Muzikos kūrimas. Mastering – 2 dalis

Apie tai, kad įvaldymas muzikos kūrimo procese yra paskutinis žingsnis kelyje nuo muzikos idėjos iki jos pristatymo gavėjui, rašiau ankstesniame numeryje. Taip pat atidžiai pažvelgėme į skaitmeniniu būdu įrašytą garsą, tačiau dar neaptariau, kaip šis garsas, konvertuotas į kintamosios srovės įtampos keitiklius, paverčiamas dvejetainiu formatu.

1. Kiekvienas sudėtingas garsas, net ir labai sudėtingas, iš tikrųjų susideda iš daugelio paprastų sinusinių garsų.

Ankstesnį straipsnį baigiau klausimu, kaip gali būti, kad tokioje banguojančioje bangoje (1) yra užkoduotas visas muzikinis turinys, net jei kalbame apie daugybę instrumentų, grojančių polifonines partijas? Štai atsakymas: taip yra dėl to, kad bet koks sudėtingas garsas, net ir labai sudėtingas, iš tikrųjų yra jis susideda iš daugelio paprastų sinusinių garsų.

Šių paprastų bangų formų sinusinis pobūdis kinta priklausomai nuo laiko ir amplitudės, šios bangos persidengia, sudeda, atima, moduliuoja viena kitą, todėl pirmiausia sukuriami atskirų instrumentų garsai, o tada pilni miksai ir įrašai.

Tai, ką matome 2 paveiksle, yra tam tikri atomai, molekulės, sudarančios mūsų garso medžiagą, tačiau analoginio signalo atveju tokių atomų nėra – yra viena lygi linija, be taškų, žyminčių vėlesnius rodmenis (skirtumas matomas figūra kaip žingsniai, kurie yra grafiškai apytiksliai, kad būtų gautas atitinkamas vaizdinis efektas).

Tačiau kadangi įrašytos muzikos iš analoginių ar skaitmeninių šaltinių atkūrimas turi būti atliekamas naudojant mechaninį elektromagnetinį keitiklį, pvz., garsiakalbį arba ausinių keitiklį, skirtumas tarp gryno analoginio garso ir skaitmeniniu būdu apdoroto garso susiliejimo daugeliu atvejų yra didžiulis. Paskutiniame etape, t.y. klausantis muzika mus pasiekia taip pat, kaip ir oro dalelių virpesiai, kuriuos sukelia diafragmos judėjimas keitiklyje.

2. Molekulės, sudarančios mūsų garsą, yra svarbios

analoginis skaitmuo

Ar yra kokių nors girdimų skirtumų tarp gryno analoginio garso (t. y. įrašytas analoginis į analoginį magnetofoną, sumaišytas analoginiame pulte, suspaustas į analoginį diską, atkurtas analoginiu grotuvu ir sustiprintu analoginiu stiprintuvu) ir skaitmeninio garso, konvertuoto iš iš analoginio į skaitmeninį, apdorojamas ir sumaišomas skaitmeniniu būdu, o vėliau apdorojamas atgal į analoginę formą, ar tai tiesiai prieš stiprintuvą ar praktiškai pačiame garsiakalbyje?

Daugeliu atvejų, verčiau ne, nors jei tą pačią muzikinę medžiagą įrašytume abiem būdais, o paskui ją atkurtume, skirtumai tikrai būtų girdimi. Tačiau tai labiau lems šiuose procesuose naudojamų įrankių pobūdis, jų charakteristikos, savybės ir dažnai apribojimai, o ne pats analoginės ar skaitmeninės technologijos naudojimo faktas.

Tuo pačiu darome prielaidą, kad garso perkėlimas į skaitmeninę formą, t.y. aiškiai purškiamas, nedaro didelės įtakos pačiam įrašymo ir apdorojimo procesui, ypač todėl, kad šie mėginiai atsiranda tokiu dažniu, kuris – bent jau teoriškai – gerokai viršija viršutines girdimų dažnių ribas, todėl šis specifinis garso grūdėtumas konvertuojamas. į skaitmeninę formą, mums nematomas. Tačiau garso medžiagos įsisavinimo požiūriu tai labai svarbu, apie tai pakalbėsime vėliau.

