%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% SYN – 9. cvičení:
%       TVAROVACÍ, GRANULAČNÍ A KONKATENAČNÍ SYNTÉZA
%       Modulační syntéza
%       27. 11. 2025
%       Roman Cmejla
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Potřebné soubory pro skript:
%                       Tom.wav
%                       Trumpet.wav
%                       Trumpet2.wav
%                       digits.rar
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

%% -----------------------------------------------------------
% Příklad 9.1: Tvarování pomocí nelineárních funkcí
% a) Lineární funkce: y = k.*x; k = [-1 .. -0.5 .. 1]
% b) Mocninná funkce s kladným sudým exponentem: y = x.^k; k = [2, 4, 6 .. 16]
% c) Mocninná funkce s kladným lichým exponentem: y = x.^k; k = [3, 5 .. 15]
% d) Kombinovaná mocninná funkce: y = x.^4 + x.^3 + x.^2 + x.^1
% e) Cyklometrická funkce: y = max(x) * atan(k * x / max(x)); k = [-1000 .. 1000]
% f) Hyperbolická funkce: y = max(x) * tanh(k * x / max(x)); k = [-1000 .. 1000]
% g) Nelineární funkce: y = x.*(abs(x) + k)./(x.^2 + (k-1)*abs(x) + 1); k = [-0.5 .. 100]
% h) Kytarové zkreslení I: y = (1+n)*x./(1+n*abs(x)); n = 2*k/(1-k); k = [-1 .. 1]
% i) Kytarové zkreslení II: y = x + (abs(x) > k) .* (abs(x) - k) .* sin(pi + 2*pi*x); k = [0.1 .. 1]
% j) Funkce pro klarinet: použijte jednu z výše uvedených funkcí
%    k simulaci zvuku klarinetu.
% Úkol: analyzujte převodní charakteristiky, průběhy vstupního a výstupního
% signálu a amplitudová spektra.

%% -----------------------------------------------------------
% Příklad 9.2: Čebyševovy polynomy
% a) Vygenerujte vyšší harmonické složky pomocí Čebyševových polynomů:
%    T1 = x; T2 = 2*x.^2 - 1; T3 = 4*x.^3 - 3*x; …
% b) Vytvořte obdélníkový signál pomocí Čebyševových polynomů.
% c) Vytvořte trojúhelníkový signál pomocí Čebyševových polynomů.
% d) Vytvořte pulzní signál pomocí Čebyševových polynomů.
% Úkol: vykreslete generované průběhy a analyzujte jejich spektrální vlastnosti.

%% -----------------------------------------------------------
% Příklad 9.3: Tvarovací syntéza žesťových nástrojů
% Parametry: f0 = 440 Hz; doba = 1 s; fs = 44100 Hz
% a) Vytvořte základní průběh.
% b) Aplikujte tvarovací syntézu pomocí Čebyševových polynomů.
% c) Přidejte amplitudovou obálku.
% d) Vizualizujte průběh a jeho spektrogram.

%% -----------------------------------------------------------
% Příklad 9.4: Tvarovací syntéza banja
% Použijte amplitudové spektrum banja k návrhu převodní charakteristiky.
% a) Odvoďte převodní funkci pomocí Čebyševových polynomů.
% b) Syntetizujte zvuk banja pomocí nalezené převodní funkce.
% c) Aplikujte exponenciální doznívací obálku.
% d) Vizualizujte průběh a spektrogram výsledného signálu.

%% -----------------------------------------------------------
% Příklad 9.5: Granulační syntéza
% Parametry: fs = 20000 Hz; grain_length = 0.01 s; gap_between_grains = 0.01 s
% a) Sestrojte jednotlivá zrna pomocí Gaussových funkcí.
% b) Složte zrna do výsledné granulační textury.
% c) Vizualizujte výsledek a analyzujte průběh jednotlivých zrn.

%% -----------------------------------------------------------
% Příklad 9.6: Granulační syntéza ve frekvenční oblasti
% Parametry zrn se mění (šířka pásma, střední frekvence, hustota).
% a) Vytvořte zrna ve spektrální doméně s různou šířkou pásma a hustotou.
% b) Proveďte inverzní FFT pro převod zrn do časové domény.
% c) Složte zrna do výsledného signálu.
% d) Vizualizujte spektrální a časové charakteristiky.

%% -----------------------------------------------------------
% Příklad 9.7: Jednoduchá konkatenační syntéza českých číslovek
% Použijte databázi záznamů číslic:
% `nula.asc`, `jedna.asc`, `dve.asc`, `tri.asc`, `ctyri.asc`,
% `pet.asc`, `sest.asc`, `sedu.asc`, `osum.asc`, `deve.asc`.
% a) Vytvořte sekvenci číslic reprezentovanou konkatenační řečí.
% b) Otestujte například sekvenci '9876543210'.
% c) Vizualizujte průběh a spektrogram výsledného signálu.

%% -----------------------------------------------------------
% Příklad 9.8: Principy granulační a konkatenační syntézy
% Použijte soubor `trumpet.wav` nebo jiný vstupní signál.
% a) Rekonstruujte signál v normálním pořadí.
% b) Rekonstruujte signál v obráceném pořadí.
% c) Rekonstruujte signál v náhodném pořadí zrn (oken).
% d) Vizualizujte všechny verze rekonstruovaného signálu.

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%