تمديد وقت الصوت وتغيير درجة الصوت

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 8 صور
الموسوعة الحرة

تمديد الوقت هو عملية تغيير سرعة أو مدة الإشارة الصوتية دون التأثير على درجة صوتها . أما تغيير درجة الصوت فهو عكس ذلك: عملية تغيير درجة الصوت دون التأثير على السرعة. يُعد تغيير درجة الصوت نوعًا من تغيير درجة الصوت يتم تنفيذه في وحدة المؤثرات الصوتية وهو مُصمم للعروض الحية. أما التحكم في درجة الصوت فهو عملية أبسط تؤثر على درجة الصوت والسرعة معًا عن طريق إبطاء التسجيل أو تسريعه.

تُستخدم هذه العمليات غالبًا لمطابقة طبقات الصوت وإيقاع مقطعين مسجلين مسبقًا لأغراض المزج، عندما يتعذر إعادة تشغيل المقطعين أو إعادة أخذ عينات منهما. كما يُستخدم تمديد الوقت لضبط الإعلانات الإذاعية [ 1 ] والإعلانات التلفزيونية [ 2 ] لتناسب تمامًا مدة 30 أو 60 ثانية المتاحة. ويمكن استخدامه أيضًا لتكييف مواد أطول مع فترة زمنية محددة، مثل بث مدته ساعة واحدة.

إعادة أخذ العينات

أبسط طريقة لتغيير مدة أو درجة صوت التسجيل الصوتي هي تغيير سرعة التشغيل. بالنسبة للتسجيلات الصوتية الرقمية ، يُمكن تحقيق ذلك من خلال تحويل معدل العينة . عند استخدام هذه الطريقة، تُقاس الترددات في التسجيل دائمًا بنفس نسبة السرعة، مما يؤدي إلى رفع أو خفض درجة الصوت. يؤدي إبطاء التسجيل لزيادة مدته إلى خفض درجة الصوت، بينما يؤدي تسريعه لفترة أقصر إلى رفعها، مما يُنتج ما يُعرف بتأثير السنجاب . عند إعادة أخذ عينات الصوت إلى درجة صوت منخفضة بشكل ملحوظ، يُفضل أن يكون معدل عينة الصوت الأصلي أعلى، لأن إبطاء سرعة التشغيل سيُنتج إشارة صوتية بدقة أقل، وبالتالي يُقلل من وضوح الصوت المُدرك. عند إعادة أخذ عينات الصوت إلى درجة صوت أعلى بشكل ملحوظ، يُفضل استخدام مُرشِّح استيفاء، لأن الترددات التي تتجاوز تردد نايكويست (الذي يُحدده معدل أخذ العينات لبرنامج أو جهاز تشغيل الصوت) ستُسبب تشوهات صوتية بسبب التداخل .

مجال التردد

مُشفّر الطور

إحدى طرق تمديد طول الإشارة دون التأثير على درجة الصوت هي بناء مشفر طوري على غرار فلاناجان وجولدن وبورتنوف.

الخطوات الأساسية:

  1. حساب العلاقة بين التردد/السعة اللحظية للإشارة باستخدام STFT ، وهو تحويل فورييه المنفصل لكتلة قصيرة ومتداخلة ومُجزأة بسلاسة من العينات؛
  2. تطبيق بعض المعالجة على مقادير وأطوار تحويل فورييه (مثل إعادة أخذ عينات من كتل تحويل فورييه السريع)؛ و
  3. قم بإجراء تحويل فورييه قصير المدى عكسي عن طريق أخذ تحويل فورييه العكسي على كل جزء وجمع أجزاء الموجة الناتجة، وهو ما يسمى أيضًا بالتداخل والجمع (OLA). [ 3 ]

يُعالج مُشفّر الطور المكونات الجيبية بكفاءة، لكن الإصدارات الأولى منه كانت تُسبب تشويشًا ملحوظًا في الموجات العابرة ("النبضات") عند جميع معدلات الضغط/التمدد غير الصحيحة، مما يجعل النتائج غير متناسقة ومُشتتة. تُتيح التحسينات الحديثة نتائج بجودة أفضل عند جميع نسب الضغط/التمدد، لكن لا يزال هناك تأثير تشويش مُتبقٍ.

يمكن أيضًا استخدام تقنية مُشفِّر الطور لإجراء تغيير درجة الصوت، والكورس، ومعالجة جرس الصوت، والتناغم، والتعديلات غير العادية الأخرى، وكلها يمكن تغييرها كدالة للوقت.