Dabar išsiaiškinkime, kaip analoginis signalas konvertuojamas į skaitmeninę formą, būtent nulinį-vieną, t.y. tokia, kur įtampa gali turėti tik du lygius: skaitmeninį vieną lygį, reiškiantį įtampą, ir skaitmeninį nulinį lygį, t.y. šios įtampos praktiškai nėra. Skaitmeniniame pasaulyje viskas yra arba vienas, arba nulis, tarpinių reikšmių nėra. Žinoma, yra ir vadinamoji neaiškioji logika, kai tarp „įjungimo“ arba „išjungimo“ būsenų vis dar yra tarpinių būsenų, tačiau ji netaikoma skaitmeninėms garso sistemoms.

3. Garso šaltinio sukeltos oro dalelių vibracijos pajudina labai lengvą membranos struktūrą.

Transformacijos pirmoji dalis

Bet koks akustinis signalas, ar tai būtų vokalas, akustinė gitara ar būgnai, siunčiamas į kompiuterį skaitmenine forma, pirmiausia jis turi būti paverstas kintamu elektros signalu. Paprastai tai daroma naudojant mikrofonus, kuriuose garso šaltinio sukeltos oro dalelių vibracijos sukelia labai lengvą diafragmos struktūrą (3). Tai gali būti diafragma, esanti kondensatoriaus kapsulėje, metalinė folijos juosta juosteliniame mikrofone arba diafragma su dinaminiame mikrofone prie jos pritvirtinta ritė.

Kiekvienu iš šių atvejų mikrofono išvestyje pasirodo labai silpnas svyruojantis elektrinis signalaskuri didesniu ar mažesniu mastu išsaugo tuos pačius svyruojančių oro dalelių parametrus atitinkančias dažnio ir lygio proporcijas. Taigi, tai yra savotiškas elektrinis jo analogas, kurį galima toliau apdoroti įrenginiuose, kurie apdoroja kintamą elektros signalą.

Nuo pat pradžių mikrofono signalas turi būti sustiprintasnes jis per silpnas, kad jį būtų galima bet kokiu būdu naudoti. Įprasta mikrofono išėjimo įtampa yra tūkstantosiomis voltų dalimis, išreikšta milivoltais ir dažnai mikrovoltais arba milijonosiomis voltų dalimis. Palyginimui pridurkime, kad įprastas piršto tipo akumuliatorius sukuria 1,5 V įtampą, ir tai yra pastovi įtampa, kuriai netaikoma moduliacija, vadinasi, jis neperduoda jokios garsinės informacijos.

Tačiau bet kurioje elektroninėje sistemoje reikalinga nuolatinė įtampa, kuri būtų energijos šaltinis, kuris vėliau moduliuos kintamosios srovės signalą. Kuo ši energija švaresnė ir efektyvesnė, tuo mažiau ją veikia srovės apkrovos ir trikdžiai, tuo švaresnis bus elektroninių komponentų apdorojamas kintamosios srovės signalas. Štai kodėl maitinimo šaltinis, būtent maitinimo šaltinis, yra toks svarbus bet kurioje analoginėje garso sistemoje.

4. Mikrofono stiprintuvas, taip pat žinomas kaip išankstinis stiprintuvas arba išankstinis stiprintuvas

Mikrofonų stiprintuvai, taip pat žinomi kaip išankstiniai stiprintuvai arba išankstiniai stiprintuvai, yra skirti sustiprinti mikrofonų signalą (4). Jų užduotis yra sustiprinti signalą, dažnai net keliomis dešimtimis decibelų, o tai reiškia padidinti jų lygį šimtais ar daugiau. Taigi pirminio stiprintuvo išėjime gauname kintamąją įtampą, kuri yra tiesiogiai proporcinga įėjimo įtampai, bet viršija ją šimtus kartų, t.y. lygiu nuo trupmenų iki voltų vienetų. Šis signalo lygis nustatomas linijos lygis ir tai yra standartinis garso įrenginių veikimo lygis.

