О нищете цифрового синтеза звука

Вот, собранный мной, ещё в детстве, электрический генератор. Он может генерировать синусоидальный и прямоугольный сигнал. Я использовал его для отладки радиоаппаратуры. Но также, я, бывало, просто играл на нём, ведь это по сути простейший синтезатор, причём, аналоговый синтезатор. Играть на нём можно единственным образом, а именно, крутя ручку регулировки частоты.

Потом от радиолюбительства я перешёл к программированию и сделал цифровой аналог того же генератора, т.е. простейший цифровой синтезатор.

Сравнивая оба генератора, аналоговый и цифровой, я обнаружил, что если генераторы не трогать, то они звучат одинаково. А если изменять частоту генератора, то возникает разница в звучании: цифровой генератор, по сравнению с аналоговым, звучит неинтересно. Следовательно, разница появляется при внешнем воздействии.

(Аналогичный опыт я проделывал с аналоговым и цифровым фильтрами 2-го порядка. Результат такой же как с генераторами: пока частота среза фильтра не изменяется - разницы в звучании нет, при изменении частоты - разница заметна и она не в пользу цифрового фильтра.)

Без внешнего воздействия генератор находится в некотором состоянии равновесия. Внешнее воздействие выводит генератор из состояния равновесия и запускает переходные процессы. После завершения переходных процессов, генератор принимает новое состояние равновесия. Следовательно, разница в звучании обусловлена переходными процессами.

Переходные процессы аналогового генератора можно не только слышать, но и видеть - на экране осциллографа. При вращении ручки "частота" не только изменяется частота сигнала, но, ещё колеблется его амплитуда.

А вот переходные процессы цифрового генератора нельзя ни услышать ни увидеть - при повороте ручки "частота" сигнал просто мгновенно изменяет частоту, колебаний амплитуды при этом не наблюдается.

Тогда можно сказать, что цифровой генератор ЦГ это аналоговый генератор АГ, но без переходных процессов ПП:

ЦГ = АГ - ПП

или

АГ = ЦГ + ПП

Значит, чтобы обогатить звучание цифрового генератора нужно добавить в него переходные процессы. Судя по звучанию музыки, сделанной на цифровых синтезаторах, получается это плохо. Я полагаю, что причина заключается в отсутствии хорошей математической модели переходных процессов.

Почему большинство людей не ощущают бедности звучания цифровых синтезаторов?

Исходя из сказанного можно написать:

аналоговый_синтезатор = АГ = ЦГ + ПП
цифровой_синтезатор        = ЦГ + имитация_ПП

Следовательно, бедность цифрового звучания, может ощущаться только теми, кто может ощутить разницу между переходными процессами и их имитацией.

Используя терминологию и модель из статьи "Анализ информации", можно представить переходные процессы и их имитацию как потоки информации. Т.к. переходные процессы происходят по законам физики, т.е. природы, а имитация переходных процессов это творение человека и человек не может действовать так же тонко как природа, то вполне естественно, что переходные процессы есть более насыщенный поток информации, чем имитация переходных процессов. Для восприятия более насыщенного потока информации нужна более развитая нервная система. Поэтому эстетические преимущества аналогового синтеза звука для большинства людей недоступны. Зато им доступны практические преимущества цифрового синтеза, с которыми не поспоришь: стоимость оборудования, удобство работы, экономия пространства в студии. Именно поэтому аналоговые синтезаторы почти повсеместно заменены цифровыми.