этом случае выбирается большей, чем естественная задержка в 8 мс. Какая именно задержка должна быть выбрана? Ответ на этот вопрос определяется несколькими факторами. Прежде всего, следует руководствоваться эстетическими критериями, художественной целью и здравым смыслом. Для коротких и резких звуков время задержки, при котором основной сигнал и его копия различимы, меньше, чем для протяженных звуков. Для произведений, исполняемых в медленном темпе, задержка может быть больше, чем для быстрых композиций.
При определенных соотношениях громкостей прямого и задержанного сигналов может иметь место психоакустический эффект изменения кажущегося расположения источника звука на стереопанораме.
Этот эффект реализуется с помощью устройств, способных осуществлять задержку акустического или электрического сигналов. Таким устройством сейчас чаще всего служит цифровая линия задержки, представляющая собой цепочку из элементарных ячеек — триггеров задержки. Принцип действия триггера задержки сводится к следующему: символ двоичного сигнала, поступивший в некоторый тактовый момент на его вход, появится на его выходе не мгновенно, а только в очередной тактовый момент. Общее время задержки в линии тем больше, чем больше триггеров задержки включено в цепочку, и тем меньше, чем меньше тактовый интервал (чем больше тактовая частота). В качестве цифровых линий задержки можно использовать запоминающие устройства. Известны специальные алгоритмы адресации ячеек запоминающих устройств, обеспечивающие «скольжение» информации «вдоль» адресного пространства. Разумеется, для применения цифровой линии задержки сигнал должен быть сначала преобразован в цифровую форму. А после прохождения копией сигнала линии задержки происходит цифроаналоговое преобразование. Исходный сигнал и его задержанная копия могут быть как раздельно направлены в различные стереоканалы, так и смешаны в различных пропорциях. Суммарный сигнал можно направить либо в один из стереоканалов, либо в оба.
В звуковых редакторах дилэй реализуется программным (математическим) путем за счет изменения относительной нумерации отсчетов исходного сигнала и его копии.
Возможны такие, например, разновидности задержки, при которых формируются несколько задержанных на различное время копий сигнала.
В виртуальных дилэях, как и в их аппаратных прототипах, обязательно имеются регуляторы глубины и частоты модуляции задержанного сигнала, а также регулятор коэффициента обратной связи (feedback). Сигнал с выхода подается опять в линию задержки. Время затухания устанавливается регулятором обратной связи. Чтобы однократное повторение превратилось в настоящее повторяющееся эхо, коэффициент обратной связи надо увеличить. Как правило, и в реальных, и в виртуальных устройствах имеется регулятор, при помощи которого можно подобрать такое время задержки, чтобы оно соответствовало темпу композиции.
Аналоговые схемы построены на основе ПЗС (приборов с зарядовой связью). Особенность — сигнал, проходя через элементы схемы, теряет высокочастотные составляющие. В результате чего с каждым повтором происходит «замыливание» сигнала.
Основные параметры:
1) Обратная связь (feedback, regeneration) — при отсутствии обратной связи на выходе будет одна задержка, с увеличением её значения растёт и количество сигналов на выходе.
2) Время задержки (delay, time) — промежуток времени между исходным сигналом и его задержкой (задержками).
3) Баланс (balance, mix) — соотношение исходного и задержанного сигналов
Далее следует рассмореть такие эффекты как Флэнжер и фэйзер (Flanger, Phaser) в виду того что эффеты очень похожи по способу их получения и различия между ними чисто количественная. Флэнжер отличается от фейзера тем, что для первого эффекта время задержки копии (или времена задержек копий) и изменение частот сигнала значительно большее, чем для второго.
— Flanger – флэнжер (от англ. «flange» — фланец, кайма). Реализация этого эффекта напоминает реализацию эффекта эха или хора. Сначала входной сигнал разделяется на два независимых сигнала, один из которых остается без изменений, в то время как другой поступает на линию задержки. В линии задержки осуществляется задержка сигнала на 5-15 мс, причем время задержки изменяется в соответствии с сигналом генератора низких частот. На выходе задержанный сигнал смешивается с исходным. Генератор низких частот осуществляет модуляцию времени задержки сигнала. Он вырабатывает колебания определенной формы, лежащие в пределах от 3 Гц и ниже. Изменяя частоту, форму и амплитуду колебаний низкочастотного генератора, можно получать различный выходной сигнал.
Часть выходного сигнала подается обратно на вход и в линию задержки. В результате резонанса сигналов получается фланжер-эффект. Фаза сигнала обратной связи иногда инвертируется, тем самым достигается дополнительная вариация звукового сигнала. При определенном соотношении задержек, частоты и глубины модуляции возможно получение эффекта, напоминающего восприятие гудка проезжающего мимо слушателя паровоза. В аналоговых устройствах флэнжер достигается путем пропускания сигнала через гребенчатые фильтры.
Из схемы видно что эффект работает по принципу разделения сигнаа на два одинаковых независимых друг от друга сигнала. Один из них остаётся нетронутым, а второй подвергается воздействию задержки. Время задержки регулируется генератором частоты. Изменив параметры генератора можно изменять выходной сигнал. На выходе оба сигнала попадают на сумматор, одновременно часть выходного сигнала подаётся на вход с задержкой. Финальным эффектом являются эти смешанные сигналы.
Основные параметры:
1)Глубина (depth) — характеризует диапазон изменения времени задержки.
2)Скорость (speed, rate) — быстрота изменения «плавания» звука, регулируется частотой низкочастотного генератора.
