• 相位聲碼器

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    相位聲碼器

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    相位聲碼器是一種聲碼器專用的算法,它可以通過使用從頻率變換中提取的相位信息來插補音頻信號的頻域和時域中存在的信息。計算機算法允許對數字聲音文件進行頻域修改(通常是時間擴展/壓縮和音調轉換)。相位編碼器的核心是短時傅里葉變換(STFT),通常使用快速傅里葉變換進行編碼。STFT將聲音的時域表示轉換為時頻表示(分析階段),允許對聲音的特定頻率成分的振幅或相位進行修改,然后通過反STFT將時頻域表示重新合成為時域。重新合成的聲音的時間演變可以通過修改STFT幀的時間位置來改變,在重新合成操作之前允許對原始聲音文件進行時間尺度的修改。

    相位一致性問題

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    所有操作STFT的情況下,必須解決的主要問題是,個別信號成分(正弦波,脈沖)將分布在多個幀和多個STFT頻率位置(bin)。這是因為STFT分析是使用重疊的分析窗口進行的。窗口化導致頻譜泄漏,如單個正弦波成分的信息被分散到相鄰的STFT槽中。為了避免分析窗口的漸變的邊界效應,STFT分析窗口在時間上重疊。這種時間上的重疊導致了相鄰的STFT分析有很強的相關性(在時間t出現在分析幀中的正弦波也會出現在隨后的幀中)。用相位編碼器進行信號轉換的問題與以下問題有關:在STFT表示中進行的所有修改都需要保持相鄰頻段(垂直一致性)和時間幀(水平一致性)之間的適當相關性。除了在極其簡單的合成聲音的情況下,這些適當的相關性只能被近似地保留,自相位聲碼器的發明以來,研究主要涉及尋找算法,在修改后保留STFT表示的垂直和水平的一致性。在適當的解決方案出現之前,相位一致性問題被研究了很長時間。

    相位聲碼器的歷史

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    相位聲碼器是由Flanagan在1966年提出的,作為一種算法,它可以保持代表正弦波成分的分檔之間的水平一致性。這個原始的相位聲碼器沒有考慮到相鄰頻率倉之間的垂直一致性,因此,用這個系統進行時間拉伸,確實會產生缺少清晰度的聲音信號。1984年,Griffin和Lim提出了經過振幅修改后的STFT的聲音信號的最佳重建方法。這種算法不考慮產生相干的STFT的問題,但它確實可以找到具有盡可能接近修改后的STFT的聲音信號,即使修改后的STFT不相干(不代表任何信號)。直到1999年,Laroche和Dolson提出了一種保持各譜段相位一致性的方法,垂直相干的問題仍然是時間縮放操作質量的一個主要問題。

    相位聲碼器

    Laroche和Dolson的建議必須被看作是相位編碼器歷史上的一個轉折點。事實證明,通過確保垂直相位的一致性,可以獲得非常高質量的時間比例轉換。Laroche提出的算法不允許保留聲音起始點(音符起始點)的垂直相位一致性。Roebel提出了一個解決這個問題的方案。Ircam公司的SuperVP是一個基于相位聲碼器的信號變換的軟件實現的例子,使用與這里描述的類似的手段來實現高質量的信號變換。

    在音樂中的應用

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    英國作曲家TrevorWishart將相位聲碼器對人聲的分析和轉換作為他的作品《Vox5》(他的大型Vox循環的一部分)的基礎。美國作曲家RogerReynolds的TransfiguredWind使用相位聲碼器對長笛聲音進行時間拉伸。JoAnnKuchera-Morin的音樂對相位聲碼器的轉換進行了一些最早和最廣泛的使用,例如在Dreampaths(1989)。

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    詞條目錄
    1. 相位聲碼器
    2. 相位一致性問題
    3. 相位聲碼器的歷史
    4. 在音樂中的應用

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