名偵探柯南中的變聲器：工作原理竟如此簡單
名偵探柯南是眾多人心中崇拜的偶像，沒有案子能難倒柯南。
不過，柯南辦案離不開高科技「武器」，其中最讓人夢寐以求的一種「武器」就是蝴蝶結變聲器，因為它隨心所欲地克隆任何人的聲音。
其實，在現實世界中，這樣的變聲器並不少見。網上搜索「變聲器」，便跳出各種軟體，「帥哥變蘿莉，大媽變御姐」，任君選擇。
百度變聲器搜索頁面
在某些領域，變聲技術也成了企業業務中的重要支撐。比如高德地圖裡林志玲、周星馳的導航聲音，就得到了很多人的支援。
那「變聲」是怎麼實現的呢？
「變聲」變的是什麼？
首先，我們先得了解聲音具有哪些性質。判斷兩個聲音是否相同，我們一般從音調，響度，音色三個方面進行比較。
音調強調聲音的高低，響度反應聲音能傳播的距離，音色是一聲音特有波形的外在表現，結合這3個因素，就能分辨出不同的聲音。
圖片來源：《名偵探柯南》
要想實現「變聲」，就要從這三個因素下手。通常來講，變聲器藉助對音色和音調的雙重複合改變，實現對聲音的改變。
變聲器之所以能變聲是因為建立了一套獨特的演算法，能識別聲音的音色和音調並對其進行調整，讓聲音產生變化。
變聲器app截圖，可選擇不同的聲音進行變聲圖片來源於網路
變聲器類型
目前市場上的變聲器主要有兩大類，一類是硬體變聲器，一類是軟體變聲器。雖然表現形式不一，但是變聲原理相似。
硬體變聲器是通過各種音效卡（也就是硬體音效卡）變聲，音效卡里預置了各種設置好演算法的聲音，藉此實現「變聲」。但這種方式缺點很明顯，那就是電流聲明顯且種類相對較少。
相比之下，軟體變聲器使用更方便，能滿足各種變聲需求（比如唱歌，播音主持等），使聲音更加立體，音效也更為豐富。
怎麼實現變聲
那這些不同的變聲器到底是怎麼改變聲音特質的呢？
01 聲波取樣和時域分析
人發聲的本質是通過聲帶震動，帶動空氣產生氣壓差，從而讓聲波在空氣中傳播。變聲器要在一定範圍內採集量化這些聲音，通常取樣在44100Hz，量化的範圍在16bit，）也就是說，在一秒內可取樣44100個樣本點來描繪波形。
這些波形裡面有各種不同的小波形，學術上叫做「基波」，每個人的基波不一樣，都有自己的基音周期，也就是「基音頻率」，即個體所擁有的獨特的音頻/音質/音色/音調，從而建立起各種各樣聲音的「資料庫」。
圖片來源：科學探索中心
02 傅里葉轉換
對聲音進行了取樣和量化，接下來就是傅里葉轉換，只有轉換成頻譜圖，然後通過各種演算法去捕捉規律，對聲音訊號以及不同聲音頻率的識別和分析，從而達到變聲。
傅里葉轉換小科普：傅里葉轉換是由傅里葉數學家所發明，要想完整的從數學角度了解傅里葉轉換必須具有高等數學的基礎，不過從通俗易懂的角度去理解，傅里葉轉換就是指將一件事情從兩個維度去分析，比如一首歌，不同的時間段有不同的音調，但是從另一方面分析，可以把每個時間段的音調轉換成數字，從而精準定位不同時間段的不同「調調」。
03 賦予音色風格
變聲器不僅要能識別音頻和語言內容，還要能賦予音色不同風格（比如語速快慢、強弱），只有這樣，變聲才稱得上是隨心所欲。