3)Форма волны генератора низкой частоты (LFO waveform) — бывает синусоидальной (sin), треугольной (triangle) и логарифмической (log).
4)Баланс (balance, mix, dry/wet) — соотношение необработанного и обработанного сигналов.
— Фэйзер (от англ. «phaser» — фазовращатель), также часто называемый фазовым вибрато — звуковой эффект, который достигается фильтрацией звукового сигнала с созданием серии максимумов и минимумов в его спектре. Положение этих максимумов и минимумов варьируется на протяжении звучания, что создаёт специфический круговой (англ. sweeping) эффект. Также фэйзером называют соответствующее устройство. По принципу работы схож с хорусом и отличается от него временем задержки (1-5 мс). Помимо этого задержка сигнала у фэйзера на разных частотах неодинакова и меняется по определённому закону.
Электронный эффект «фэйзер» создаётся путём разделения аудиосигнала на два потока. Один поток пропускается через фазовый фильтр с нелинейной фазой, который сохраняет амплитуду и частоту исходного сигнала, изменяя только фазу сигнала на определённой частоте. Величина изменения фазы зависит от частоты. При смешивании обработанного и исходного сигналов частоты, которые находятся в противофазе, взаимоуничтожаются, создавая характерные для фазовращателя впадины в частотном спектре. Изменение соотношения обработанного сигнала с необработанным изменяет глубину впадин; причём максимально глубокие впадины возникают, если соотношение составляет 50%.
Определение «Phaser», как правило, исключает такие устройства, где присутствует раздел задержки сигнала, такие устройства называются флэнжер. Использование задержки создаёт неограниченные серии равноотстоящих (в гармоническом ряде) пиков и впадин в спектре. Также возможно использование каскада задержек с фазовым фильтром (all-pass), это сочетает в себе неограниченное количество пиков и впадин флэнжера с неравномерным (не гармоничным) расположением фэйзера.
Фейзер используют для достижения «синтезации» или «электронизации» натуральных звуков, таких как человеческая речь. В частности, этот эффект популярен в кино- и теле-продукции, где используется для преобразования голоса человека в голос компьютера. Причина такого использования состоит в том, что спектр звука, что даёт фэйзер, является слишком нетипичным для природных звуков.
Типичный электронный фэйзер использует серию переменных фазовращательных схем, изменяющие фазу различных частотных составляющих сигнала. Эти фильтры пропускают все частоты, не изменяя их мощность и изменяя лишь их фазу. Ухо человека не очень чувствительно к изменению фазы, однако изменение фазы становится заметным при интерференции, когда при смешивании с необработанным сигналом образуются спады. Набор фазовых фильтров (обычно называются каскадом, англ. stages) может быть представлен различными моделями, аналоговые фезйеры обычно включают 4, 8 или 12 каскадов. Цифровые фэйзеры могут включать до 32 и более каскадов. От модели зависит количество минимумов спектра, определяющие общий характер звука. Фэйзер с числом каскадов n обычно даёт n / 2 минимумов в спектре, таким образом, например, 4-каскадный фейзер даёт 2 минимумы. Кроме того, выходной сигнал может быть может быть подан на вход для усиления эффекта, создавая резонансный эффект, углубляя минимумами.
Такое устройство называется фэйзером с обратной связью (англ. feedback), его схема показана ниже:
Рисунок 2. Схема фэйзера с обратной связью
Основные параметры:
1)Глубина (depth) — характеризует диапазон изменения времени задержки.
2)Скорость (speed, rate) — быстрота изменения «плавания» звука, регулируется частотой низкочастотного генератора.
3)Форма волны генератора низкой частоты (LFO waveform) — бывает синусоидальной (sin), треугольной (triangle) и логарифмической (log).
4)Баланс (balance, mix) — соотношение необработанного и обработанного сигналов.
— Chorus – хорус (от англ. «chorus» — хор) эффект назван так потому, что в результате его применения звучание сигнала превращается как бы в звучание хора или в одновременное прослушивание нескольких инструментов. Эффект реализуется путём добавления к исходному сигналу его собственной копии или копий, сдвинутых по времени на величины порядка 20-30 миллисекунд, причём время сдвига непрерывно изменяется.
Сначала входной сигнал разделяется на два независимых сигнала, один из которых остаётся без изменений, в то время как другой поступает на линию задержки. В линии задержки осуществляется задержка сигнала на 20-30 мс, причём время задержки изменяется в соответствии с сигналом генератора низкой частоты. На выходе задержанный сигнал смешивается с исходным. Генератор низкой частоты осуществляет модуляцию времени задержки сигнала. Он вырабатывает колебания определённой формы, лежащие в пределах от 3 Гц и ниже. Изменяя частоту, форму и амплитуду колебаний низкочастотного генератора, можно получать различный выходной сигнал.
В итоге получается сигнал, спектр которого непрерывно изменяется, причем период полного цикла этого изменения столь велик, что повторяемость спектральных свойств сигнала не ощущается.
Искусственно выполненный эффект является моделью звучания настоящего хора. В том, что хоровое пение или одновременное звучание нескольких музыкальных инструментов украшает и оживляет музыкальное произведение, сомнений, вероятно, нет ни у кого.
С одной стороны, голоса певцов и звуки инструментов при исполнении одинаковой ноты должны звучать одинаково, а к этому стремятся и музыканты, и дирижер. Но из-за индивидуальных различий источников звук все равно получается разным. В пространстве, тракте звукоусиления и в слуховом аппарате человека эти немного неодинаковые колебания взаимодействуют, образуются так называемые биения. Спектр звука обогащается и, самое главное, течет, переливается.
