Создание музыки. Мастеринг – часть 2
Технологии

Создание музыки. Мастеринг – часть 2

О том, что мастеринг в процессе производства музыки — это последний шаг на пути от идеи музыки до ее доставки получателю, я писал в предыдущем выпуске. Мы также внимательно рассмотрели звук, записанный в цифровом виде, но я еще не обсуждал, каким образом этот звук, преобразованный в преобразователях в переменное напряжение, преобразуется в двоичную форму.

1. Каждый сложный звук, даже очень высокой степени сложности, на самом деле состоит из множества простых синусоидальных звуков.

Я закончил предыдущую статью вопросом, как же так получается, что в такой волнообразной волне (1) закодировано все музыкальное содержание, даже если речь идет о множестве инструментов, играющих полифонические партии? Вот ответ: это связано с тем, что любой сложный звук, даже очень сложный, действительно он состоит из множества простых синусоидальных звуков.

Синусоидальная природа этих простых волновых форм изменяется как в зависимости от времени, так и амплитуды, эти волновые формы накладываются, складываются, вычитаются, модулируют друг друга и так сначала создаются звуки отдельных инструментов, а затем полные миксы и записи.

То, что мы видим на рисунке 2, это определенные атомы, молекулы, из которых состоит наша звуковая материя, но в случае аналогового сигнала таких атомов нет – есть одна ровная линия, без точек, отмечающих последующие отсчеты (разница может быть видно на рисунке в виде ступенек, которые графически аппроксимированы для получения соответствующего визуального эффекта).

Однако, поскольку воспроизведение записанной музыки с аналоговых или цифровых источников должно осуществляться с использованием механического электромагнитного преобразователя, такого как громкоговоритель или преобразователь в наушниках, в подавляющем большинстве случаев разница между чисто аналоговым звуком и цифровым обработанные размытия звука. На заключительном этапе, т.е. при прослушивании, музыка доходит до нас аналогично, как колебания частиц воздуха, вызванные движением диафрагмы в преобразователе.

2. Молекулы, из которых состоит наша звуковая материя

Аналоговая цифра

Есть ли слышимые различия между чистым аналоговым звуком (т.е. записанным в аналоговом виде на аналоговом магнитофоне, смикшированным на аналоговой консоли, спрессованным на аналоговом диске, воспроизведенным аналоговым проигрывателем и усиленным аналоговым усилителем) и цифровым звуком – преобразуется из аналогового в цифровой, обрабатывается и микшируется в цифровом виде, а затем снова обрабатывается в аналоговую форму, это прямо перед усилителем или практически в самом динамике?

В подавляющем большинстве случаев скорее нет, хотя если бы мы записали одинаковый музыкальный материал обоими способами, а затем воспроизвели его, то различия, безусловно, были бы слышны. Однако это будет обусловлено скорее характером используемых в этих процессах инструментов, их характеристиками, свойствами, а зачастую и ограничениями, чем самим фактом использования аналоговой или цифровой техники.

При этом предположим, что приведение звука к цифровому виду, т.е. к явно атомизированному, не оказывает существенного влияния на сам процесс записи и обработки, тем более, что эти сэмплы происходят на частоте, которая – по крайней мере теоретически – находится далеко за верхними пределами слышимых нами частот, и поэтому эта специфическая зернистость звука, преобразованного в цифровую форму, для нас незаметна. Однако с точки зрения освоения звукового материала он очень важен, и о нем мы поговорим позже.

Теперь разберемся, как аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму, а именно ноль-единицу, т.е. такую, где напряжение может иметь только два уровня: уровень цифровой единицы, означающий напряжение, и уровень цифровой нулевой, т.е. это напряжение практически отсутствует. Все в цифровом мире либо единица, либо ноль, промежуточных значений нет. Конечно, есть и так называемые нечеткая логика, где еще есть промежуточные состояния между состояниями «есть» или «отсутствует», но она неприменима к цифровым аудиосистемам.

3. Колебания частиц воздуха, вызванные источником звука, приводят в движение очень легкую структуру мембраны.