نظام التحليل/التركيب الجيبي (استنادًا إلى McAulay & Quatieri 1988 ، ص. 161 ) [ 4 ] 

نمذجة الطيف الجيبي

تعتمد طريقة أخرى لتمديد الإشارة زمنيًا على نموذج طيفي لها. في هذه الطريقة، تُحدد القمم في الإطارات باستخدام تحويل فورييه قصير المدى (STFT ) للإشارة، وتُنشأ مسارات جيبية بربط القمم في الإطارات المتجاورة. ثم يُعاد توليف هذه المسارات على نطاق زمني جديد. تُعطي هذه الطريقة نتائج جيدة مع كلٍ من المواد متعددة الأصوات والإيقاعية، خاصةً عند تقسيم الإشارة إلى نطاقات فرعية. مع ذلك، تتطلب هذه الطريقة موارد حاسوبية أكبر من الطرق الأخرى.

نمذجة صوت أحادي الصوت كملاحظة على طول حلزون دالة ذات مجال أسطواني

المجال الزمني

سولا

قدم رابينر وشافر في عام 1978 حلاً بديلاً يعمل في المجال الزمني : محاولة إيجاد الفترة (أو التردد الأساسي المكافئ ) لجزء معين من الموجة باستخدام خوارزمية معينة للكشف عن درجة الصوت (عادةً ذروة الارتباط الذاتي للإشارة ، أو أحيانًا معالجة السيبسترال )، والتلاشي التدريجي من فترة إلى أخرى.

يُطلق على هذا اسم التحجيم التوافقي في المجال الزمني [ 5 ] أو طريقة التداخل المتزامن والإضافة (SOLA) ويعمل بشكل أسرع إلى حد ما من مُشفِّر الطور على الأجهزة الأبطأ ولكنه يفشل عندما يُخطئ الارتباط الذاتي في تقدير فترة الإشارة ذات التوافقيات المعقدة (مثل المقطوعات الأوركسترالية ).

يبدو أن برنامج Adobe Audition (المعروف سابقًا باسم Cool Edit Pro) يحل هذه المشكلة من خلال البحث عن الفترة الأقرب إلى فترة مركزية يحددها المستخدم، والتي يجب أن تكون مضاعفًا صحيحًا للإيقاع، وبين 30 هرتز وأدنى تردد جهير.

يُعدّ هذا الأسلوب محدود النطاق مقارنةً بالمعالجة القائمة على مُشفّر الطور الصوتي، ولكنه يُمكن جعله أقل استهلاكًا لموارد المعالج، ما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تعمل في الوقت الفعلي. ويُقدّم نتائج أكثر اتساقًا للأصوات أحادية النغمة، مثل صوت الإنسان أو تسجيلات الآلات الموسيقية أحادية الصوت.

تقوم حزم معالجة الصوت التجارية المتطورة إما بدمج التقنيتين (على سبيل المثال، عن طريق فصل الإشارة إلى موجات جيبية وموجات عابرة)، أو تستخدم تقنيات أخرى تعتمد على تحويل الموجات الصغيرة ، أو معالجة الشبكة العصبية الاصطناعية ، مما ينتج عنه تمديد زمني عالي الجودة.

نهج قائم على الإطار

النهج القائم على الإطار للعديد من إجراءات إدارة العلاج بالصدمات

للحفاظ على درجة صوت الإشارة الصوتية عند تمديد مدتها أو ضغطها، تتبع العديد من إجراءات تعديل المقياس الزمني (TSM) نهجًا قائمًا على الإطارات. [ 6 ] عند إعطاء إشارة صوتية أصلية منفصلة الزمن، تتمثل الخطوة الأولى لهذه الاستراتيجية في تقسيم الإشارة إلى إطارات تحليل قصيرة ذات طول ثابت. تفصل بين إطارات التحليل مسافة ثابتة من العينات، تُسمى حجم قفزة التحليل.حأ∈شمال{\displaystyle H_{a}\in \mathbb {N} }لتحقيق التعديل الفعلي على المقياس الزمني، يتم بعد ذلك إعادة تحديد مواقع إطارات التحليل زمنيًا للحصول على حجم قفزة تركيبيةحs∈شمال{\displaystyle H_{s}\in \mathbb {N} }ينتج عن إعادة تحديد موقع الإطار هذا تعديل في مدة الإشارة بمعامل تمديد قدرهα=حs/حأ{\displaystyle \alpha =H_{s}/H_{a}}مع ذلك، فإن مجرد دمج إطارات التحليل غير المعدلة يؤدي عادةً إلى ظهور تشوهات غير مرغوب فيها، مثل انقطاعات الطور أو تقلبات السعة. ولمنع هذه التشوهات، يتم تعديل إطارات التحليل لتشكيل إطارات التركيب ، قبل إعادة بناء إشارة الخرج المعدلة على المقياس الزمني.