Можно считать, что предельным случаем хоруса является одновременное звучание слегка отличающихся по частоте двух источников — унисон.
Унисон был известен задолго до появления синтезаторов. В основе сочного и живого звучания двенадцатиструнной гитары и аккордеона лежит унисон. В аккордеоне, например, звук каждой ноты генерируется узлом, содержащим два источника колебаний (язычка), специально настроенных «в разлив» — с небольшой (в единицы герц) разницей в частотах. В двенадцатиструнной гитаре звук извлекается одновременно из пары струн. Разница в частотах образуется естественным путем из-за невозможности идеально одинаково настроить струны инструмента.
Вот именно наличие этой ничтожной разницы в частотах голосов певцов или инструментов и служит причиной красивого звучания унисона (для двух голосов) или хоруса (для более двух голосов).
В цифровых электромузыкальных инструментах, напротив, частоты пары вторичных генераторов могут быть получены абсолютно равными друг другу. В таком звучании отсутствует жизнь, потому что оно слишком правильное. Для оживления электронного звучания и создания впечатления игры нескольких инструментов и используют хорус.
Хорус настолько украшает звучание инструментов, что ныне он стал одним из эффектов, имеющихся практически в каждом синтезаторе и многих звуковых картах.
Обработка аудиосигнала звуковыми редакторами позволяет получить массу разновидностей этого эффекта. Вместе с тем, не следует чрезмерно увлекаться им, так как это может привести к ухудшению разборчивости звучания голоса, к «засорению» акустической атмосферы композиции.
На схеме видно, что входной сигнал разделяется на две составляющие. Одна часть сигнала остается нетронутой, а вторая поступает на вход линии задержки. Вследствие этого осуществляется задержка копии исходного сигнала на 20-30 мс. Время задержки регулируется с помощью сигнала генератора низких частот. А далее эти сигналы суммируются и поступают на выход.
Основные парметры:
1)Глубина (depth) — характеризует диапазон изменения времени задержки.
2)Скорость (speed, rate) — быстрота изменения «плавания» звука, регулируется частотой низкочастотного генератора.
3)Форма волны генератора низкой частоты (LFO waveform) — бывает синусоидальной (sin), треугольной(triangle) и логарифмической(log).
4)Баланс (balance, mix, dry/wet) — соотношение необработанного и обработанного сигналов.

1.1.2 Более сложные звуковые эффекты
— Reverb – реверб (от англ. «reverberation» — повторение, отражение), с использованием задержки можно добиться появления еще одного интересного эффекта — реверберации. Эффект реверберации заключается в придании звучанию объемности, характерной для большого зала, где каждый звук порождает соответствующий, медленно угасающий отзвук. Таким образом, с помощью реверберации можно «оживить», например, фонограмму, сделанную с заглушенном помещении. От эффекта «эхо» реверберация отличается тем, что на входной сигнал накладывается задержанная во времени не его копия, а выходной сигнал. Такой процесс происходит следующим образом. В первый момент времени входной сигнал проходит на выход без изменений. Затем, по истечении времени задержки, он снимается с выхода, его амплитуда умножается на какой-то коэффициент A (обычно имеющий значение меньше 1, что фактически приглушает сигнал) и суммируется со входным сигналом. И снова, по прошествии очередного промежутка времени задержки, уже смешанный сигнал снимается с выхода, снова перемножается на коэффициент A и в очередной раз суммируется с входным сигналом.
Возьмем, например, значение коэффициента A, равным 0.5. Тогда сигнал, снятый с выхода по истечении времени задержки, будет изменен по амплитуде на значение, равное произведению амплитуды выходного сигнала на коэффициент A (то есть вполовину приглушен), и просуммирован со входным сигналом. Далее, просуммированный сигнал будет снова снят с выхода, умножен на коэффициент A и снова подан на вход, где будет просуммирован со входным сигналом. И так далее. Таким образом, чем выходной сигнал «старше», тем большее количество раз он был пропущен через «петлю» и тем более низкую амплитуду он будет иметь. Другими словами, в случае, если A < 1, то параллельно основному сигналу мы будем слышать многократное затухающее по амплитуде его повторение.
Следует опасаться случаев, когда А принимает значения больше 1. В таком случае каждый новый «виток» такого алгоритма преобразования сигнала будет приводить к увеличению амплитуды. В результате в какой-то момент времени произойдет перегрузка сигнала, что в свою очередь может привести к выходу из строя аппаратуры (усилителя или колонок). Точно такой же эффект можно наблюдать, если установить рядом микрофон и колонки, подключенные к одному и тому же усилителю.
Реверберация воспринимается слитно, если промежутки между отраженными сигналами менее 100 мс. При увеличении интервала между приходящими звуками свыше 100 мс субъективное восприятие человека отмечает уже раздельное эхо.
Чем больше размеры помещения и меньше поглощающая способность поверхностей, тем больше длительность реверберации. Под временем реверберации понимают длительность затухания сигнала на 60 дБ от первоначального значения.
Аналоговые ревербераторы были построены с помощью пружины, так называемые пружинные ревербераторы, основной их целью была имитация большого помещения путем получения характерного звука отражения сигнала от стен.