Трансформации, часть первая

Любой акустический сигнал, будь то вокал, акустическая гитара или ударные, поступает на компьютер в цифровом виде, его нужно сначала преобразовать в переменный электрический сигнал. Обычно это делается с микрофонами, в которых колебания частиц воздуха, вызванные источником звука, приводят в движение очень легкую структуру диафрагмы (3). Это может быть диафрагма, входящая в состав конденсаторного капсюля, лента из металлической фольги в ленточном микрофоне или диафрагма с прикрепленной к ней катушкой в ​​динамическом микрофоне.

В каждом из этих случаев на выходе микрофона появляется очень слабый, колеблющийся электрический сигналкоторая в большей или меньшей степени сохраняет пропорции частоты и уровня, соответствующие одним и тем же параметрам колеблющихся частиц воздуха. Таким образом, это своего рода его электрический аналог, который можно обрабатывать в дальнейшем в устройствах, обрабатывающих переменный электрический сигнал.

С начала сигнал микрофона должен быть усиленпотому что он слишком слаб, чтобы его можно было использовать каким-либо образом. Типичное выходное напряжение микрофона составляет порядка тысячных долей вольта, что выражается в милливольтах, а часто в микровольтах или миллионных долях вольта. Для сравнения добавим, что обычная пальчиковая батарейка выдает напряжение 1,5 В, и это постоянное напряжение, не подверженное модуляции, а значит, не передающее никакой информации звукового характера.

Однако постоянное напряжение необходимо в любой электронной системе, чтобы быть источником энергии, которая затем будет модулировать сигнал переменного тока. Чем чище и эффективнее эта энергия, тем меньше она подвержена токовым нагрузкам и возмущениям, тем чище будет сигнал переменного тока, обрабатываемый электронными компонентами. Именно поэтому источник питания, а именно блок питания, так важен в любой аналоговой аудиосистеме.

4. Микрофонный усилитель, также известный как предусилитель или предусилитель

Микрофонные усилители, также известные как предварительные усилители или предусилители, предназначены для усиления сигнала от микрофонов (4). Их задача — усилить сигнал, зачастую даже на несколько десятков децибел, а значит, повысить их уровень на сотни и более. Таким образом, на выходе предварительного усилителя мы получаем переменное напряжение, прямо пропорциональное входному напряжению, но превышающее его в сотни раз, т.е. на уровне от долей до единиц вольт. Этот уровень сигнала определяется линейный уровень и это стандартный рабочий уровень в аудиоустройствах.

Трансформация, часть вторая

Аналоговый сигнал такого уровня уже можно сдать процесс оцифровки. Это делается с помощью инструментов, называемых аналого-цифровыми преобразователями или преобразователями (5). Процесс преобразования в классическом режиме ИКМ, т.е. широтно-импульсной модуляции, наиболее популярном в настоящее время режиме обработки, определяется двумя параметрами: частота дискретизации и разрядность. Как вы правильно подозреваете, чем выше эти параметры, тем качественнее преобразование и тем вернее сигнал будет подаваться на компьютер в цифровом виде.

5. Преобразователь или аналого-цифровой преобразователь.

Общее правило для этого типа преобразования выборка, то есть взятие образцов аналогового материала и создание их цифрового представления. Здесь интерпретируется мгновенное значение напряжения в аналоговом сигнале и его уровень представляется в цифровом виде в двоичной системе (6).

Здесь, однако, нужно вкратце напомнить основы математики, согласно которым любое числовое значение может быть представлено в любая система счисления. На протяжении всей истории человечества использовались и используются до сих пор различные системы счисления. Например, на двенадцатеричной системе основаны такие понятия, как дюжина (12 штук) или копейка (12 дюжин, 144 штуки).

6. Значения напряжения в аналоговом сигнале и представление его уровня в цифровом виде в двоичной системе

В отношении времени мы используем смешанные системы – шестидесятеричная система для секунд, минут и часов, производная от двенадцатеричной системы для дней и дней, седьмая система для дней недели, счетверенная система (также связанная с двенадцатеричной и шестидесятеричная система) для недель в месяце, двенадцатеричная система для обозначения месяцев года, а затем мы переходим к десятичной системе, где появляются десятилетия, века и тысячелетия. Я думаю, что пример использования различных систем для выражения течения времени очень хорошо показывает природу систем счисления и позволит вам более эффективно ориентироваться в вопросах, связанных с конверсией.

