Створення музики. Мастеринг - частина 2

Про те, що майстеринг у процесі виробництва музики – це останній крок на шляху від ідеї музики до її доставки одержувачу, я писав у попередньому випуску. Ми також уважно розглянули звук, записаний у цифровому вигляді, але я ще не обговорював, яким чином цей звук, перетворений у перетворювачах на змінну напругу, перетворюється на двійкову форму.

1. Кожен складний звук, навіть дуже високого ступеня складності, насправді складається з багатьох простих синусоїдальних звуків.

Я закінчив попередню статтю питанням, як так виходить, що в такій хвилеподібній хвилі (1) закодовано весь музичний зміст, навіть якщо йдеться про безліч інструментів, що грають поліфонічні партії? Ось відповідь: це пов'язано з тим, що будь-який складний звук, навіть дуже складний, дійсно він складається з безлічі простих синусоїдальних звуків.

Синусоїдальна природа цих простих хвильових форм змінюється як залежно від часу, так і амплітуди, ці хвильові форми накладаються, складаються, віднімаються, модулюють один одного і так спочатку створюються звуки окремих інструментів, а потім повні мікси та записи.

Те, що бачимо малюнку 2, це певні атоми, молекули, у тому числі складається наша звукова матерія, але у разі аналогового сигналу таких атомів немає – є одна рівна лінія, без точок, що відзначають наступні відліки (різниця може бути видно на малюнку в сходів, які графічно апроксимовані для отримання відповідного візуального ефекту).

Однак, оскільки відтворення записаної музики з аналогових або цифрових джерел має здійснюватися з використанням механічного електромагнітного перетворювача, такого як гучномовець або перетворювач у навушниках, в переважній більшості випадків різниця між чисто аналоговим звуком та цифровим обробленим розмиттям звуку. На завершальному етапі, тобто. при прослуховуванні музика доходить до нас аналогічно, як коливання частинок повітря, викликані рухом діафрагми в перетворювачі.

2. Молекули, у тому числі складається наша звукова матерія

Аналогова цифра

Чи є чутні відмінності між чистим аналоговим звуком (тобто записаним в аналоговому вигляді на аналоговому магнітофоні, змікшованим на аналоговій консолі, спресованим на аналоговому диску, відтвореним аналоговим програвачем і посиленим аналоговим підсилювачем) і цифровим звуком – перетворюється з аналогового в цифровий і мікшується в цифровому вигляді, а потім знову обробляється в аналогову форму, це перед перед підсилювачем або практично в самому динаміці?

У переважній більшості випадків скоріш немає, хоча якби ми записали однаковий музичний матеріал обома способами, та був відтворили його, то відмінності, безумовно, було б чутно. Однак це буде обумовлено швидше характером використовуваних у цих процесах інструментів, їх характеристиками, властивостями, а часто й обмеженнями, ніж самим фактом використання аналогової чи цифрової техніки.

У цьому припустимо, що приведення звуку до цифрового вигляду, тобто. до явно атомізованого, не має істотного впливу на сам процес запису та обробки, тим більше, що ці семпли відбуваються на частоті, яка – принаймні теоретично – знаходиться далеко за верхніми межами чуємо нами частот, і тому ця специфічна зернистість звуку, перетвореного на цифрову форму, для нас непомітна. Проте з погляду освоєння звукового матеріалу він дуже важливий, і про нього ми поговоримо пізніше.

Тепер розберемося, як аналоговий сигнал перетворюється на цифрову форму, саме нуль-одиницю, тобто. таку, де напруга може лише два рівня: рівень цифрової одиниці, що означає напруга, і рівень цифрової нульової, тобто. ця напруга практично відсутня. Все у цифровому світі або одиниця, або нуль, проміжних значень немає. Звичайно, є і так звані нечітка логіка, де ще є проміжні стани між станами «є» або «відсутня», але вона не застосовується до цифрових аудіосистем.

3. Коливання частинок повітря, викликані джерелом звуку, надають руху дуже легку структуру мембрани.