تُعد استراتيجية استخلاص أطر التركيب من أطر التحليل اختلافًا رئيسيًا بين إجراءات TSM المختلفة.

سرعة السمع وسرعة الكلام

في حالة الكلام تحديداً، يمكن إجراء تمديد الوقت باستخدام PSOLA .

الكلام المضغوط زمنيًا هو تمثيل النص المنطوق في وقت مضغوط. وبينما قد يتوقع المرء أن يؤدي تسريع الكلام إلى تقليل الفهم، يقول هيرب فريدمان: "أظهرت التجارب أن الدماغ يعمل بكفاءة أكبر إذا كان معدل المعلومات التي تصل إلى الأذنين - عبر الكلام - هو معدل القراءة "المتوسط"، والذي يبلغ حوالي 200-300 كلمة في الدقيقة، بينما يبلغ متوسط ​​معدل الكلام حوالي 100-150 كلمة في الدقيقة." [ 7 ]

يُنظر إلى الاستماع إلى الكلام المضغوط زمنيًا على أنه مكافئ للقراءة السريعة . [ 8 ] [ 9 ]

تغيير درجة الصوت

يتم توفير خاصية تغيير درجة الصوت (تغيير نطاق التردد) في برنامج Eventide Harmonizer
لا يحافظ تغيير التردد الذي يوفره جهاز Bode Frequency Shifter على نسبة التردد والتناغم.

يمكن استخدام هذه التقنيات أيضًا لنقل عينة صوتية مع الحفاظ على السرعة أو المدة ثابتة. ويمكن تحقيق ذلك عن طريق تمديد الوقت ثم إعادة أخذ العينات إلى الطول الأصلي. أو بدلاً من ذلك، يمكن تغيير تردد الموجات الجيبية في نموذج جيبي مباشرةً، وإعادة بناء الإشارة على المقياس الزمني المناسب.

يمكن تسمية عملية النقل بتغيير التردد أو تغيير درجة الصوت ، وذلك حسب وجهة النظر.

على سبيل المثال، يمكن رفع درجة كل نغمة بمقدار خمسة كاملة مع الحفاظ على الإيقاع نفسه. يمكن اعتبار هذا النقل بمثابة "تغيير درجة الصوت"، أي "رفع" كل نغمة سبعة مفاتيح على لوحة مفاتيح البيانو، أو إضافة مقدار ثابت على سلم ميل ، أو إضافة مقدار ثابت في فضاء درجة الصوت الخطي . ويمكن اعتبار النقل نفسه بمثابة "توسيع نطاق التردد"، أي "توسيع" (ضرب) تردد كل نغمة في 3/2.

يحافظ النقل الموسيقي على نسب الترددات التوافقية التي تحدد جرس الصوت ، على عكس تغيير التردد الناتج عن تعديل السعة ، والذي يضيف إزاحة تردد ثابتة إلى تردد كل نغمة. (نظريًا، يمكن إجراء تغيير حرفي في درجة الصوت حيث يتم تغيير موقع النغمة في الفضاء الموسيقي [حيث يتم تحريك النغمة الأعلى بفاصل زمني أكبر في الفضاء الخطي للنغمة من النغمة الأدنى]، لكن هذا غير شائع للغاية، وغير موسيقي ) .

تُحقق معالجة المجال الزمني نتائج أفضل بكثير هنا، حيث يكون التشويه أقل وضوحًا، لكن تغيير حجم عينات الصوت يُشوه الترددات الرنانة إلى تأثير يُشبه تأثير فيلم "ألفين والسناجب" ، وهو تأثير قد يكون مرغوبًا أو غير مرغوب فيه. تتضمن عملية الحفاظ على الترددات الرنانة وخصائص الصوت تحليل الإشارة باستخدام مُشفّر صوتي للقنوات أو مُشفّر صوتي منخفض الضغط بالإضافة إلى أي من خوارزميات كشف النغمات المتعددة ، ثم إعادة تركيبها بتردد أساسي مختلف.