В случае аналого-цифрового преобразования мы будем наиболее распространенным преобразовать десятичные значения в двоичные значения. Десятичный, потому что измерение для каждого образца обычно выражается в микровольтах, милливольтах и ​​вольтах. Тогда это значение будет выражено в двоичной системе, т.е. с использованием функционирующих в нем двух разрядов – 0 и 1, которые обозначают два состояния: нет напряжения или его наличие, выключено или включено, ток есть или нет, и т. д. Таким образом, мы избегаем искажений, и все действия становятся значительно проще в реализации за счет применения так называемого изменение алгоритмов, с которыми мы имеем дело, например, в отношении разъемов или других цифровых процессоров.

Вы ноль; или один

С помощью этих двух цифр, нулей и единиц, вы можете выразить каждое числовое значениевне зависимости от его размера. В качестве примера рассмотрим число 10. Ключом к пониманию преобразования десятичной системы в двоичную является то, что число 1 в двоичной системе, как и в десятичной системе, зависит от его положения в числовой строке.

Если 1 стоит в конце бинарной строки, значит 1, если во втором с конца – значит 2, в третьей позиции – 4, а в четвертой позиции – 8 – все в десятичном выражении. В десятичной системе та же 1 в конце равна 10, предпоследняя 100, третья 1000, четвертая XNUMX – это пример для понимания аналогии.

Итак, если мы хотим представить 10 в двоичной форме, нам нужно будет представить восьмерку и двойку, поэтому, как я уже говорил, это будет 1 на четвертом месте и 1 на втором, что равно 1010.

Если бы нам нужно было преобразовывать напряжения от 1 до 10 вольт без дробных значений, т.е. используя только целые числа, то достаточно преобразователя, который может представлять 4-битные последовательности в двоичной части. 4-битное, потому что для этого преобразования двоичного числа потребуется до четырех цифр. На практике это будет выглядеть так:

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

10 1010

Те начальные нули для чисел от 1 до 7 просто заполняют строку до полных четырех битов, чтобы каждое двоичное число имело одинаковый синтаксис и занимало одинаковое количество места. В графическом виде такой перевод целых чисел из десятичной системы в двоичную представлен на рисунке 7.

7. Преобразование целых чисел в десятичной системе в двоичную систему

И верхняя, и нижняя формы волны представляют одни и те же значения, за исключением того, что первая понятна, например, для аналоговых устройств, например, линейных индикаторов уровня напряжения, а вторая — для цифровых устройств, включая компьютеры, которые обрабатывают данные на таком языке. Эта нижняя форма волны выглядит как прямоугольная волна с переменным заполнением, т.е. другим соотношением максимальных значений к минимальным значениям во времени. В этом переменном наполнении кодируется двоичное значение сигнала, подлежащего преобразованию, отсюда и название “импульсно-кодовая модуляция” – ИКМ.

Теперь вернемся к преобразованию настоящего аналогового сигнала. Мы уже знаем, что его можно описать линией, изображающей плавно меняющиеся уровни, и нет такой вещи, как скачкообразное представление этих уровней. Однако для нужд аналого-цифрового преобразования мы должны ввести такой процесс, чтобы иметь возможность время от времени измерять уровень аналогового сигнала и представлять каждую такую ​​измеренную выборку в цифровом виде.

Предполагалось, что частота, с которой будут производиться эти измерения, должна быть как минимум в два раза выше самой высокой частоты, которую может слышать человек, а так как она составляет примерно 20 кГц, то, следовательно, и самая 44,1 кГц остается популярной частотой дискретизации. Вычисление частоты дискретизации связано с довольно сложными математическими операциями, заниматься которыми на данном этапе наших знаний о методах преобразования не имеет смысла.

Больше, это лучше?

Все, что я упомянул выше, может свидетельствовать о том, что чем выше частота дискретизации, т.е. измерение уровня аналогового сигнала через равные промежутки времени, тем выше качество преобразования, потому что оно — по крайней мере, в интуитивном смысле — более точное. Это действительно так? Об этом мы узнаем через месяц.

Добавить комментарий