Из названия не трудно понять, что основным компонентом была пружина. Пружина – упругое тело, которое может передавать механические колебания. Если воздействовать на пружину колебаниями с одного конца, то на другом конце будут те же колебания, но только слабее и немного изменённые в своей структуре. Подавая на один конец пружины колебания, к примеру, музыкальные, на другом конце будет тоже самое, но с эффектом большого пустого помещения. Физические характеристики непосредственно влияют на конечный эффект. Чем длиннее пружина, тем сильнее эффект. Чем пружина более жесткая, тем более чёткий, сильный сигнал на выходе. Также есть разница, какой внутренний диаметр у пружины, её толщина и расстояние между витками. Пружина была выбрана не случайно, для того чтобы получить гармоники колебания должны пройти через большое количество материала, из чего можно сделать вывод что сделав ревербератор с куском проволоки эффекта как такового слышно не будет. Исходя из этого взяли пружину, по сути ту же проволоку, но скрученную спиралью тем самым усилив эффект реверберации путем увеличения размера основного компонента.
Рисунок 5. Пружинный ревербератор.
Но время не стояло на месте и на смену аналоговым (пружинным) ревербераторам пришли цифровые построенные на микросхемах.
В любом современном цифровом ревербераторе можно выбрать несколько программ, имитирующих различные реальные условия прослушивания или синтезирующих некие фантастические ситуации для специальных эффектов. Далее приведены примеры самых популярных имитаций:
1)Hall (зал) — создаёт ощущение нахождения в концертном зале. Глубокая реверберация с большим временем затухания. Субъективно как бы отдаляет источник звука от слушателя.
2)Room (комната) — реверберация небольшого помещения. Подходит для применения к акустическим инструментам в камерной атмосфере.
3)Live (Stage) — имитирование живого выступления на сцене, считается, что данный тип реверберации хорошо подходит для солирующих инструментов.
4)Plate (пластина) — симуляция плоской электромеханической реверберации металлической пластины, описанной выше. Применяют для вокала и ударных инструментов.
5)Spring (пружина) — lo-fi реверберация, имитирует упомянутую выше пружинную электромеханическую конструкцию.
6)Chamber (эхо-камера) — имитация описанного ранее помещения для записи реверберации.
7)Gate (гейт, шлюз) — реверберация с отрезанием конечной фазы затухания. Придает звуку некий динамичный характер и используется для ударных инструментов и, в частности, для барабанов.
8)Reverse (реверс) — тип искусственной реверберации с инвертированной огибающей, т.е. она сперва плавно нарастает, затем резко обрывается. Подобный эффект может быть получен путем инвертирования звука в редакторе, применения к нему обычной реверберации и обратному инвертированию. В этом случае реверберация начинается еще до старта основного звука. Специфичный эффект, иногда используется для вокала.
В отличии от предыдущих эффектов у Reverb множество различных параметров:
1)Balance (Dry/Wet) — регулирует соотношение прямого звука и звука, обработанного эффектом.
2)Density — плотность ранних (первичных) отражений, характеризует геометрию имитируемого помещения.
3)Diffusion — характеризует расплывчатость реверберации, при низких значениях ощущается её дискретность или подобие эха.
4)Early Reflection Level — уровень ранних отражений, соотносится с отражающими свойствами материалов помещения.
5)Er/Rev Balance — соотношение уровней ранних отражений и остатка реверберации.
6)Feedback Level — уровень обратной связи.
7)High Cut— параметры фильтра НЧ (эквалайзера). Делает тембр реверберации более мягким.
8)High Damp (LPF) — параметры демпфирования высокочастотных составляющих спектра реверберации (иногда раздельно регулируется уровень и частота). Основано на естественном эффекте более быстрого затухания высокочастотного спектра звука в процессе акустической реверберации. В некоторой степени имитирует свойства материалов отражающих поверхностей помещения.
9)Low Cut — параметры фильтра ВЧ (эквалайзера).
10)Low Damp (HPF) — параметры демпфирования низкочастотных составляющих реверберации (иногда раздельно регулируется уровень и частота).
11)Pre Delay (Initial Delay) — временной интервал между прямым звуком и ранними (первичными) отражениями (фактически имитирует размеры помещения с учетом месторасположения слушателя).
12)Release Density — плотность отражений конечной фазы реверберации.
13)Reverb Delay — промежуток между ранними отражениями и остатком реверберации.
14)Reverb Send Level (Depth, Volume) — уровень реверберации. Основной параметр, управляющий глубиной эффекта.
15)Reverb Time — длительность реверберации (время затухания звука приблизительно на 60 дб).
16)Size (Room Size, Hall Size, Height, Width, Depth) — размеры (объем) имитируемого помещения.
17)Wall Vary — характеризует геометрию (неровности) отражающих поверхностей. Большие значения придают реверберации более рассеянный характер.
— Echo. (от англ. «Echo» — эхо), основанно на использовании метода задержки. Фактически для получения эха необходимо на оригинальный входной сигнал наложить его задержанную во времени копию. Для того, чтобы человеческое ухо воспринимало вторую копию сигнала как повторение, а не как отзвук основного сигнала, необходимо время задержки установить равным примерно 50 мс. Кроме того, на основной сигнал можно наложить не одну его копию, а несколько, что позволит на выходе получить эффект многократного повторения звука (многоголосного эха). Чтобы эхо казалось затухающим, необходимо на исходный сигнал накладывать не просто задержанные копии сигнала, а и приглушенные по амплитуде.
Рисунок 6. Схема Echo.
По принципу работы Echo схоже с Delay и разницей между ними является то, что в echo происходит многократная задержка, создавая тем самым эффект эха, а с в Delay задержка однократная и выполняет функцию создания эффекта стерео.

1.2 – Эффекты, основанные на преобразованиях.
