Нужны звуковые эффекты из Batty побитно

[Barmaley_m]

А звуковом редакторе нельзя обработать звуки? и сделать их более приятными и мягкими?

Если эмулятор неправильный (без ФНЧ) - то нельзя. При отсутствии в эмуляторе ФНЧ его выходной аудиосигнал имеет специфические нелинейные искажения, известные под названием "Aliasing". Эти искажения необратимые, их устранить в звуковом редакторе или другим способом, в общем случае, невозможно.

- - - Добавлено - - -

Какое отношение имеет ЦОС к вопросу нужности ФНЧ в эмуляторе - вообще не понял...

Самое прямое. ЦОС отвечает на вопросы, что такое фильтр, зачем он нужен, и что происходит, если его не использовать, либо его параметры неподходящие.

Эмулятор, генерируя звук, занимается цифровой обработкой сигналов, хочешь ты этого или нет. Даже если эта обработка с виду простая, и кажется, что ее вообще нет. Если знаешь теорию - то знаешь достоинства и недостатки применяемого метода обработки, и можешь при необходимости применить другой метод, свободный от нежелательных недостатков. Ну, а если не знаешь - то и получаются эмуляторы, которым медведь на генерацию звука наступил.

Вопрос был про ФНЧ именно в самом эмуляторе.

Да, именно в эмуляторе. Я и Ivagor говорили об одном и том же. В эмуляторе. Нужен. Фильтр. Обязательно.

Так как ФНЧ в звуковом тракте хозяйской системы (Win) естественно и так имеется. Зачем ещё?

Затем, что частота дискретизации исходного сигнала (состояния порта #FE) - 3,5МГц. Это во много раз выше частоты дискретизации выходного сигнала (44100 или 48000Гц на звуковой карте).

Что будет, если при таком уменьшении частоты дискретизации не применять ФНЧ? Варианта 2.
1) Если в исходном сигнале были частоты выше 22050 или 24000Гц - то будет алиасинг.
2) Если в исходном сигнале высоких частот не было - то ничего не будет.

Есть ли в сигнале бипера частоты выше 22050 или 24000Гц? Конечно есть. Простой пример - вычисли преобразование Фурье от прямоугольного сигнала на какой-нибудь звуковой частоте типа 440Гц. Количество гармоник будет бесконечным, так что и частоты выше 22050Гц будут. В дискретном случае, с дискретизацией на 3,5МГц, гармоники будут вплоть до 1,75 МГц.

Что нужно сделать, чтобы в сигнале таких частот не было? Правильно, ФНЧ.

ФНЧ надо применять до того, как звук будет преобразован к частоте дискретизации операционной системы. После - уже поздно. Поэтому то, что в ОС и где-то там еще есть фильтры - это не значит, что тебе свой фильтр делать не надо.

Пример я слышу в своём эмуляторе - качество звука (субъективно) аналогично тому, что было в железном "Вектор-06Ц". Там ФНЧ можно считать, что тоже практически нет.

Ключевые слова - "Субъективно" и "практически". Ты наверняка не измерял уровень искажений, а на слух не научился еще, к чему надо прислушиваться. А измерения провести просто.
1) Выполняешь команду "BEEP" в бейсике, генерируя какой-нибудь музыкальный звук. Эта команда должна генерировать чистые прямоугольные сигналы нужной частоты.
2) Сохраняешь звуковой файл из эмулятора
3) Открываешь его в звуковом редакторе
4) Смотришь спектральный анализ. Видишь спектральные пики не только на базовой частоте звука и ее гармониках, а еще и кучу лишних пиков где попало. Это и есть алиасинг.

Если сделать в эмуляторе нормальный ФНЧ и повторить эксперимент - то спектральные пики будут только на базовой частоте звука и ее гармониках. На слух звук будет при этом чистым и звонким. Но я понимаю, для неопытного уха может быть непонятно, на какие аспекты звука надо обращать внимание.

На железном же компьютере выходной сигнал аналоговый. В нем присутствуют, в том числе, ультразвуковые частоты вплоть до нескольких мегагерц. Но ты их не слышишь. А те, что слышишь (аудиочастоты) - они чистые и не содержат посторонних спектральных линий. Если, конечно, усилитель и колонки не совсем ужасные.

