Създаване на музика. Мастеринг - част 2

Писах за това, че овладяването в процеса на музикално производство е последната стъпка по пътя от идеята за музика до предаването й на получателя в предишния брой. Ние също така разгледахме отблизо цифрово записаното аудио, но все още не съм обсъждал как това аудио, преобразувано в преобразуватели на променливо напрежение, се преобразува в двоична форма.

1. Всеки сложен звук, дори и с много висока степен на сложност, всъщност се състои от много прости синусоидални звуци.

Завърших предишната статия с въпроса, как е възможно в такава вълнообразна вълна (1) да е кодирано цялото музикално съдържание, дори ако говорим за много инструменти, свирещи на полифонични партии? Ето отговора: това се дължи на факта, че всеки сложен звук, дори много сложен, е наистина той се състои от много прости синусоидални звуци.

Синусоидалната природа на тези прости форми на вълната варира както с времето, така и с амплитудата, тези вълнови форми се припокриват, добавят, изваждат, модулират една друга и по този начин първо създават индивидуални звуци на инструмента и след това завършват миксове и записи.

Това, което виждаме на фигура 2, са определени атоми, молекули, които изграждат нашата звукова материя, но в случай на аналогов сигнал няма такива атоми - има една четна линия, без точки, отбелязващи следващите показания (разликата може да се види в фигурата като стъпки, които са графично приближени, за да се получи съответният визуален ефект).

Въпреки това, тъй като възпроизвеждането на записана музика от аналогови или цифрови източници трябва да се извършва с помощта на механичен електромагнитен преобразувател, като например високоговорител или трансдюсер за слушалки, по-голямата част от разликата между чисто аналогово аудио и цифрово обработено аудио размазване. На последния етап, т.е. при слушане музиката достига до нас по същия начин, както вибрациите на въздушните частици, причинени от движението на диафрагмата в трансдюсера.

2. Молекулите, които изграждат нашия звук, имат значение

аналогова цифра

Има ли звукови разлики между чисто аналогово аудио (т.е. записано аналогово на аналогов касетофон, смесено на аналогова конзола, компресирано на аналогов диск, възпроизведено на аналогов плейър и усилен аналогов усилвател) и цифрово аудио - преобразувано от аналогово към цифрово, обработено и смесено цифрово и след това обработено обратно в аналогова форма, това точно пред усилвателя ли е или практически в самия високоговорител?

В по-голямата част от случаите по-скоро не, въпреки че ако запишем един и същ музикален материал и по двата начина и след това го възпроизведем, разликите със сигурност биха се чули. Това обаче ще се дължи по-скоро на естеството на инструментите, използвани в тези процеси, техните характеристики, свойства и често ограничения, отколкото на самия факт на използване на аналогова или цифрова технология.

В същото време приемаме, че привеждането на звука в цифров вид, т.е. изрично атомизиран, не влияе значително върху самия процес на запис и обработка, особено след като тези проби се появяват на честота, която - поне теоретично - е далеч отвъд горните граници на честотите, които чуваме, и следователно тази специфична зърнистост на звука, преобразуван в цифрова форма, невидима за нас. От гледна точка на усвояването на звуковия материал обаче е много важно и за това ще говорим по-късно.

Сега нека разберем как аналоговият сигнал се преобразува в цифрова форма, а именно нула-една, т.е. такъв, при който напрежението може да има само две нива: цифрово едно ниво, което означава напрежение, и цифрово нулево ниво, т.е. това напрежение практически не съществува. Всичко в дигиталния свят е или едно, или нула, няма междинни стойности. Разбира се, съществува и така наречената размита логика, при която все още има междинни състояния между състоянията „включено“ или „изключено“, но тя не е приложима за цифрови аудио системи.

3. Вибрациите на въздушните частици, причинени от източник на звук, задвижват много лека структура на мембраната.