يمكن العثور على وصف مفصل لتقنيات التسجيل التناظري القديمة لتغيير درجة الصوت في Alvin and the Chipmunks §  تقنية التسجيل .

دي جي

يستخدم منسقو الأغاني (دي جيه) تقنيتي تمديد الوقت وتغيير درجة الصوت على نطاق واسع ، بالإضافة إلى مزج الإيقاعات، عند تشغيل وإنشاء مجموعات موسيقية . ولدمج مسارين موسيقيين بسلاسة، يمكن تعديل سرعة أحدهما لتتوافق مع الآخر، بحيث تتناغم الإيقاعات. ويُستخدم تغيير درجة الصوت عادةً للحفاظ على درجة صوت المسار. كما يستخدمه منسقو الأغاني للمزج التوافقي ، لتحويل المسارات إلى مفاتيح موسيقية متوافقة، ما يُضفي عليها صوتًا متناغمًا عند مزجها معًا. وتُعدّ تقنيتا تمديد الوقت وتغيير درجة الصوت جزءًا من أجهزة وبرامج منسقي الأغاني الحديثة (مثل مشغلات الأقراص المدمجة ووحدات التحكم الخاصة بهم ) وبرامجهم (مثل VirtualDJ و Mixxx و Serato وRekordbox).

إنتاج موسيقي

تُستخدم تقنيتا تمديد الوقت وتغيير درجة الصوت في برامج محطات العمل الصوتية الرقمية للتعامل مع الحلقات الموسيقية ، وهي مقاطع صوتية يمكن تكرارها وتغيير درجة صوتها لتكوين أغنية. يتم ضبط درجة الصوت وإيقاع الحلقات المتعددة لإنشاء مسارات موسيقية. من أبرز هذه البرامج Acid Pro بميزة "Acidized loops" و FL Studio .

في برامج المستهلك

تُوجد خاصية تعديل سرعة الصوت مع تصحيح درجة الصوت في جميع متصفحات الويب الحديثة كجزء من معيار HTML لتشغيل الوسائط. [ 10 ] وتنتشر عناصر تحكم مماثلة في تطبيقات الوسائط وأطر العمل مثل GStreamer و Unity .

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "دولبي، السناجب، ومعرض NAB2004" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 27-05-2008.{{cite magazine}}مجلة Cite بحاجة إلى ( مساعدة )|magazine=
  2. ↑ "خطاب متغير" . www.atarimagazines.com .
  3. ↑ جونت ب. ألين (يونيو 1977). "التحليل الطيفي قصير المدى، والتركيب، والتعديل بواسطة تحويل فورييه المنفصل". معاملات IEEE في الصوتيات، والكلام، ومعالجة الإشارات . ASSP-25 (3): 235– 238.
  4. ↑ ماكولي، آر جيه؛ كواتيري، تي إف (1988)، "معالجة الكلام بناءً على نموذج جيبي" (ملف PDF) ، مجلة مختبر لينكولن ، 1 (2): 153-167 ، مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 21-05-2012 ، تم استرجاعه بتاريخ 07-09-2014
  5. ↑ ديفيد مالاه (أبريل 1979). "خوارزميات المجال الزمني لتقليل عرض النطاق التوافقي وتغيير المقياس الزمني لإشارات الكلام". معاملات IEEE في الصوتيات والكلام ومعالجة الإشارات . ASSP-27 (2): 121-133 .
  6. ↑ جوناثان دريدجر ومينارد مولر (2016). "مراجعة لتعديل المقياس الزمني لإشارات الموسيقى" . العلوم التطبيقية . 6 (2): 57. doi : 10.3390/app6020057 .
  7. ↑ الكلام المتغير ، الحوسبة الإبداعية، المجلد 9، العدد 7 / يوليو 1983 / ص 122
  8. ↑ "استمع إلى البودكاست في نصف الوقت" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 29 أغسطس 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 يوليو 2008 .
  9. ↑ "أجهزة iPod المسرعة" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2006-09-02.
  10. ↑ "HTMLMediaElement.playbackRate - واجهات برمجة تطبيقات الويب" . MDN . تم الاطلاع عليه في 1 سبتمبر 2021 .