Antroji transformacijos dalis

Tokio lygio analoginį signalą jau galima perduoti skaitmeninimo procesas. Tai atliekama naudojant įrankius, vadinamus analoginio-skaitmeninio keitikliais arba keitikliais (5). Konversijos procesas klasikiniu PCM režimu, t.y. Impulso pločio moduliavimas, šiuo metu populiariausias apdorojimo režimas, apibrėžiamas dviem parametrais: diskretizavimo dažnis ir bitų gylis. Kaip teisingai įtariate, kuo aukštesni šie parametrai, tuo geresnis konvertavimas ir tikslesnis signalas bus tiekiamas į kompiuterį skaitmenine forma.

5. Keitiklis arba analoginis-skaitmeninis keitiklis.

Bendra šio tipo konversijos taisyklė atrankaty paimti analoginės medžiagos pavyzdžius ir sukurti skaitmeninį jos vaizdą. Čia interpretuojama momentinė įtampos vertė analoginiame signale ir jos lygis atvaizduojamas skaitmeniniu būdu dvejetainėje sistemoje (6).

Tačiau čia reikia trumpai priminti matematikos pagrindus, pagal kuriuos bet kokia skaitinė reikšmė gali būti pavaizduota bet kokia skaičių sistema. Per visą žmonijos istoriją buvo naudojamos ir tebenaudojamos įvairios skaičių sistemos. Pavyzdžiui, tokios sąvokos kaip tuzinas (12 vienetų) arba centas (12 dešimčių, 144 vnt.) yra pagrįstos dvylikapirštės sistemos sistema.

6. Įtampos reikšmės analoginiame signale ir jo lygio vaizdavimas skaitmenine forma dvejetainėje sistemoje

Pagal laiką mes naudojame mišrias sistemas - sekundės, minutės ir valandos, dvylikapirštės sistemos išvestinės dienos ir dienos, septintoji sistema savaitės dienoms, keturkampė sistema (taip pat susijusi su dvylikapirštės ir šešiasdešimtainės sistemos) savaitėms per mėnesį, dvylikapirštė sistema. nurodyti metų mėnesius, o tada pereinama prie dešimtainės sistemos, kur atsiranda dešimtmečiai, šimtmečiai ir tūkstantmečiai. Manau, kad skirtingų sistemų panaudojimo laiko eigai išreikšti pavyzdys labai gerai parodo skaičių sistemų prigimtį ir leis efektyviau naršyti su konvertavimu susijusius klausimus.

Analoginio konvertavimo į skaitmeninį atveju mes būsime labiausiai paplitę konvertuoti dešimtaines reikšmes į dvejetaines reikšmes. Dešimtainė, nes kiekvieno mėginio matavimas paprastai išreiškiamas mikrovoltais, milivoltais ir voltais. Tada ši reikšmė bus išreikšta dvejetainėje sistemoje, t.y. naudojant du jame funkcionuojančius bitus - 0 ir 1, kurie žymi dvi būsenas: nėra įtampos arba jos buvimas, išjungtas arba įjungtas, srovė ar ne ir tt Taip išvengiame iškraipymų, o visi veiksmai tampa daug paprastesni taikant vadinamasis algoritmų keitimas, su kuriuo susiduriame, pavyzdžiui, jungčių ar kitų skaitmeninių procesorių atžvilgiu.

Tu esi nulis; arba vienas

Naudodami šiuos du skaitmenis, nulius ir vienetus, galite išreikšti kiekviena skaitinė reikšmėnepriklausomai nuo jo dydžio. Kaip pavyzdį apsvarstykite skaičių 10. Norint suprasti dešimtainį į dvejetainį skaičių, svarbiausia yra tai, kad skaičius 1 dvejetainėje sistemoje, kaip ir dešimtainėje, priklauso nuo jo padėties skaičių eilutėje.

