Структура музыкальных звуков

Музыкальный звук несет в себе информацию о своей высоте (т.е. какая нота звучит) и тембре или типе музыкального инструмента, с помощью которого производится звукоизвлечение (генерация звука). Кроме того, в структуру музыкального звука исполнитель закладывает свою "импрессию", варьируя силу и резкость начала (атаки) и окончания (затухания), громкость, применяя амплитудное и частотное вибрато.

Обычно звук начинается с так называемой атаки, быстрого нарастания амплитуды сигнала. Длительность атаки для разных музыкальных инструментов варьируется от единиц до нескольких десятков или даже сотен миллисекунд. После атаки начинается поддержка, в течение которой уровень сигнала примерно постоянен или плавно меняется в случае применения амплитудного вибрато. По-видимому, во время поддержки формируется ощущение высоты звука. Далее идет участок относительно быстрого затухания, уменьшения величины сигнала. Атака, поддержка и затухание образуют так называемую амплитудную огибающую. Спектр сигнала, т.е. представление сигнала в частотной области показан на Рис. 2.

Характерный спектр музыкального сигнала состоит из последовательности (по оси частот) узких "колоколов". Причем частоты, соответствующие максимумам (вершинам) "колоколов" примерно кратны основному тону или "фундаментальной" частоте музыкального звукового сигнала, под которой понимается частота, соответствующая человеческому ощущению высоты звука. Почему я употребил термин узкие "колокола", а не пики, полоски, вертикальные линии и т.д.? Потому что спектры звуков реальных, "живых", а не синтезированных музыкальных инструментов выглядят именно так. А вот для сигналов, сгенерированных по примитивным алгоритмам "электронными" музыкальными синтезаторами, как раз характерен спектр, состоящий из очень узких вертикальных линий (почти "дельта функций"). Логично сделать вывод, что чрезмерная узость спектральных линий сигнала таких синтезаторов и есть, возможно, основная причина, приводящая к механистичности, роботоподобности, тусклости и мертвости их звука. Интересно, что если каким либо образом "размыть" пикоподобные линейчатые спектральные компоненты примитивного сигнала (например, последовательности прямоугольников, меандра), то произойдет заметное увеличения яркости, оживление и потепление звука. "Размывание" можно произвести, например, с помощью программы WaveLab или CoolEdit, добавив амплитудное и частотное вибрато, наложив эффекты "pitch-shift" (небольшое 0.25-1.0 Гц смещение частоты основного тона и суммирование с исходным сигналом) и хоруса (небольшое периодическое смещение частоты основного тона за счет периодического плавного изменения задержки сигнала).