Вот про это было бы интересно узнать - реализуют ли ФВЧ в своих эмуляторах авторы? Такое ощущение, что реализуют.

Реализуют. ФВЧ тоже нужен. Но не так критично. Он нужен для удаления из сигнала постоянной составляющей и оптимального использования динамического диапазона выходного сигнала. ФВЧ первого порядка вполне достаточно. И этот ФВЧ может работать на последнем этапе обработки сигнала, уже на частоте дискретизации звуковой карты.

- - - Добавлено - - -

Децимация тут не нужна. Достаточно сделать передискретизацию (ресэмплинг) на частоту аудио-потока хозяйской ОС. Что и делает мой эмулятор.

Децимация - это частный случай передискретизации. Я думаю, автор имел здесь в виду то, что децимация также подразумевает использование соответствующего ФНЧ. Для высококачественной передискретизации (более общий случай) ФНЧ тоже, конечно, нужен.

Передискретизацию можно делать разными алгоритмами. Мой эмулятор использует простейшую - кусочно-линейной интерполяцией.

Кусочно-линейная интерполяция, если ее рассмотреть с точки зрения ЦОС, неявно применяет ФНЧ. Но это плохой ФНЧ, который недостаточно подавляет высокие частоты. Как следствие - алиасигнга становится меньше, чем если совсем без фильтра. Но все же он остается, и достаточно много. Качество звука все равно плохое.

Думаю - этого вполне достаточно для эмулятора.

Нет, недостаточно. С хорошим фильтром можно получить значительно лучшее качество звука, и разница будет явно ощутима на слух.

А вставка сэмплов->ФНЧ->децимация - это тупое в лоб ("классическое") решение передискретизации. Которое практически применимо только если исходная частота и целевая частота - имеют примерно похожее разложение на простые сомножители. Что на практике редко бывает.

Передискретизация и ФНЧ бывают разные. В том числе есть решения, комбинирующие ФНЧ и более сложную, чем кусочно-линейную, интерполяцию. Таким образом можно с высоким качеством передискретизировать сигналы с произвольным (в том числе иррациональным) соотношением исходной и целевой частот дискретизации. Рекомендую почитать следующую статью: Polynomial Interpolators for High-Quality Resampling of Oversampled Audio. Без соответствующей теоретической подготовки, может, и не все поймешь, но попробуй хотя бы реализовать оттуда пару-тройку алгоритмов.

- - - Добавлено - - -

При теоретическом рассмотрении, в конечном счете, любая передискретизация может быть сведена к вставке нулей, потом ФНЧ, а потом выбрасыванию ненужных сэмплов. И именно так и следует теоретически рассматривать весь процесс. Но "в лоб" это делают редко, потому что слишком высокие вычислительные затраты. Как на расчет коэффициентов фильтра, так и на последующую фильтрацию.

Есть множество способов оптимизировать реализацию фильтра и всего процесса после того, как выполнены теоретические расчеты. Применяются неявные фильтры (как в случае кусочно-линейной или полиномиальной интерполяции), интерполяция коэффициентов фильтра (структуры фильтров Фарроу), полифазное разложение. Можно воспользоваться кусочным постоянством фильтруемого сигнала (я это впервые в эмуляторном мире реализовал в 2002г). Можно рассматривать фильтрацию в непрерывном времени (хотя расчеты ведутся, казалось бы, для дискретного времени). После оптимизации алгоритмы перестают быть внешне похожими на какую-либо фильтрацию, особенно для несведущего. Но делают они именно ее. И делают эффективно.

[Advertiser]

[Dexus]

Barmaley_m,
> При отсутствии в эмуляторе ФНЧ его выходной аудиосигнал имеет специфические нелинейные искажения, известные под названием "Aliasing".