1.2.1 – Амплитудные преобразования
— Distortion – дистошн (от англ. «distortion» — искажение) основывается на использовании амплитудной модуляции. Фактически это замена одних значений амплитуд сигнала другими значениями. За счет переусиления, когда происходит срезание верхушек входного сигнала. Применение такого эффекта приводит к довольно резкому искажению входного сигнала (в зависимости от глубины модуляции), в результате чего сигнал становится похож на прямоугольный, и как следствие происходит расширение спектра сигнала.
Входной сигнал смешивается с его копией, подвергнутой преобразованию в блоке distortion. Блок имеет два уровня сигнала: пороговый и верхний. Если амплитуда входящего в блок сигнала не превышает порогового уровня, то сигнал проходит на выход блока без изменений. Если же амплитуда сигнала выше порогового уровня, то блок усиливает такой сигнал до верхнего уровня.
Рисунок 8. Диаграмма работы Distortion
Эффект подобен клиппингу, который в сущности является частным случаем эффекта «дисторшн». В основе эффекта лежит свойство как ламповых, так и транзисторных усилителей вносить нелинейные искажения в сигнал, особенно если тот близок к максимально возможному для конкретного усилителя. От простого клиппинга перегруз (особенно лампового многокаскадного усилителя) отличается тем, что выходной сигнал имеет сложную зависимость спектральных компонент от амплитуды и спектрального состава входного сигнала в отличие от элементарного ограничителя.
Передаточная характеристика любого усилителя показывает изменение выходного сигнала с изменением входного. Как правило, слабый входной сигнал усиливается без искажений (либо искажения составляют очень малую долю), а с ростом амплитуды выходного сигнала коэффициент нелинейных искажений возрастает. Нелинейность характеристики усилителя зависит от многих факторов (от типа усилительных элементов, от схемотехники усилителя, от глубины и знака обратной связи, которой охвачен усилитель, и т. п.) и может варьироваться в широких пределах. Чаще всего усилитель обладает относительно линейной характеристикой в широком диапазоне амплитуд выходного сигнала, но при превышении некоторого предельного значения выходной каскад выходит из линейного режима, а коэффициент нелинейных искажений начинает резко возрастать. Обычно ручка «Усиление» («Gain») увеличивает коэффициент усиления усилителя, это эквивалентно увеличению амплитуды входного сигнала, что вызывает увеличение искажений.Искажения эти называются нелинейными, так как возникают новые спектральные составляющие в спектре сигнала.
Описанным способом можно добиться искажения лишь на больших громкостях. Чтобы получить тихий искажённый сигнал необходимо применять специальные искажающие каскады, передаточная характеристика которых имеет значительную нелинейность в широком диапазоне амплитуд сигналов.
Как правило, конструкция усилителя включает предусилитель («преамп») и усилитель мощности («мощник», «оконечник»). В связи с этим «перегруз» можно осуществить в двух вариантах: по предусилителю или по усилителю мощности.
Структурная схема любого «исказителя» включает следующие элементы: первичный усилитель, ограничительный каскад и цепь вторичной обработки сигнала.Первичный усилитель усиливает входной сигнал до 2-5 В. Коэффициент усиления обычно регулируется. В зависимости от модели «исказителя», первичный усилитель может включать (или не включать) в себя обрезные фильтры высоких и низких частот, иметь наклон частотной характеристики в сторону басов со спадом высоких, или иметь подъем в районе 500 Гц. Возможно также применение компрессора совместно с первичным усилителем, для плотного дисторшна. Иногда используют несколько последовательно включенных первичных усилителей.
Далее преобразованный сигнал попадает на ограничительный каскад, который представляет собой встречно-параллельное включение кремниевых диодов между землёй и выходом первичного усилителя. Такое включение диодной пары даёт «жёсткое» ограничение по амплитуде, то есть оригинальный эффект дисторшн.
Первые попытки реализовать дисторшн в полностью цифровом виде предпринимались еще в 90-х годах прошлого века.
В целом, первое поколение коммерчески успешных гитарных процессоров делало акцент на точное моделирование статических АЧХ и АХ, симулируемых ламповых усилителей и аналоговых педалей. Звук получался похожим, но без динамики, «напора» и драйва. По одной из гипотез это объяснялось тем, что в реальных устройствах АХ и АЧХ динамически меняется в зависимости от амплитуды и частотного состава входного сигнала из-за, например, плавания рабочих точек ламп и транзисторов ввиду некоторой асимметрии их характеристик относительно рабочих точек, а также из-за других малоизученных нелинейных параметрических эффектов. Промежуточное поколение гитарных процессоров использовало для получения качественного дисторшна и перегруза реальные миниатюрные лампы и транзисторно-диодные схемы.
В спектре искажённого сигнала возникает большое количество гармоник. Каждая гармоника представляет собой синусоидальное колебание, с частотой большей и кратной частоте основного тона. Гармоники более высоких порядков находятся уже вне звукового диапазона и имеют малую амплитуду колебаний, поэтому ими можно пренебречь. В соответствии с кратностью, гармоники подразделяют на чётные и нечётные. Чётные гармоники консонируют друг с другом и с основным тоном, тем самым придавая тембру инструмента объём и глубину. Частота, например, третьей гармоники выше частоты основного тона в три раза и соответствует ноте, лежащей от основного тона на расстоянии квинты через октаву. В принципе эту гармонику можно назвать консонирующей основному тону, однако при игре нескольких нот одновременно, она может диссонировать с другим основным тоном и его гармониками. Таким образом, нечётные гармоники более высоких порядков менее музыкальны и создают в звучании «грязь».