Трансформации, част първа

Всеки акустичен сигнал, независимо дали е вокал, акустична китара или барабани, се изпраща към компютъра в цифров вид, първо трябва да се преобразува в променлив електрически сигнал. Това обикновено се прави с микрофони, в които вибрациите на въздушните частици, причинени от източника на звук, задвижват много лека диафрагмена структура (3). Това може да бъде диафрагмата, включена в кондензаторна капсула, лента от метално фолио в лентов микрофон или диафрагма с намотка, прикрепена към нея в динамичен микрофон.

Във всеки един от тези случаи на изхода на микрофона се появява много слаб, осцилиращ електрически сигналкоето в по-голяма или по-малка степен запазва пропорциите на честотата и нивото, съответстващи на същите параметри на осцилиращите въздушни частици. По този начин това е един вид негов електрически аналог, който може да бъде допълнително обработен в устройства, които обработват променлив електрически сигнал.

От самото начало сигналът от микрофона трябва да бъде усилензащото е твърде слаб, за да бъде използван по какъвто и да е начин. Типичното изходно напрежение на микрофона е от порядъка на хилядни от волта, изразено в миливолтове и често в микроволта или милионни от волта. За сравнение, нека добавим, че конвенционалната батерия тип пръст произвежда напрежение от 1,5 V и това е постоянно напрежение, което не подлежи на модулация, което означава, че не предава никаква звукова информация.

Въпреки това, DC напрежението е необходимо във всяка електронна система, за да бъде източник на енергия, която след това ще модулира променливотоковия сигнал. Колкото по-чиста и по-ефективна е тази енергия, толкова по-малко е подложена на текущи натоварвания и смущения, толкова по-чист ще бъде променливотоковият сигнал, обработен от електронните компоненти. Ето защо захранването, а именно захранването, е толкова важно във всяка аналогова аудио система.

4. Микрофонен усилвател, известен още като предусилвател или предусилвател

Микрофонните усилватели, известни също като предусилватели или предусилватели, са предназначени да усилват сигнала от микрофони (4). Тяхната задача е да усилят сигнала, често дори с няколко десетки децибела, което означава да повишат нивото им със стотици или повече. Така на изхода на предусилвателя получаваме променливо напрежение, правопропорционално на входното напрежение, но надвишаващо го стотици пъти, т.е. на ниво от фракции до единици волта. Това ниво на сигнала се определя ниво на линията и това е стандартното работно ниво в аудио устройствата.

Трансформация, част втора

Аналогов сигнал от това ниво вече може да бъде пропуснат процес на дигитализация. Това се прави с помощта на инструменти, наречени аналогово-цифрови преобразуватели или преобразуватели (5). Процесът на преобразуване в класически PCM режим, т.е. Широтинно-импулсната модулация, в момента най-популярният режим на обработка, се определя от два параметъра: честота на дискретизация и битова дълбочина. Както правилно подозирате, колкото по-високи са тези параметри, толкова по-добро е преобразуването и толкова по-точен ще бъде подаден сигналът към компютъра в цифров вид.

5. Преобразувател или аналогово-цифров преобразувател.

Общо правило за този тип преобразуване вземане на проби, тоест вземане на проби от аналогов материал и създаване на цифрово представяне на него. Тук се интерпретира моментната стойност на напрежението в аналоговия сигнал и нивото му се представя цифрово в двоична система (6).

Тук обаче е необходимо да си припомним накратко основите на математиката, според които всяка числова стойност може да бъде представена в произволна бройна система. През цялата история на човечеството са били и все още се използват различни бройни системи. Например понятия като дузина (12 броя) или пени (12 дузини, 144 броя) се основават на дванадесетичната система.

6. Стойности на напрежението в аналогов сигнал и представяне на нивото му в цифров вид в двоична система

За време използваме смесени системи - шестдесетична за секунди, минути и часове, дванадесетична производна за дни и дни, седма система за дни от седмицата, четворна система (също свързана с дванадесетична и шестдесетична система) за седмици в месеца, дванадесетична система за да посочим месеците от годината и след това преминаваме към десетичната система, където се появяват десетилетия, векове и хилядолетия. Мисля, че примерът за използване на различни системи за изразяване на изтичането на времето много добре показва естеството на бройните системи и ще ви позволи по-ефективно да се ориентирате по въпроси, свързани с преобразуването.