Это разве что в плохом эмуляторе не будет никакого ФНЧ. В том же старом добром Unreal он вполне приличный (свертка по х64 оверсемплинга)

[Barmaley_m]

Это разве что в плохом эмуляторе не будет никакого ФНЧ. В том же старом добром Unreal он вполне приличный (свертка по х64 оверсемплинга)

Тогда к чему твой вопрос? Если эмулятор хороший - то его аудиосигнал будет чистым и не будет нуждаться в обработке звуковым редактором. Если эмулятор плохой - то аудиосигнал будет необратимо искаженным, и обрабатывать его в звуковом редакторе будет бесполезно.

В обоих случаях звуковой редактор не нужен.

Звуковой редактор может пригодиться для монтажа звука или наложения спецэффектов. А улучшить с его помощью исходно плохое качество звука невозможно.

- - - Добавлено - - -

то можно потом обрабатывать его в звуковых редакторах и даже лучше чем это сделает эмулятор.

Если в звуковом редакторе можно сделать лучше, чем делает эмулятор - то это значит, что эмулятор нуждается в улучшении обработки сигнала.

Нет таких секретных волшебных методов обработки сигнала, которые можно было бы реализовать в звуковом редакторе и нельзя - в эмуляторе.

[ZXMAK]

Если эмулятор хороший - то его аудиосигнал будет чистым и не будет нуждаться в обработке звуковым редактором. Если эмулятор плохой - то аудиосигнал будет необратимо искаженным, и обрабатывать его в звуковом редакторе будет бесполезно.

В обоих случаях звуковой редактор не нужен.

Это не совсем так. Если запись сделана на родной частоте сэмплирования, т.е. без децимации, то никаких искажений в записи не будет, т.к. сигнал будет сохранен в том виде как он проэмулирован в эмуляторе и это дает возможность накладывать на него гораздо более качественные фильтры и более сложную обработку, чем это возможно в эмуляторе, где важна скорость эмуляции.

Ваше утверждение будет почти справедливым, если запись сделана после децимации. Дело в том, что фильтр нужно применять до децимации. Поэтому если децимация сделана в эмуляторе, то и фильтр будет применен тот, что в эмуляторе. После этого уже ничего не сделаешь. В эмуляторе не может быть высококачественного фильтра, т.к. эмуляторы заточены на скоростную обработку в реальном времени. Применять тяжеловесные высококачественные фильтры в эмуляторе нет возможности.

Если в звуковом редакторе можно сделать лучше, чем делает эмулятор - то это значит, что эмулятор нуждается в улучшении обработки сигнала.

Нет таких секретных волшебных методов обработки сигнала, которые можно было бы реализовать в звуковом редакторе и нельзя - в эмуляторе.

Конечно можно, только с высококачественным фильтром эмулятор будет так тормозить, что в лучшем случае 1-2 фпс будет. А в аудиоредакторе такой-же высококачественный фильтр наложить не проблема, т.к. там не нужна скорость эмуляции.


Чтобы было понятней, можно сравнить процесс с сохранением видеофайла. Если программа сохраняет файл со сжатием с потерями, то такое сжатие добавляет артефакты в изображение. Поэтому восстановить исходное изображение и перекодировтаь более качественно уже не получится - информация потеряна. Однако если программа сохраняет видео в формате без потерь, то вы всегда можете перепаковать в видеоредакторе видео гораздо более качественее, чем это можно сделать при записи видеофайла из программы в реальном времени.

Также точно и со звуком. Децимация - это по сути сжатие с потерями.

[Barmaley_m]

...гораздо более качественные фильтры и более сложную обработку, чем это возможно в эмуляторе, где важна скорость эмуляции.
В эмуляторе не может быть высококачественного фильтра, т.к. эмуляторы заточены на скоростную обработку в реальном времени. Применять тяжеловесные высококачественные фильтры в эмуляторе нет возможности.

Думаю, что есть. Я делал в 2002г эмулятор звука Atari800 - проект "mzpokeysnd". Не знаю, что осталось от моего кода в текущей версии эмулятора, но на тот момент это был прорыв, т.к. ранее использовалась лишь линейная интерполяция.