Jei 1 yra dvejetainės eilutės gale, tada 1, jei antroje nuo galo - tada 2, trečioje pozicijoje - 4, o ketvirtoje pozicijoje - 8 - viskas po kablelio. Dešimtainėje sistemoje tas pats 1 pabaigoje yra 10, priešpaskutinis 100, trečias 1000, ketvirtas XNUMX yra pavyzdys, kaip suprasti analogiją.

Taigi, jei norime pavaizduoti 10 dvejetaine forma, turėsime pavaizduoti 1 ir 1, taigi, kaip sakiau, ketvirtoje vietoje būtų 1010, o antroje – XNUMX, tai yra XNUMX.

Jei mums reiktų konvertuoti įtampas nuo 1 iki 10 voltų be trupmeninių dydžių, t.y. naudojant tik sveikuosius skaičius, pakanka konverterio, galinčio dvejetainiu formatu atvaizduoti 4 bitų sekas. 4 bitų, nes šiam dvejetainiam skaičiui konvertuoti reikės iki keturių skaitmenų. Praktiškai tai atrodys taip:

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

10 1010

Skaičių nuo 1 iki 7 pirmaujantys nuliai tiesiog užpildo eilutę iki keturių bitų, kad kiekvienas dvejetainis skaičius turėtų tą pačią sintaksę ir užimtų tiek pat vietos. Grafinėje formoje toks sveikųjų skaičių vertimas iš dešimtainės sistemos į dvejetainę pavaizduotas 7 paveiksle.

7. Konvertuokite sveikuosius skaičius dešimtainėje sistemoje į dvejetainę sistemą

Tiek viršutinė, tiek apatinė bangos formos reiškia tas pačias reikšmes, išskyrus tai, kad pirmoji yra suprantama, pavyzdžiui, analoginiams įrenginiams, tokiems kaip linijiniai įtampos lygio matuokliai, o antrasis – skaitmeniniams įrenginiams, įskaitant kompiuterius, apdorojančius duomenis tokia kalba. Ši apatinė bangos forma atrodo kaip kintamo užpildymo kvadratinė banga, t.y. skirtingas maksimalių ir minimalių verčių santykis laikui bėgant. Šis kintamasis turinys užkoduoja dvejetainę konvertuojamo signalo reikšmę, taigi ir pavadinimas „impulsinio kodo moduliavimas“ – PCM.

Dabar grįžkite prie tikro analoginio signalo konvertavimo. Jau žinome, kad jį galima apibūdinti linija, vaizduojančia sklandžiai besikeičiančius lygius, ir nėra tokio dalyko kaip šokinėjantis šių lygių atvaizdavimas. Tačiau analoginio konvertavimo į skaitmeninį poreikiams turime įdiegti tokį procesą, kad būtų galima kartas nuo karto išmatuoti analoginio signalo lygį ir pateikti kiekvieną tokį išmatuotą pavyzdį skaitmenine forma.

Buvo daroma prielaida, kad dažnis, kuriuo būtų atliekami šie matavimai, turėtų būti bent du kartus didesnis už didžiausią dažnį, kurį žmogus gali girdėti, ir kadangi jis yra maždaug 20 kHz, todėl labiausiai 44,1 kHz dažnis išlieka populiarus. Atrankos dažnio apskaičiavimas yra susijęs su gana sudėtingomis matematinėmis operacijomis, kurios šiame mūsų žinių apie konvertavimo metodus etape nėra prasmingos.

Daugiau ar geriau?

Viskas, ką minėjau aukščiau, gali reikšti, kad kuo didesnis diskretizavimo dažnis, t.y. reguliariais intervalais matuojant analoginio signalo lygį, tuo aukštesnė konversijos kokybė, nes ji – bent jau intuityvia prasme – tikslesnė. Ar tai tikrai tiesa? Apie tai sužinosime po mėnesio.