Трансформації, частина перша

Будь-який акустичний сигнал, будь то вокал, акустична гітара або ударні, надходить на комп'ютер у цифровому вигляді, його потрібно спочатку перетворити на змінний електричний сигнал. Зазвичай це робиться з мікрофонами, у яких коливання частинок повітря, викликані джерелом звуку, надають руху дуже легку структуру діафрагми (3). Це може бути діафрагма, що входить до складу конденсаторного капсуля, стрічка з металевої фольги в стрічковому мікрофоні або діафрагма з прикріпленою до неї котушкою в динамічному мікрофоні.

У кожному з цих випадків на виході мікрофона з'являється дуже слабкий електричний сигнал, що коливаєтьсяяка більшою або меншою мірою зберігає пропорції частоти і рівня, що відповідають одним і тим же параметрам часток повітря, що коливаються. Таким чином, це свого роду його електричний аналог, який можна обробляти надалі у пристроях, що обробляють змінний електричний сигнал.

З початку сигнал мікрофона має бути посиленотому що він занадто слабкий, щоб його можна було використати будь-яким чином. Типова вихідна напруга мікрофона становить близько тисячних часток вольта, що виражається в мілівольтах, а часто в мікровольтах або мільйонних частках вольта. Для порівняння додамо, що звичайна пальчикова батарейка видає напругу 1,5 В, і ця постійна напруга, не схильна до модуляції, а значить, не передає ніякої інформації звукового характеру.

Однак постійна напруга необхідна в будь-якій електронній системі, щоб бути джерелом енергії, яка потім модулюватиме сигнал змінного струму. Чим чистіша і ефективніша ця енергія, тим менше вона схильна до струмових навантажень і обурень, тим чистішим буде сигнал змінного струму, що обробляється електронними компонентами. Саме тому джерело живлення, а саме блок живлення, таке важливе в будь-якій аналоговій аудіосистемі.

4. Мікрофонний підсилювач, також відомий як підсилювач або підсилювач

Мікрофонні підсилювачі, також відомі як попередні підсилювачі або підсилювачі, призначені для посилення сигналу мікрофонів (4). Їхнє завдання — посилити сигнал, найчастіше навіть на кілька десятків децибелів, а значить, підвищити їхній рівень на сотні і більше. Таким чином, на виході попереднього підсилювача ми отримуємо змінну напругу, прямо пропорційне вхідному напрузі, але перевищує його в сотні разів, тобто. на рівні від часток до одиниць вольт. Цей рівень сигналу визначається лінійний рівень і це стандартний робочий рівень в аудіопристроях.

Трансформація, друга частина

Аналоговий сигнал такого рівня можна здати процес оцифрування. Це робиться за допомогою інструментів, які називають аналого-цифровими перетворювачами або перетворювачами (5). Процес перетворення на класичному режимі ІКМ, тобто. широтно-імпульсної модуляції, найбільш популярному в даний час режимі обробки, визначається двома параметрами: частота дискретизації та розрядність. Як ви правильно підозрюєте, чим вище ці параметри, тим якісніше перетворення і тим вірніше сигнал подаватиметься на комп'ютер у цифровому вигляді.

5. Перетворювач або аналого-цифровий перетворювач.

Загальне правило для цього типу перетворення вибірка, тобто взяття зразків аналогового матеріалу та створення їх цифрового уявлення. Тут інтерпретується миттєве значення напруги в аналоговому сигналі та його рівень представляється у цифровому вигляді у двійковій системі (6).

Тут, однак, потрібно коротко нагадати основи математики, згідно з якими будь-яке числове значення може бути представлене в будь-яка система числення. Протягом усієї історії людства використовувалися і використовуються досі різні системи числення. Наприклад, на дванадцятковій системі засновані такі поняття, як дюжина (12 штук) або копійка (12 дюжин, 144 штуки).

6. Значення напруги в аналоговому сигналі та подання його рівня в цифровому вигляді у двійковій системі

Щодо часу ми використовуємо змішані системи – шістдесяткова система для секунд, хвилин і годин, похідна від дванадцяткової системи для днів і днів, сьома система для днів тижня, чотиривірна система (також пов'язана з дванадцятковою та шістдесятковою системою) для тижнів у місяці, дванадцяткова система для позначення місяців року, а потім ми переходимо до десяткової системи, де з'являються десятиліття, століття та тисячоліття. Я думаю, що приклад використання різних систем для вираження часу дуже добре показує природу систем числення і дозволить вам більш ефективно орієнтуватися в питаннях, пов'язаних з конверсією.

