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Musical Sound Effects: Analog and Digital Sound ProcessingJean-Michel Réveillac
First published 2018 in Great Britain and the United States by ISTE Ltd and John Wiley & Sons, Inc.
Apart from any fair dealing for the purposes of research or private study, or criticism or review, as permitted under the Copyright, Designs and Patents Act 1988, this publication may only be reproduced, stored or transmitted, in any form or by any means, with the prior permission in writing of the publishers, or in the case of reprographic reproduction in accordance with the terms and licenses issued by the CLA. Enquiries concerning reproduction outside these terms should be sent to the publishers at the undermentioned address:
ISTE Ltd John Wiley & Sons, Inc. 27-37 St George’s Road 111 River Street London SW19 4EU Hoboken, NJ 07030 UK USA
www.iste.co.uk www.wiley.com
© ISTE Ltd 2018 The rights of Jean-Michel Réveillac to be identified as the author of this work have been asserted by him in accordance with the Copyright, Designs and Patents Act 1988.
Library of Congress Control Number: 2017954678 British Library Cataloguing-in-Publication Data A CIP record for this book is available from the British Library ISBN 978-1-78630-131-4
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvii
Chapter 1. Notes on the Theory of Sound . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1. Basic concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1. What is sound? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1.2. Intensity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.1.3. Sound pitch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.1.4. Approaching the concept of timbre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2. The ears . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.2.1. How our ears work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.2.2. Fletcher–Munson curves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.2.3. Auditory spatial awareness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3. The typology of sounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.3.1. Sounds and periods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.3.2. Simple sounds and complex sounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.4. Spectral analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.4.1. The sound spectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.4.2. Sonogram and spectrogram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.5. Timbre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.5.1. Transient phenomena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.5.2. Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.5.3. Mass of musical objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.5.4. Classification of sounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.6. Sound propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.6.1. Dispersion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
vi Musical Sound Effects
1.6.2. Interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 1.6.3. Diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 1.6.4. Reflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 1.6.5. Reverberation (reverb) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 1.6.6. Absorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 1.6.7. Refraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 1.6.8. The Doppler effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 1.6.9. Beats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
1.7. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Chapter 2. Audio Playback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.1. History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.2. Dolby playback standards and specifications . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.2.1. Dolby Surround encoding and decoding . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.2.2. Dolby Stereo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.2.3. Dolby Surround . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.2.4. Dolby Surround Pro-Logic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.2.5. Dolby DIGITAL AC-3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.2.6. Dolby Surround EX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.2.7. Dolby Surround Pro-Logic II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.2.8. Dolby Digital Plus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.2.9. Dolby TrueHD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.2.10. Dolby Atmos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.3. DTS encodings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.3.1. DTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.3.2. DTS Neo 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.3.3. DTS ES 6.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 2.3.4. DTS 96/24 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 2.3.5. DTS HD Master Audio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 2.3.6. DTS X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.4. Special encodings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 2.5. SDDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 2.6. THX certification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.6.1. THX select and ultracertification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 2.6.2. THX Ultra 2 certification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.7. Multichannel audio recording . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 2.8. Postproduction and encoding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 2.9. Multichannel music media: DVD-Audio and SACD . . . . . . . . . . . 65
2.9.1. DVD-Audio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 2.9.2. Super Audio CD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 2.9.3. Comparison of CDs, SACDs and DVD-Audios . . . . . . . . . . . . 69
2.10. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Chapter 3. Types of Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3.1. Physical appearance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.1.1. Racks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3.1.2. Pedals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 3.1.3. Software plugins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.2. Audio processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 3.3. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Chapter 4. Filtering Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.1. Families of filtering effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.2. Equalization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.2.1. Frequency bands and ranges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 4.2.2. Types of equalizer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 4.2.3. Examples of equalizers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 4.2.4. Tips for equalizing a mix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.3. Wah-wah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 4.3.1. History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 4.3.2. Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 4.3.3. Auto-wah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 4.3.4. Examples of wah-wah pedals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.4. Crossover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 4.5. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
Chapter 5. Modulation Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 5.1. Flanger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
5.1.1. History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .…
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Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvii
Chapter 1. Notes on the Theory of Sound . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1. Basic concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1. What is sound? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1.2. Intensity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.1.3. Sound pitch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.1.4. Approaching the concept of timbre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2. The ears . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.2.1. How our ears work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.2.2. Fletcher–Munson curves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.2.3. Auditory spatial awareness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3. The typology of sounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.3.1. Sounds and periods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.3.2. Simple sounds and complex sounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.4. Spectral analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.4.1. The sound spectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.4.2. Sonogram and spectrogram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.5. Timbre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.5.1. Transient phenomena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.5.2. Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.5.3. Mass of musical objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.5.4. Classification of sounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.6. Sound propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.6.1. Dispersion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
vi Musical Sound Effects
1.6.2. Interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 1.6.3. Diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 1.6.4. Reflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 1.6.5. Reverberation (reverb) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 1.6.6. Absorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 1.6.7. Refraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 1.6.8. The Doppler effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 1.6.9. Beats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
1.7. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Chapter 2. Audio Playback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.1. History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.2. Dolby playback standards and specifications . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.2.1. Dolby Surround encoding and decoding . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.2.2. Dolby Stereo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.2.3. Dolby Surround . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.2.4. Dolby Surround Pro-Logic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.2.5. Dolby DIGITAL AC-3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.2.6. Dolby Surround EX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.2.7. Dolby Surround Pro-Logic II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.2.8. Dolby Digital Plus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.2.9. Dolby TrueHD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.2.10. Dolby Atmos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.3. DTS encodings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.3.1. DTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.3.2. DTS Neo 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.3.3. DTS ES 6.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 2.3.4. DTS 96/24 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 2.3.5. DTS HD Master Audio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 2.3.6. DTS X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.4. Special encodings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 2.5. SDDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 2.6. THX certification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.6.1. THX select and ultracertification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 2.6.2. THX Ultra 2 certification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.7. Multichannel audio recording . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 2.8. Postproduction and encoding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 2.9. Multichannel music media: DVD-Audio and SACD . . . . . . . . . . . 65
2.9.1. DVD-Audio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 2.9.2. Super Audio CD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 2.9.3. Comparison of CDs, SACDs and DVD-Audios . . . . . . . . . . . . 69
2.10. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Chapter 3. Types of Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3.1. Physical appearance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.1.1. Racks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3.1.2. Pedals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 3.1.3. Software plugins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.2. Audio processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 3.3. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Chapter 4. Filtering Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.1. Families of filtering effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.2. Equalization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.2.1. Frequency bands and ranges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 4.2.2. Types of equalizer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 4.2.3. Examples of equalizers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 4.2.4. Tips for equalizing a mix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.3. Wah-wah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 4.3.1. History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 4.3.2. Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 4.3.3. Auto-wah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 4.3.4. Examples of wah-wah pedals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.4. Crossover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 4.5. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
Chapter 5. Modulation Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 5.1. Flanger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
5.1.1. History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .…
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