Teoрия семплироваания

Appearance

Глава 4. Спектр звука ​

«Осциллограмма показывает, как звук изменяется во времени. Спектр показывает, из каких частот он состоит.»

🎯 После этой главы вы сможете ​

  • понимать, что такое спектр;
  • читать анализатор спектра;
  • понимать, что означают пики;
  • отличать синус, квадрат и пилу по спектру;
  • использовать SPAN осознанно.

В предыдущей главе... ​

Мы узнали,

что FFT способен разложить звук на отдельные частоты.

Но возникает вопрос.

Что именно показывает результат этого анализа?

Ответ —

спектр.

Что такое спектр? ​

Спектр —

это отображение всех частот,

которые присутствуют в сигнале,

и их уровней.

Проще говоря,

спектр отвечает на вопрос:

Из каких частот состоит этот звук?

Временная область ​

Если открыть осциллограф,

мы увидим форму волны.

text
Амплитуда

│
│      /\      /\
│_____/  \____/  \____

──────────────→ Время

Здесь видно,

как сигнал меняется во времени.

Но невозможно определить,

какие именно частоты присутствуют.

Частотная область ​

После FFT тот же сигнал выглядит иначе.

text
Уровень

│
│          █
│     █    █
│ █   █    █      █

────────────────────────→ Частота

Теперь по горизонтали располагаются

не секунды,

а частоты.

Оси спектра ​

Практически любой анализатор выглядит одинаково.

По горизонтали:

text
20 Hz

↓

20 kHz

Это частота.

По вертикали:

text
0 dB

↓

-120 dB

Это уровень сигнала.

Один пик — одна частота ​

Представим,

что играет чистая синусоида

440 Hz.

Спектр будет выглядеть примерно так.

text
│
│
│
│           █
│           █
│           █

────────────────────────→

        440 Hz

Всего один пик.

Потому что синус содержит только одну частоту.

А если квадратная волна? ​

Теперь посмотрим на Square Wave.

text
│
│      █
│
│           █
│
│                 █
│
│                       █

────────────────────────→

Появились новые пики.

Это гармоники.

Причём только нечётные.

Именно поэтому квадратная волна звучит значительно богаче синуса.

А пила? ​

Saw Wave выглядит ещё интереснее.

text
│
│      █
│
│         █
│
│            █
│
│               █
│
│                  █

────────────────────────→

Здесь присутствуют практически все гармоники.

Поэтому пила звучит ярко и насыщенно.

Почему пики уменьшаются? ​

Обычно чем выше гармоника,

тем меньше её амплитуда.

Поэтому пики постепенно становятся ниже.

Это естественное свойство большинства музыкальных сигналов.

Как выглядит реальный инструмент? ​

Например,

фортепиано.

Вместо нескольких линий

мы увидим десятки,

а иногда сотни гармоник.

text
█

██

████

███

██

█

▌

▍

▎

Каждый инструмент имеет свой уникальный спектр.

Именно поэтому мы легко отличаем:

  • пианино;
  • скрипку;
  • гитару;
  • человеческий голос.

Даже если они играют одну и ту же ноту.

Что показывает SPAN? ​

Когда вы открываете SPAN,

вы видите именно спектр.

Каждый пик —

это определённая частота.

Высота пика показывает её уровень.

SPAN не показывает форму волны.

Он показывает результат FFT.

Что можно увидеть на спектре? ​

С помощью анализатора можно:

  • найти основной тон;
  • увидеть гармоники;
  • обнаружить резонансы;
  • определить избыток баса;
  • увидеть шум;
  • проверить работу эквалайзера;
  • оценить действие сатуратора.

Поэтому анализаторы спектра стали одним из главных инструментов современного звукорежиссёра.

Но есть один нюанс... ​

Спектр показывает,

какие частоты присутствуют,

но почти ничего не говорит о том,

когда именно они появились.

Именно поэтому анализатор спектра нельзя использовать вместо осциллографа.

Эти инструменты дополняют друг друга.

Что должен понять продюсер ​

Когда вы смотрите на SPAN,

вы видите не музыку,

а математическое представление сигнала в частотной области.

Это позволяет буквально "увидеть" звук.

Итоги главы ​

✅ Спектр показывает состав сигнала по частотам.

✅ Горизонтальная ось — частота.

✅ Вертикальная ось — уровень.

✅ Один пик соответствует определённой частоте.

✅ Разные инструменты имеют разные спектры.

✅ Анализаторы спектра используют FFT.

Что дальше? ​

Теперь мы готовы разобраться,

почему вообще появляются гармоники.

В следующей главе мы узнаем:

  • что такое фундаментальная частота;
  • почему возникают гармоники;
  • чем отличаются чётные и нечётные гармоники;
  • почему именно гармоники определяют тембр любого инструмента.

После этой главы синтезаторы, эквалайзеры и сатураторы станут намного понятнее.