Proiect Semestrial APSC - Pitch Scaling

Pitch scaling

Ce ne-am propus?

Vrem sa modificam tonalitatea semnalului vocal dar fara sa ii schimbam caracteristicile.Ne propunem sa investigam cateva metode de schimbare a tonalitatii dar fara sa schimbam durata semnalului.

Pitch scaling este realizat cand fiecare din componentele frecventei unui semnal dat sunt scalate individual cu un factor α, acest lucru reprezentand modificarea tonului unui semnal audio Semnalul este nedistorsionat pana la aproape o octava.Acest lucru sa realizeaza fara ca sa schimbam durata in timp a semnalului.

Diferenta intre pitch scaling si pitch shifting

Daca ne referim la pitch scaling ne gandim la faptul ca fiecare component a frecventei este scalata cu acelasi factor.Pitch shifting implica shiftarea fiecarei component a frecventei din spectru cu aceeasi cantitate. Un mod de a realize acest lucru este de a modula semnalul cu o frecventa purtatoare,care cauzeaza o shiftare a frecventei in spectrul ∆f ,unde ∆f este frecventa purtatoare.

Rezultatul sub forma sunetului ,cand aplicam un pitch shifting asupra unui semnal poate fi descries ca un sunet metallic care este distorsionat serios fata de original.Acest fapt poate fi explicat in felul urmator.Un ton este format din frecventa fundamentala si armonici.Pentru a percepe un sunet cunoscut relatiile dintre frecventa purtatoare si armonici trebuiesc respectate si pastrate,altfel frecventele nu vor fi aranjate cum ar trebuisi semnalul se va auzi distorsionat.

Cand facem un pitch scaling fiecare frecventa este multiplicata cu acelasi factor si astfel relatiile dintre fundamental si armonici sunt pastrate,dar la o frecventa ridicata daca tonalitatea a crescut sau sunt pastrate la o frecventa joasa daca tonalitatea a scazut.Pitch scaling este mult mai greu de implemantat decat pitch shifting.

Algoritmi de pitch scaling se pot imparti in 2 grupuri de baza si anume,algoritmi in domeniul timp si algoritmi in domeniul frecventa.Exista numeroase metode de implementare a acestor algoritmi.

1.Metode de implementare in domenul timp

Avantajul acestor algoritmi de implementare in timp este acela ca sunt usor de implementat si dau rezultate bune cand sunt folosite pentru vorbire si sunete polifonice dand un factor mic de scalare.Pitch scaling in domeniul timp poate fi realizata prin simpla combinare a scalarii in timp si reesantionare. Metodele folosite in acest caz se numesc SOLA (Synchronous Overlap and Add) si PSOLA(Pitch Synchronous Overlap Add).

2. Metode de implementare in domeniul frecventa

Pentru a realize pitch scaling asupra sunetelor polifonice, cu modificari mari ale factorilor,trebuie folosit un algoritm din domeniul frecventa.Acesta este denumit deseori phase-vocoder.Aceasta metoda necesita transformari din domeniul timp in frecventa.Dezavantajul acestei metode este acela ca este mai complexa si introduce asa numita sinfazare a semnalului.Acesta putand fi descrisa ca o pierdere a prestantei semnalului. Sunetu obtinut la iesirea phase-vocoder-ului va suna ca si cum ar fi fost inregistrat intr-o camera mica.