Переходная полоса ФНЧ была от 17000 до 22050 Гц, отклонение в полосе пропускания не более 1% (0.07дБ), подавление в полосе подавления сейчас точно уже не помню, но не менее 80дБ. И это все работало на том Pentium III, где я это все налаживал, без большого напряжения вычислительных ресурсов. Работало у многих людей и на вторых пентиумах. На первом пентиуме 133МГц тормозило, но 8кГц моно еще вытягивало. При этом общая частота дискретизации была в районе 1,7 МГц, 4 AY-подобных канала.

С тех пор я узнал о еще более мощных методах оптимизации фильтров и вообще все прошедшие годы профессионально занимался цифровой обработкой сигналов.

Думаю, что для современных компьютеров не представляет проблемы такая эмуляция бипера и AY в реальном времени, чтобы выходной сигнал на частоте дискретизации 44100 или 48000Гц был полностью свободен от заметных (объективными измерениями, а не только на слух) искажений Aliasing. Могу конкретно помочь с твоим эмулятором. Исходники вроде есть в открытом доступе. Могу посмотреть на новогодних каникулах и (если увижу возможность улучшения) помочь.

[ZXMAK]

Думаю, что есть. Я делал в 2002г эмулятор звука Atari800 - проект "mzpokeysnd". Не знаю, что осталось от моего кода в текущей версии эмулятора, но на тот момент это был прорыв, т.к. ранее использовалась лишь линейная интерполяция.

Переходная полоса ФНЧ была от 17000 до 22050 Гц, отклонение в полосе пропускания не более 1% (0.07дБ), подавление в полосе подавления сейчас точно уже не помню, но не менее 80дБ. И это все работало на том Pentium III

Это зависит от того, что вы понимаете под "качественным фильтром".

Для сравнения вот хороший FIR ФНЧ фильтр с указанными вами параметрами (17000-22050, 80 дБ), длина фильтра 3476 тапов:


А вот более качественный на (20000-21000, 200 дБ), длина фильтра 46807 тапов:


Первый и так тяжеловесный для эмулятора, но второй требует в десять раз большую производительность. А добавить сюда еще ФВЧ... Для обработки в аудиоредакторе это не имеет значения, а вот для эмулятора критично, т.к. он не может отдавать всю мощность процессора только на фильтр для звука, нужно еще выполнять основную задачу...

[Barmaley_m]

Первый и так тяжеловесный для эмулятора, но второй требует в десять раз большую производительность. А добавить сюда еще ФВЧ...

Такие фильтры "в лоб", прямым методом считать, к счастью, не нужно. Даже порядок фильтра имеет мало значения, если реализация использует соответствующие трюки. Я выше упоминал "использование кусочного постоянства входного сигнала", который применил для Atari. Есть и другие. Можно даже без умножения сделать фильтр с весьма впечатляющими характеристиками. В общем, погоди немного, я гляну в твой эмулятор, что там можно сделать, и приду с конкретными предложениями.

С ФВЧ вообще легко, он работает на выходной частоте (44100Гц), рекурсивный фильтр первого порядка. Можно реализовать без умножения, только с битовыми сдвигами.

И еще, я считаю, что 200дБ подавление и переходная полоса 20000-21000Гц - это перебор. -200дБ лежит гораздо ниже разрешающей способности 16-битного сигнала - поэтому искажения Aliasing будут много меньше погрешности квантования. Также и подавление с 21000Гц вместо 22050 - это излишне. До 22050 мы имеем полное право оставить сигналы, тем более, что они там частично подавлены. 20000 полосу пропускания можно оставить, хотя это только для юных слушателей. В 18 лет я такое слышал, а сейчас - уши уже не те.

Для практической разработки, думаю, надо задаться разумными требованиями, а не такими, которые и проверить-то не на чем будет, ибо нету таких усилителей, наушников или колонок, доступных для простого смертного. И ушей таких тоже почти ни у кого нет. А вот разумные требования стандартов Hi-Fi или даже Hi-End в эмуляторе реализовать без чрезмерной нагрузки на проц будет вполне возможно.

[Barmaley_m]

Это зависит от того, что вы понимаете под "качественным фильтром"

Привет. Я тебе в личку написал по звуку для эмулятора. Можешь ответить?