Спектр сигнала транзисторных «исказителей» богат именно нечетными гармониками, а музыканты характеризуют подобные устройства неблагозвучным «транзисторным» звучанием. Иной эффект наблюдается у «исказителей» на радиолампах. В спектре их сигнала содержится небольшое количество гармоник (доминируют вторая, третья и четвертая), из-за чего человек воспринимает его как более мягкий звук, или как его часто называют — «ламповый».
Низкие ноты звучат «перегруженнее» высоких. Помимо того факта, что чем толще струна, тем интенсивнее от неё сигнал, и, соответственно, он больше подвержен искажению, играет роль и высота тона. У высоких звуков гармоники будут все сильнее уходить за пределы слышимости, в то время как у низких они находятся в пределах частотного диапазона гитары. Стоит также иметь в виду, что колебания струн не являются чистыми тонами (разве что натуральные флажолеты максимально к ним приближены) и сами по себе богаты гармониками. То есть искажению подвергается сложный сигнал и его гармоники порождают свои дополнительные гармоники. Очевидно, что у звуков, порождаемых толстыми струнами, различимых гармоник больше, и, соответственно, больше порождаемых ими вторичных гармоник.
Также существует такое явление, как интермодуляция: две одновременно звучащие ноты при искажении порождают еще один звук, определяемый разностью их частот. В случае двух нот этот звук находится в гармонии с двумя основными, но три ноты образуют три пары нот и порождают три вторичных звука, вносящих диссонанс.
Отличие дисторшена от овердрайва выражено тем, что не имеет значения, с какой силой создается удар по струне. Атака характеризуется определённым уровнем и частотным спектром сигнала. Так, у дисторшна атака фактически не выделяется (по уровню сигнала), в отличие от овердрайва, обладающего высоким уровнем атаки.Частотный спектр дисторшна ровный, атака несколько богаче высокими гармониками по сравнению с фазой сустейна.
Дисторшн имеет длинный сустейн, часто переходящий в самовозбуждение. Конец сигнала, следующего после сустейна, называют затуханием. После затухания сигнала можно услышать уровень собственных шумов эффекта, гитары и кабеля, или сработает гейт. Уровень собственных шумов эффекта дисторшн, как правило, высок из-за его высокой чувствительности.
Основные параметры:
1)Gain — усиление уровня эффекта
2)Volume – регулятор громкости на выходе из примочки
3)Treble – уровень высоких частот
4)Bass – уровень низких частот
— Overdrive – овердрайв (от англ. » Overdrive» — перегруз) эффект основанный на искажении сигнала путем «мягкого» ограничения по ампитуде.
Рисунок 9. Диаграмма работы Overdrive.
Если говорить о природе происхождения, то овердрайв и дисторшн работают по одному физическому принципу — ограничение сигнала по амплитуде. В овердрайве это ограничение «мягкое», то есть верхушки синусоиды обрезаются не ровной линией, а плавными скруглениями. В дисторшне ограничение «жёсткое», то есть верхушки синусоиды просто ровно обрезаются.
Из-за «мягкого» ограничения выходной сигнал начинает искажаться пропорционально уровню входного сигнала. Таким образом, при использовании овердрайва для обработки гитарного сигнала можно подчеркнуть динамику звучания. В зависимости от силы удара по струнам будет меняться искажение гитарного сигнала, что кардинально отличается от дисторшна. Дисторшн искажает входной сигнал независимо от его уровня (амплитуды).
Основные параметры:
1)Level – громкость выходного сигнала
2)Tone — тон
3)Drive – усиление основного эффекта
— Tremolo – тремоло (от итал. tremolo, букв. — дрожащий) звуковой эффект или соответствующее устройство, реализующее периодическое изменение уровня громкости (амплитуды сигнала). Характеризуется пульсирующим звучанием. Также этот эффект имеет название амплитудное вибрато.
Под словом «вибрато» обычно подразумевают периодическое изменение какого-либо параметра (или нескольких параметров) звукового колебания. В данном случае, как следует из названия эффекта, его суть заключается в периодическом изменении громкости звучания происходящем по определенному закону
Рисунок 10. Диаграмма работы амплитудного вибрато.
На слух же амплитудное вибрато воспринимается так. как если бы при игре на гитаре ручку громкости достаточно быстро вращали из одного положения в другое. В результате тембр сигнала значительно обогащается, становится нежнее и певучее.
Реализовать амплитудное вибрато несложно. Данный прибор является электронным реп’лятором громкости, управление которым берет на себя генератор инфранизких частот, вырабатывающий колебания определенной частоты и формы. В зависимости от формы колебаний (а они могут быть различными — синусоидальными, треугольными, прямоугольными и т.п.) звучание инструмента будет сильно отличаться.
Рисунок 11. Структурная схема амплитудного вибрато.
Основные параметры:
Speed, Rate (скорость) –Позволяет установить требуемую частоту модуляции. Типичные ее значения лежат обычно в пределах 0,5-10 Гц (на практике — единицы герц).
Depth (глубина) — Характеризует степень изменения амплитуды сигнала
LFO Waveform — Форма волны генератора инфранизкой частоты
— Компрессор (от англ. «compress» — сжимать, сдавливать) это электронное устройство, используемоу для уменьшения динамического диапазона звукового сигнала, иными словами, компрессор уменьшает разницу между самыми тихими и самыми громкими звуками.
Понижающая компрессия уменьшает громкость громких звуков, которые находятся выше определённого порога, а звуки находящиеся ниже этого порога, остаются неизменными. Повышающая компрессия наоборот увеличивает громкость звуков находящихся ниже определённого порога, в то время, как звуки превышающие этот порог остаются неизменными. Эти действия уменьшают разницу между тихими и громкими звуками, сужая динамический диапазон. Это может быть сделано по эстетическим соображениям или из-за технических ограничений звукового-оборудования, которое редко в состоянии справиться с динамическим диапазоном человеческого слуха.
Сжатие может улучшить слышимость звука в шумных местах, где фоновый шум может скрывать тихие звуки. В то время как громкие звуки будут находится на комфортном для прослушивания уровне, тихие будут не слышны, и если просто повысить общую громкость, то тихие звуки станут слышны, но громкие станут слишком громкими. Если к этому звуку применить компрессию снижающую уровень громких звуков, то общий уровень громкости может быть увеличен до того уровня, когда будут слышны тихие звуки, и в то же время громкие будут не слишком громкими.
Компрессор уменьшает уровень звукового сигнала, если его амплитуда превышает определенный порог (Threshold). Сила подавления определяется соотношением (Ratio): соотношение 4:1 означает, что если уровень входного сигнала превышает порог (0 дБ) на 4 дБ, то уровень выходного сигнала будет превышать порог (0 дБ) на 1 дБ.
Сигнал входящий в компрессор разделяется: одна копия направляется в усилитель с регулируемым усилением (Gain), а другая по боковой цепи (сайдчейн), где цепь контролирует уровень сигнала блока усилителя, применяя необходимое понижение уровня (Gain). Этот тип схемы, известна как «feed-forward», в настоящее время используется в большинстве компрессоров. Ранее схемы базировались на «feedback», где управляющий обратный сигнал цепи был установлен в конце цепи усилителя.
Есть целый ряд технологий, используемых для разного изменения уровня сигнала. Каждая технология имеет различные преимущества и недостатки. Вакуумные лампы используются в конфигурациях называемыми «переменная μ» (variable-µ): напряжённость катодной-сетки изменяет уровень звука. Кроме того, используются управляемые напряжением усилители, которые подавляют уровень звука при увеличении силы входного сигнала. Оптические компрессоры используют светочувствительные резисторы (LDR) и маленькие лампочки (LED или электролюминесцентные панели), чтобы изменять уровень сигнала. Этот метод, как полагают некоторые звукорежиссёры, добавляет плавности сигналу, поскольку время срабатывания света и резисторов смягчает атаку и восстановление. Другие технологии, используют включающиеся поле транзисторов и диодные мосты. Практически все компрессоры на выходе имеют усилительный каскад, который позволяет компенсировать ослабление сигнала и получить на выходе «плотный» звук достаточного уровня.
Основные параметры:
1)Пороговый уровень (порог срабатывания) (англ. Threshold) — определяет уровень входного сигнала, выше которого компрессор начинает ослаблять сигнал. Выражается в децибелах.
2)Соотношение (степень сжатия) (англ. Ratio) — определяет интенсивность ослабления сигнала, выражается в формате «х:1», где «1» — превышение уровня выходного сигнала над пороговым уровнем равное 1 дБ, а «x» — соответствующее ему превышение уровня входного сигнала в децибелах над пороговым уровнем. Например, если установлено соотношение «2:1», то при превышении входным сигналом порогового уровня на 10 дБ на выходе компрессора сигнал будет на 5 дБ выше порогового уровня.
3)Время атаки (англ. Attack) — это время, которое проходит между превышением порогового значения и моментом достижения заданного соотношения. Выражается в миллисекундах. Эксперименты с этим параметром позволяют получить особые эффекты, например, можно сделать звук бас-барабана заметно чётче. Если атака установлена на 1 мс. и при этом соотношение (Ratio) «∞:1», что в реальной практике достигается при соотношении около «30:1», компрессор уже называется «лимитером» (англ. «to limit» — ограничивать), так как в данном случае на выходе компрессора уровень сигнала в любом случае не превышает пороговый. Однако, не каждый компрессор может быть использован в качестве лимитера, а лишь тот, у которого детектор уровня рассчитан на определение пиковых значений входного сигнала. Некоторые модели компрессоров имеют переключатель «Peak/RMS», то есть работа детектора в режиме определения пиковых значений, либо среднеквадратичных.
4)Время спада (восстановления) (англ. Release) — это время, которое проходит между тем, как уровень входного сигнала упал ниже порога, и моментом, когда компрессор перестает ослаблять сигнал. Также выражается в миллисекундах.
5)Жесткое/мягкое колено (англ. hard/soft knee) – колено управляет изгибом компрессии на пороговом значении, оно может быть острым или округлым. Мягкое колено медленно увеличивает соотношение сжатия, и в конечном итоге достигает сжатия заданного пользователем. Мягкое колено уменьшает заметность перехода от несжатого сигнала к сжатому, особенно для более высокого соотношения, где переход более заметен. При жёстком колене компрессия начинается и прекращается резко, что делает её более заметной.
6) Компенсация громкости на выходе (англ. Gain или make-up gain) — все компрессоры на выходе оснащены параметром восстановления громкости. После компрессии звук становится тише, и очень сложно сопоставить результаты до, и после компрессии, поэтому на выходе громкость восстанавливается параметром Gain или make-up gain. Некоторые компрессоры обладают встроенной функцией автоматического восстановления громкости (auto gain), это облегчает работу, но данная функция не всегда ведёт себя корректно и периодически на выходе всё равно требуется подстройка громкости. После восстановления громкости компрессор то включается, то выключается несколько раз кнопкой (bypass) для сопоставления результата, после чего возможно более точно скорректировать настройки.
