Адитивний синтез: як зібрати дзвін із простих тонів

Я думав, що для дзвона потрібен запис

Я дизайнер, і коли взявся за світ Forest, вважав, що дзвони доведеться брати із записів. Дзвін здавався надто особливим звуком, щоб зробити його з нічого. Потім я прочитав, що дзвін — це жменя простих тонів, які звучать разом, а метал у ньому береться з того, як ці тони розставлено. І я спробував.

Що означає «адитивний»

Простий тон, той, що його називають синусоїдою, — найпростіший звук із можливих: одна висота і більше нічого. Я писав про те, як нудно він звучить сам по собі. Адитивний синтез — це ідея, що багатші звуки виходять, коли кілька таких тонів грають разом. Вікіпедія вкладає це в один рядок: тембр створюють, додаючи синусоїди одну до одної.

Кожен тон у стосі називають частковим тоном. Для кожного ви обираєте три речі: наскільки він високий, наскільки гучний і як його гучність змінюється з часом. Оце й увесь набір інструментів.

Рівна розстановка звучить гладко

У голосу, флейти чи скрипки, на якій грають смичком, часткові тони стоять на рівних сходинках над найнижчим: удвічі вище, утричі, учетверо. Вухо зливає такий стос в одну ноту з певним забарвленням. Ви не чуєте трьох тонів. Ви чуєте одну ноту, яка звучить як флейта.

Ця ідея набагато старша за електроніку. Та сама стаття Вікіпедії вважає ранньою формою адитивного синтезу орган: що більше регістрів увімкнено, то більше труб звучить разом, і забарвлення ноти змінюється.

Трохи зсунута розстановка звучить як метал

Дзвони, дзвіночки і тарілки рівних сходинок не дотримуються. Їхні часткові тони стоять на нерівних відстанях від найнижчого. Це називають негармонічністю. Вікіпедія визначає її як міру того, наскільки частоти обертонів відхиляються від цілих кратних основної частоти.

Коли стос нерівний, вухо не може злити його до кінця. Ви й далі чуєте одну ноту, але з мерехтінням і ледь помітною кислинкою всередині. Для мене це і є звук металу.

Мене здивувало, як мало для цього треба. У моїх дзвонах верхні тони стоять лише на волосину від рівних місць, і волосини досить. У співочих чашах вони зсунуті значно далі, і чаші виходять шорсткішими й порожнистішими.

Друга половина — як він починається і як згасає

Сама розстановка дзвона не робить. Решту роблять ще дві речі.

• Початок. По справжньому дзвону б’ють, тож він починається з твердого стуку. Стук я навмисно прибрав. Мої дзвони наростають за якусь мить, тож ніколи не смикають вас, поки ви працюєте. Докладніше — у статті про те, чому швидкий початок стає клацанням EN.
• Згасання. Дзвін найгучніший на початку, а далі завмирає, без рівної середини. Мої звучать кілька секунд і згасають до нуля.

В одному спрощенні мушу зізнатися. У повній версії методу кожен частковий тон має власну криву гучності. У мене всі згасають разом під однією кривою. Так було простіше зробити, а в тихому фоновому дзвоні я не чую, що втратив.

Де це можна почути

Дзвони, співочі чаші і м’який удар по чаші, який тримає темп у Forest, — усе це невеликі стоси простих тонів, по три-чотири в кожному. Forest — один із двох платних світів. Ocean, безкоштовний, складено з таких самих стосів, тільки настроєних так, щоб звучати як глибока вода, а не метал.

Джерела

• Additive synthesis, Wikipedia
• Inharmonicity, Wikipedia