У разі аналого-цифрового перетворення ми будемо найпоширенішим перетворити десяткові значення на двійкові значення. Десятковий, тому що вимірювання для кожного зразка зазвичай виражається в мікровольтах, мілівольтах та вольтах. Тоді це значення буде виражено у двійковій системі, тобто. з використанням функціонуючих у ньому двох розрядів - 0 і 1, які позначають два стани: немає напруги або його наявність, вимкнено або включено, струм є чи ні, і т. д. Таким чином ми уникаємо спотворень, і всі дії стають значно простіше у реалізації за рахунок застосування так званої зміни алгоритмів, з якими ми маємо справу, наприклад, щодо роз'ємів або інших цифрових процесорів.

Ви нуль; або один

За допомогою цих двох цифр, нулів та одиниць, ви можете висловити кожне числове значеннянезалежно від його розміру. Як приклад розглянемо число 10. Ключем до розуміння перетворення десяткової системи на двійкову є те, що число 1 у двійковій системі, як і в десятковій системі, залежить від його положення в числовому рядку.

Якщо 1 стоїть у кінці бінарного рядка, значить 1, якщо у другому з кінця – означає 2, у третій позиції – 4, а у четвертій позиції – 8 – усі в десятковому виразі. У десятковій системі та сама 1 в кінці дорівнює 10, передостання 100, третя 1000, четверта XNUMX - це приклад для розуміння аналогії.

Отже, якщо ми хочемо представити 10 у двійковій формі, нам потрібно буде уявити вісімку та двійку, тому, як я вже казав, це буде 1 на четвертому місці та 1 на другому, що дорівнює 1010.

Якби треба було перетворювати напруги від 1 до 10 вольт без дробових значень, тобто. використовуючи тільки цілі числа, достатньо перетворювача, який може представляти 4-бітні послідовності в двійковій частині. 4-бітне, тому що для цього перетворення двійкового числа буде потрібно до чотирьох цифр. На практиці це виглядатиме так:

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

10 1010

Ті початкові нулі для чисел від 1 до 7 просто заповнюють рядок до чотирьох бітів, щоб кожне двійкове число мало однаковий синтаксис і займало однакову кількість місця. У графічному вигляді такий переклад цілих чисел із десяткової системи в двійкову представлений малюнку 7.

7. Перетворення цілих чисел у десятковій системі у двійкову систему

І верхня, і нижня форми хвилі представляють ті самі значення, крім того, що перша зрозуміла, наприклад, для аналогових пристроїв, наприклад, лінійних індикаторів рівня напруги, а друга — для цифрових пристроїв, включаючи комп'ютери, які обробляють дані на такому мовою. Ця нижня форма хвилі виглядає як прямокутна хвиля зі змінним наповненням, тобто. іншим співвідношенням максимальних значень мінімальних значень у часі. У цьому змінному наповненні кодується двійкове значення сигналу, що підлягає перетворенню, звідси і назва імпульсно-кодова модуляція - ІКМ.

Тепер повернемося до перетворення аналогового сигналу. Ми вже знаємо, що його можна описати лінією, що зображує рівні, що плавно змінюються, і немає такої речі, як стрибкоподібне уявлення цих рівнів. Однак для потреб аналого-цифрового перетворення ми повинні ввести такий процес, щоб мати змогу час від часу вимірювати рівень аналогового сигналу та представляти кожну таку вимірювану вибірку у цифровому вигляді.

Передбачалося, що частота, з якою будуть проводитися ці вимірювання, повинна бути як мінімум вдвічі вищою за найвищу частоту, яку може чути людина, а оскільки вона становить приблизно 20 кГц, то, отже, і найвища 44,1 кГц залишається популярною частотою дискретизації. Обчислення частоти дискретизації пов'язані з досить складними математичними операціями, займатися якими цьому етапі наших знання методи перетворення немає сенсу.

Більше це краще?

Все, що я згадав вище, може свідчити про те, що вища частота дискретизації, тобто. вимірювання рівня аналогового сигналу через рівні проміжки часу, тим вище якість перетворення, тому що воно, принаймні, в інтуїтивному сенсі, є більш точним. Це дійсно так? Про це ми дізнаємося за місяць.