В случай на аналогово към цифрово преобразуване ние ще бъдем най-често срещаните преобразувайте десетичните стойности в двоични стойности. Десетичен, защото измерването за всяка проба обикновено се изразява в микроволта, миливолта и волта. Тогава тази стойност ще бъде изразена в двоичната система, т.е. използвайки два бита, функциониращи в него - 0 и 1, които означават две състояния: липса на напрежение или наличието му, изключено или включено, ток или не и т.н. Така избягваме изкривяването и всички действия стават много по-лесни за изпълнение чрез прилагане на така наречената промяна на алгоритмите, с които имаме работа, например, във връзка с конектори или други цифрови процесори.

Вие сте нула; или един

С тези две цифри, нули и единици, можете да изразите всяка числова стойностнезависимо от неговия размер. Като пример помислете за числото 10. Ключът към разбирането на преобразуването от десетичен в двоичен е, че числото 1 в двоично число, точно както в десетичното число, зависи от позицията му в числовия низ.

Ако 1 е в края на двоичния низ, тогава 1, ако е на втория от края - тогава 2, на трета позиция - 4, а на четвърта позиция - 8 - всичко в десетичен знак. В десетичната система същото 1 в края е 10, предпоследното 100, третото 1000, четвъртото XNUMX е пример за разбиране на аналогията.

Така че, ако искаме да представим 10 в двоична форма, ще трябва да представим 1 и 1, така че, както казах, ще бъде 1010 на четвърто място и XNUMX на второ, което е XNUMX.

Ако трябва да преобразуваме напрежения от 1 до 10 волта без дробни стойности, т.е. използвайки само цели числа, е достатъчен преобразувател, който може да представя 4-битови последователности в двоичен вид. 4-битов, защото това преобразуване на двоично число ще изисква до четири цифри. На практика ще изглежда така:

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

10 1010

Тези водещи нули за числата от 1 до 7 просто допълват низа до пълните четири бита, така че всяко двоично число да има същия синтаксис и да заема същото количество място. В графична форма такъв превод на цели числа от десетичната система в двоична е показан на фигура 7.

7. Преобразувайте цели числа в десетична система в двоична система

Както горната, така и долната форма на вълната представляват едни и същи стойности, с изключение на това, че първата е разбираема, например за аналогови устройства, като линейни измерватели на нивото на напрежението, а втората за цифрови устройства, включително компютри, които обработват данни на такъв език. Тази долна форма на вълната изглежда като квадратна вълна с променливо запълване, т.е. различно съотношение на максималните стойности към минималните стойности във времето. Това променливо съдържание кодира двоичната стойност на сигнала, който трябва да бъде преобразуван, оттук и името "импулсна кодова модулация" - PCM.

Сега обратно към преобразуването на реален аналогов сигнал. Вече знаем, че може да се опише с линия, изобразяваща плавно променящи се нива и няма такова нещо като скачащо представяне на тези нива. Въпреки това, за нуждите на аналогово към цифрово преобразуване, трябва да въведем такъв процес, за да можем да измерваме нивото на аналогов сигнал от време на време и да представяме всяка такава измерена проба в цифров вид.

Предполагаше се, че честотата, при която ще бъдат направени тези измервания, трябва да бъде поне два пъти най-високата честота, която човек може да чуе, и тъй като е приблизително 20 kHz, следователно най- 44,1 kHz остава популярна честота на семплиране. Изчисляването на честотата на дискретизация е свързано с доста сложни математически операции, което на този етап от познанията ни за методите на преобразуване няма смисъл.

Повече по-добре ли е?

Всичко, което споменах по-горе, може да показва, че колкото по-висока е честотата на семплиране, т.е. измервайки нивото на аналогов сигнал на редовни интервали, толкова по-високо е качеството на преобразуването, защото то е - поне в интуитивен смисъл - по-точно. Наистина ли е вярно? Ще разберем за това след месец.