Wie Verzerrung in der Musik funktioniert

Verzerrung ist überall in der Musik, besonders wenn es um E-Gitarren geht. Es ist der knusprige, unscharfe Sound, der Rockmusik rockig klingen lässt. Es entstand durch Zufall, als zu viel Signal in analoge Komponenten eingespeist wurde und die Leute erkannten, dass es einen interessanten Klang machte.

Einer der Gründe, warum es so cool klingt, ist, dass es die Frequenz der gespielten Note beibehält und gleichzeitig andere Frequenzen hinzufügt. Bei analogen Komponenten funktioniert dies (irgendwie), indem das zur Klangerzeugung verwendete Signal abgeschnitten wird. Das Endergebnis hängt von den verwendeten Schaltungen und Komponenten ab, es gibt also viel Abwechslung. Die richtige Verzerrung kann jedem Sound Charakter verleihen.

In der digitalen Welt wird Verzerrung üblicherweise mit einer Technik namens Wave Shaping erzeugt, was ein cooles Konzept ist, von dem ich dachte, dass es einen Blogbeitrag verdient. Sie können Wave Shaping verwenden, um eine einfache Clipping-Verzerrung zu erstellen, aber es kann auch ein paar weitere Dinge tun.

Alles unter diesem Absatz muss Javascript aktiviert sein, der Quellcode ist hier, wenn Sie mir nicht vertrauen. Ich verwende einige Sound-Demos, die auf reinen Sinuswellen basieren, die absolut schrecklich klingen, aber die Grafiken sind so viel schöner. Ich habe dafür gesorgt, dass die Dinge nicht zu laut sind, aber stellen Sie sicher, dass Ihre Lautstärke nicht zu hoch ist. Die Sounds werden am Ende besser.

Ich weiß, dass einige von Ihnen dies auf einem Telefon anzeigen werden. Viel Glück, technisch sollte es funktionieren.

Master Volume Control

Hiermit können Sie die Lautstärke jedes Sounds auf dieser Seite ändern. Klicken Sie auf jedes Diagramm, um seinen Sound abzuspielen, und klicken Sie erneut, um anzuhalten.

Reine Sinuswelle

Dies ist eine grundlegende Sinuswelle, die bei 440 Hz (eine A-Note) mit Clipping abgespielt wird.

Überblendung zwischen reiner Sinuswelle und Clipped:

Ändern Sie die Menge an Clipping:

Wenn der Clipping-Wert außerhalb des üblichen Wertes der Welle liegt, klingt die abgeschnittene Sinuswelle genau so wie die reine Sinuswelle. Ich habe dir gesagt, sie klingen schrecklich …

Schönere Klänge

Gruppen von Sinuswellen klingen etwas weniger schlecht als einzelne Wellen, Mathematiker da draußen werden wissen, dass man jeden Klang mit einer Kombination von Sinuswellen bilden kann, aber ich gehe nicht so weit.

Ich werde das gleiche Clipping auf eine Gruppe von sieben Sinuswellen anwenden, deren Frequenzen nahe, aber nicht genau gleich sind. Dadurch stören sie sich gegenseitig auf eine Weise, die einen Schlageffekt verursacht (es klingt immer noch nicht sehr schön).

Eine Besonderheit beim Clipping ist, dass leisere Sounds nicht den Schwellenwert erreichen, sodass nur die lauteren Sounds geändert werden. Auf diese Weise erhalten Sie „Overdrive“ -Effekte bei lauten Geräuschen.

Ein weiterer Nebeneffekt des Clipping ist, dass es die Lautstärke begrenzt, so dass die Verzerrung oft mit einer Erhöhung der Amplitude gepaart ist.

Die Wellenform hier (und darüber) wird etwa 100x langsamer gezeichnet als der Ton, den Sie hören können:

Dieser Schieberegler ändert den Verzerrungsgrad, weiter rechts ist mehr Clipping mit einem höheren Boost verbunden:

Wellenformung

Unter der Haube verwende ich eine Technik namens Wellenformung, um die abgeschnittenen Signale zu erzeugen. Es wird oft verwendet, um mehr klassische Verzerrung Sounds, die ein bisschen mehr beteiligt als Clipping sind zu emulieren. Und es kann noch viel mehr.

Es funktioniert mit einer Übertragungsfunktion, die jeden Eingabewert (zwischen -1 und 1) auf einen Ausgabewert zwischen -1 und 1 abbildet.

Hier sind einige Beispiele für Übertragungsfunktionen, die Achsen in der Grafik gehen beide von -1 nach 1. Die Cursorposition zeigt Beispielwerte der Funktion:

Unten zeigt das Ergebnis der Anwendung der Übertragungsfunktion auf eine Sinuswelle. Sie können die Funktion ändern, indem Sie während der Wiedergabe auf die Schaltflächen klicken, um den Unterschied zu hören.

Einige Informationen zu den verschiedenen Funktionen (schauen Sie sich die Quelle dieser Seite an und suchen Sie „Hallo!“ um die Funktionen selbst zu sehen):

• Abgeschnitten – genau wie im ersten Beispiel, mit dem Clip-Wert von 0,5
• Clip/Boost – Clips auf 0.5 und verdoppelt die Amplitude, um die Lautstärke gleich zu halten
• Exponentiell – rundet die Kanten ein wenig ab, emuliert ein übersteuertes analoges System
• Quadratisch – verdoppelt die Frequenz
• Laut – fügt etwas zufälliges Rauschen hinzu
• Sehr laut – ersetzt das Signal durch zufälliges Rauschen, aber Sie können immer noch den Originalton hören (ich denke, das liegt am Aliasing)
• Linear – lässt den Eingang unverändert und reproduziert den Originalton
• Wave Fold und Wave Wrap – emulieren analoge Schaltungen, die Komparatoren verwenden

Diese klingen so viel besser mit echten Klängen

Warum habe ich so viel Zeit mit den Sinuswellen verschwendet? 😢

Hier sind einige Audioaufnahmen, die durch die Übertragungsfunktion ausgeführt werden, ich habe die verschiedenen Verzerrungstasten unten kopiert, damit Sie während der Wiedergabe mit dem Sound herumspielen können (denken Sie daran, linear spielt den Sound unverändert ab). Viel Vergnügen!

Gitarre mit Reverb

Diese funktionieren in einigen Browsern möglicherweise nicht. Versuchen Sie zuerst, eine der obigen Sinuswellen abzuspielen, und senden Sie mir dann eine E-Mail

Einige letzte Macken

Die quadratische klingt so seltsam. Es ist, weil es eine gerade Funktion ist, während die meisten anderen … ungerade sind. Dies sind Nebenwirkungen der Symmetrie der Funktion, sie verändern die durch die Verzerrung erzeugten Oberwellen.

Der Unterschied zwischen Clip / Boost und Exponential ist subtil – dies sind die Unterschiede, die für High-End-Audiogeräte sehr wichtig werden. Die Leute werden viel Zeit und Geld damit verbringen, nach dem genau richtigen Sound zu suchen.

Das Ende

Ich hoffe, Sie fanden das cool, ich weiß, es ist ein zufälliges Thema. Ich baue gerade einen Synthesizer in Javascript, daher das seltsame Thema. Bleiben Sie dran oder kontaktieren Sie uns, wenn Sie interessiert sind.