— Fuzz – фуз (англ. fuzzbox или fuzz box, верное произношение — фазз) – эффект состоящий из усилителя и схемы клиппирования, которая создаёт искаженную версию входного сигнала. Фузз часто реализуется с помощью подачи сигнала слишком высокого уровня на вход транзисторного устройства, которое жёстко ограничивает и потому сильно искажает сигнал. В отличие от других искажающих гитарных эффектов, фузз повышает и клиппирует сигнал достаточно сильно, таким образом входящий синусоидальный сигнал на выходе будет иметь почти прямоугольную форму, это соответствует классическому тембру фузза. Он создаёт значительно большие искажения и придаёт синтетическое звучание инструменту, в отличие от стандартных дисторшнов или овердрайвов. Звуки фузза как правило, имеют более низкие средние частоты, в отличие от других видов искажателей.
Потому как клиппирование является нелинейным процессом, будет происходить интермодуляция, что приводит к генерации дополнительных гармоник на входе. Интермодуляционные искажения также производят различное количество частотных компонентов, эти компоненты не будут гармонично связаны с входным сигналом, что приводит к диссонансу. Для уменьшения нежелательных диссонансов при включении фузза, часто используются простые аккорды (root, квинты и октавы), а не трезвучия (root, third, и квинты) или септаккорды (root, third, fifth, and seventh).
В простейшем варианте схема состоит из двухтранзисторного усилителя с положительной обратной связью— эта схема называется триггер Шмитта. Триггер Шмитта и есть основа фуза. Особенностью схемы является преобразование входного сигнала в прямоугольный выходной. Из всех нелинейных гитарных эффектов фузз звучит наиболее резко и выразительно. Для многоголосных приставок используют отдельный звукосниматель и канал обработки сигнала на каждую струну. Шестиканальная схема получается очень дорогой, громоздкой и сложной в настройке.
Для получения красивого и чистого звука простые схемы фуза малопригодны (что, впрочем, справедливо для дисторшна с овердрайвом, да и для многих остальных эффектов), так как фузз очень чувствителен к параметрам входного сигнала: помехи и наводки проявляются в виде треска с таким же уровнем, как и полезный сигнал, а искажения формы приводят к потере основного тона на выходе. Положительной стороной эффекта является отсутствие шума в паузе и нечувствительность к помехам низкого уровня. Для достижения качественного звука необходима предварительная подготовка входного сигнала: фильтрация (вплоть до выделения первой гармоники), компрессия, ограничение.
Основные параметры:
1)Level – уровень громкости
2)Fuzz – уровень основного эффекта

1.2.2 Частотные преобразования
— Wah-Wah («вау-вау», «квакушка», «квак», «ваха») — звуковой эффект, позволяющий динамически изменять тембр.
По сути устройство является параметрическим фильтром, у которого с помощью педали изменяется центральная частота пика. Нередко в одном устройстве совмещают «вау-вау» и дисторшн/овердрайв. Существует два основных типа эффекта — с педалью и автовау. Первый управляется педалью экспрессии, за счет чего музыкант может менять звук нециклично, второй же лишь изменяет частоту соответственно уровню входного сигнала либо с заданной ритмичностью. Существуют модели, объединяющие эти два эффекта. Педальные «вау-вау» делят на работающие постоянно и автовыключающиеся. Первую исполнитель сам включает/выключает специальной кнопкой на корпусе, вторые реагируют на постановку ноги на педаль.
Схема эффекта является обычным полосовым фильтром, который позволяет регулирывать частоту подъема АЧХ. полосовой, либо низкочастотный фильтр, имеющий резонансный пик на частоте среза. Гитарист двигает резонансный пик вверх и в низ по частоте, за счет чего получается поразительная эмуляция человеческого голоса, произносящего «уаааах» или его тональной инверсии «аааоооу». Существует несколько способов для достижения этого эффекта, хорошо известны классические схемы реализации таких фильтров на ОУ, как и реализация фильтров с изменяемыми параметрами и тому подобного.
Рисунок 10. Диаграмма работы эффекта wah wah
— Vocoder вокодер (англ. voice coder — кодировщик голоса) — устройство синтеза речи на основе произвольного сигнала с богатым спектром. За счет этого эффекта человеческий голос приобретает синтетический оттенок и начинает напоминать голос робота, а музыкальные инструменты по звучанию становятся похожи на вокал.
В качестве модулирующего сигнала для эффекта Vocoder обычно используется человеческий голос, поступающий с микрофона. Несущий сигнал может быть различным – струнные, духовые инструменты или даже хор. Так достигается эффект «говорящего» или «поющего» музыкального инструмента. Впрочем, весьма интересные результаты может принести использование на модулирующем и несущем сигнале разных музыкальных инструментов.
Диапазоны каждого из входящих сигналов с помощью специальных фильтров разбиваются на полосы (аналогично тому, как действует эквалайзер), после чего модуляция переносится с одного сигнала на другой и результат микшируется для получения конечного выходного сигнала.
Чем больше полос, тем более качественным будет звучание обработанного сигнала. Простейшие вокодеры с 5–6 полосами позволяют познакомиться с эффектом лишь в отдаленном приближении. У профессиональных устройств и плагинов для эффекта «Вокодер» количество полос может превышать 20.
Современные вокодеры можно поделить на:
Аппаратные (с которых всё и началось)
Виртуальные (появились гораздо позже с развитием компьютерных технологий создания музыки).
В практике компьютерного музыканта значительно чаще используются вокодеры виртуальные, реализованные в виде VST-плагинов (VST-plugins), так как они более гибкие в настройке.