Фильтры и резонанс
Большинство физических объектов вибрируют на определённых частотах, определяемых их размером, конструкцией и материалом. Также для каждого объекта есть специфические частоты, при звучании которых он входит в резонанс. Объекты начинают вибрировать не в следствии удара по ним (или другого способа звукоизвлечения) а в следствии воздействия внешних звуковых волн. Звуковая волна с определённым периодом "ударяет" по объекту, он незначительно на это реагирует. Если следующая фаза волны совпадает с движениями объекта - то он начинает звучать. Понятно то что это происходит на определённой частоте, так как именно частота волны определяет её период. Помещения, также как и объекты, имеют резонирующую частоту, однако природа резонанса в помещениях отлична - звуковая волна определённой частоты отражается от стенок и суммируется с другими отражениями, помещение начинает "звучать".
При этом если объект резонирует при частоте 400 Гц а в пространстве имеются волны с частотой 399 Гц, будет ли он резонировать ? Ширина и уровень резонанса зависит от природы объекта.
Резонирующие фильтры
Резонанс свойственен не только звуку в акустическом прдеставлении, но и для аналоговых и цифровых представлений звука. Существует даже специальный вид фильтров, называемый вершинным фильтром (Peaking Filter), который ничего не делает / не выризает а только добавляет во входящий сигнал резонанс на определённой частоте. Резонирующими также могут быть и фильтры низких/высоких частот, которые не только подавляют высокие/низкие частоты, но и добавляют уровень звука определённым частотам.
При работе с резонирующим фильтром необходимо настроить:
- Частоту среза (cutoff) - частоты ниже или выше которой будут подавляться.
- Уровень среза (gain )- на сколько будет увеличиваться резонирующая частота.
- Полоса резонирования (Q) - ширина возвышаемого диапазона частот, в центре которого находится частота среза.
Выше показаны коэффициэнты подавления звука в зависимости от удаления от частоты среза. Однако надо учитывать то что мы не всегда обрабатываем одинаково распределённый по всем частотам сигнал (шум). Часто это гармонические инструменты. Каждый гармонический инструмент состоит из обертонов /гармоник -это достаточно узкие всплески амплитуды, распределённые определённым образом по частотному диапазону (откройте спектрограмму с высоким разрешением любого гармонического инструмента в любом звуковом редакторе). Давайте посмотрим ка то как дела обстоят на самом деле.
Фильтр со средней шириной резонирования:
Фильтр с узкой шириной резонирования:
Также резонирование имеет место и в человеческом голосе, в этом случае резонирующие частоты называются формантами. Позиция формант во время разговора и пения не изменяется, но их распределение уникально у каждого человека, благодаря чему Вы можете распознавать тембры голоса того или иного человека. Наименьшее колличество формант, по которым можно распознать речь - 3. Так что используя тройку фильтров, Вы можете имитировать звучание произношение той или иной гласной. На этом основывается имитация человеческого голоса компьютером (speech), программы-синтезаторы, имитирующие пение человека, вокодеры. Что касается согласных, то тут дело обстоит сложнее, с точки зрения фильтрации конечно же, а не с точки зрения например генерирования шума 
. Когда человек шипит - достигается звучание практически белого шума, т.е. в звуке присутствует подавляющее колличество частот. Так что разным буквам - разные методы имитирования Ну а ниже, для наглядности, представлен пример имитирования двух формант с помощью двух резонирующих фильтров:
