Ustvarjanje glasbe. Mastering - 2. del

O tem, da je obvladovanje v procesu glasbene produkcije zadnji korak na poti od ideje o glasbi do njene predaje prejemniku, sem pisal v prejšnji številki. Pozorno smo si ogledali tudi digitalno posnet zvok, vendar še nisem razpravljal o tem, kako se ta zvok, pretvorjen v pretvornike izmenične napetosti, pretvori v binarno obliko.

1. Vsak zapleten zvok, tudi zelo visoka stopnja kompleksnosti, je pravzaprav sestavljen iz številnih preprostih sinusnih zvokov.

Prejšnji članek sem zaključil z vprašanjem, kako je mogoče, da je v tako valovitem valu (1) zakodirana vsa glasbena vsebina, tudi če govorimo o številnih inštrumentih, ki igrajo večglasne particije? Tukaj je odgovor: to je posledica dejstva, da je vsak zapleten zvok, tudi zelo zapleten, res sestavljena je iz številnih preprostih sinusnih zvokov.

Sinusoidna narava teh preprostih valovnih oblik se spreminja s časom in amplitudo, te valovne oblike se medsebojno prekrivajo, seštevajo, odštevajo, modulirajo in tako najprej ustvarjajo posamezne zvoke instrumentov, nato pa dokončajo mikse in posnetke.

Kar vidimo na sliki 2, so določeni atomi, molekule, ki sestavljajo našo zvočno snov, vendar v primeru analognega signala teh atomov ni - je ena enakomerna črta, brez pik, ki označujejo nadaljnje odčitke (razlika je vidna na slika v korakih, ki so grafično približani, da se doseže ustrezen vizualni učinek).

Ker pa je treba predvajanje posnete glasbe iz analognih ali digitalnih virov izvajati z uporabo mehanskega elektromagnetnega pretvornika, kot je zvočnik ali pretvornik za slušalke, je velika večina razlike med čistim analognim zvokom in digitalno obdelanim zvokom zamegljena. V zadnji fazi, tj. pri poslušanju nas glasba doseže na enak način kot tresljaji zračnih delcev, ki jih povzroča gibanje membrane v pretvorniku.

2. Molekule, ki sestavljajo naš zvok, so pomembne

analogna številka

Ali obstajajo kakršne koli slišne razlike med čistim analognim zvokom (tj. analognim posnetim na analognem magnetofonu, miksanim na analogni konzoli, stisnjenim na analognem disku, predvajanim na analognem predvajalniku in ojačanem analognem ojačevalniku) in digitalnim zvokom – pretvorjenim iz analogno v digitalno, digitalno obdelano in zmešano ter nato obdelano nazaj v analogno obliko, ali je tik pred ojačevalnikom ali praktično v samem zvočniku?

V veliki večini primerov raje ne, čeprav bi bile razlike zagotovo slišane, če bi na oba načina posneli isti glasbeni material in ga nato predvajali. Vendar bo to bolj posledica narave orodij, ki se uporabljajo v teh procesih, njihovih značilnosti, lastnosti in pogosto omejitev, kot pa samega dejstva uporabe analogne ali digitalne tehnologije.

Ob tem predpostavljamo, da je spravljanje zvoka v digitalno obliko, t.j. do eksplicitno atomiziranega, ne vpliva bistveno na sam proces snemanja in obdelave, še posebej, ker se ti vzorci pojavljajo na frekvenci, ki - vsaj teoretično - daleč presega zgornje meje frekvenc, ki jih lahko slišimo, in zato ta specifična zrnatost zvoka pretvorjena v digitalno obliko, nam je nevidna. Je pa z vidika obvladovanja zvočnega materiala zelo pomemben in o tem bomo govorili kasneje.

Zdaj pa ugotovimo, kako se analogni signal pretvori v digitalno obliko, in sicer nič-eno, t.j. tisti, kjer ima napetost lahko samo dve ravni: digitalno eno raven, kar pomeni napetost, in digitalno ničelno raven, tj. te napetosti praktično ni. Vse v digitalnem svetu je ena ali nič, vmesnih vrednosti ni. Seveda obstaja tudi tako imenovana mehka logika, kjer še vedno obstajajo vmesna stanja med stanjem »vklopljeno« ali »izklopljeno«, vendar ni uporabna za digitalne avdio sisteme.

3. Vibracije zračnih delcev, ki jih povzroči vir zvoka, sprožijo zelo lahko strukturo membrane.

Transformacije prvi del

Vsak zvočni signal, pa naj gre za vokal, akustično kitaro ali bobne, se pošlje v računalnik v digitalni obliki, najprej ga je treba pretvoriti v izmenični električni signal. To se običajno izvaja z mikrofoni, pri katerih tresljaji zračnih delcev, ki jih povzroča zvočni vir, poganjajo zelo lahko strukturo membrane (3). To je lahko membrana, vključena v kondenzatorsko kapsulo, trak iz kovinske folije v trakastem mikrofonu ali membrana s tuljavo, ki je nanjo pritrjena v dinamičnem mikrofonu.

V vsakem od teh primerov na izhodu mikrofona se pojavi zelo šibek, nihajoč električni signalki v večji ali manjši meri ohranja razmerja frekvence in nivoja, ki ustrezata enakim parametrom nihajočih zračnih delcev. Tako je to nekakšen njegov električni analog, ki ga je mogoče nadalje obdelati v napravah, ki obdelujejo izmenični električni signal.

Od začetka mikrofonski signal mora biti ojačanker je prešibak, da bi ga na kakršen koli način uporabil. Tipična izhodna napetost mikrofona je reda tisočink volta, izražena v milivoltih, pogosto pa v mikrovoltih ali milijoninkah volta. Za primerjavo dodajmo, da običajna baterija prstnega tipa proizvaja napetost 1,5 V, to pa je konstantna napetost, ki ni podvržena modulaciji, kar pomeni, da ne prenaša nobenih zvočnih informacij.

Vendar pa je enosmerna napetost potrebna v vsakem elektronskem sistemu kot vir energije, ki bo nato moduliral izmenični signal. Čistejša in učinkovitejša kot je ta energija, manj kot je izpostavljena trenutnim obremenitvam in motnjam, čistejši bo AC signal, ki ga obdelujejo elektronske komponente. Zato je napajanje, in sicer napajalnik, tako pomembno v vsakem analognem avdio sistemu.

4. Mikrofonski ojačevalnik, znan tudi kot predojačevalnik ali predojačevalnik

Mikrofonski ojačevalniki, znani tudi kot predojačevalniki ali predojačevalniki, so zasnovani za ojačanje signala iz mikrofonov (4). Njihova naloga je ojačati signal, pogosto celo za nekaj deset decibelov, kar pomeni, da povečajo njihovo raven za stotine ali več. Tako na izhodu predojačevalnika dobimo izmenično napetost, ki je premosorazmerna z vhodno napetostjo, vendar jo presega stokrat, t.j. na ravni od frakcij do enot voltov. Ta nivo signala je določen ravni črte in to je standardni nivo delovanja v zvočnih napravah.

Drugi del transformacije

Analogni signal te ravni je že mogoče prenesti proces digitalizacije. To se naredi z orodji, imenovanimi analogno-digitalni pretvorniki ali pretvorniki (5). Postopek pretvorbe v klasičnem načinu PCM, t.j. Impulzno širinsko modulacijo, trenutno najbolj priljubljen način obdelave, določata dva parametra: hitrost vzorčenja in bitna globina. Kot upravičeno sumite, višji kot so ti parametri, boljša je pretvorba in bolj natančen bo signal v računalnik v digitalni obliki.

5. Pretvornik ali analogno-digitalni pretvornik.

Splošno pravilo za to vrsto pretvorbe vzorčenje, torej jemanje vzorcev analognega materiala in ustvarjanje njegove digitalne reprezentacije. Tu se interpretira trenutna vrednost napetosti v analognem signalu in njena raven se digitalno predstavi v binarnem sistemu (6).

Tu pa se je treba na kratko spomniti na osnove matematike, po katerih je mogoče vsako številčno vrednost predstaviti v kateri koli številski sistem. Skozi zgodovino človeštva so se in se še vedno uporabljajo različni številski sistemi. Na primer, koncepti, kot so ducat (12 kosov) ali peni (12 ducat, 144 kosov), temeljijo na dvanajstiškem sistemu.

6. Vrednosti napetosti v analognem signalu in predstavitev njegovega nivoja v digitalni obliki v binarnem sistemu

Za čas uporabljamo mešane sisteme - šestnajstiški za sekunde, minute in ure, dvanajstiški derivat za dneve in dneve, sedmi sistem za dneve v tednu, štirikratni sistem (soroden tudi dvanajstiškemu in šestdesetimalnemu sistemu) za tedne v mesecu, dvanajstiški sistem. za označevanje mesecev v letu, nato pa preidemo na decimalni sistem, kjer se pojavljajo desetletja, stoletja in tisočletja. Menim, da primer uporabe različnih sistemov za izražanje poteka časa zelo dobro prikazuje naravo številskih sistemov in vam bo omogočil učinkovitejšo navigacijo pri vprašanjih, povezanih s pretvorbo.

V primeru analogne v digitalno pretvorbo bomo najpogostejši pretvoriti decimalne vrednosti v binarne vrednosti. Decimalno, ker je meritev za vsak vzorec običajno izražena v mikrovoltih, milivoltih in voltih. Nato bo ta vrednost izražena v dvojiškem sistemu, tj. z uporabo dveh bitov, ki delujeta v njem - 0 in 1, ki označujeta dve stanji: brez napetosti ali njeno prisotnost, izklopljeno ali vklopljeno, tok ali ne, itd. Tako se izognemo popačenju in vsa dejanja postanejo veliko enostavnejša za izvedbo z uporabo tako imenovana sprememba algoritmov, s katero imamo opravka na primer v zvezi s konektorji ali drugimi digitalnimi procesorji.

Ti si nič; ali eno

S tema dvema števkama, ničlami ​​in enicami, lahko izrazite vsako številsko vrednostne glede na njegovo velikost. Kot primer si oglejte številko 10. Ključ do razumevanja pretvorbe decimalnih v binarno je, da je število 1 v binarni, tako kot v decimalki, odvisno od svojega položaja v številskem nizu.

Če je 1 na koncu binarnega niza, potem 1, če je na drugem koncu - potem 2, na tretjem mestu - 4 in na četrtem mestu - 8 - vse v decimalki. V decimalnem sistemu je isti 1 na koncu 10, predzadnji 100, tretji 1000, četrti XNUMX je primer za razumevanje analogije.

Torej, če želimo 10 predstaviti v binarni obliki, bomo morali predstavljati 1 in 1, tako da bi, kot sem rekel, 1010 na četrtem mestu in XNUMX na drugem, kar je XNUMX.

Če bi morali pretvoriti napetosti od 1 do 10 voltov brez ulomkov, t.j. z uporabo samo celih števil zadostuje pretvornik, ki lahko predstavlja 4-bitna zaporedja v binarnem formatu. 4-bitni, ker bo ta pretvorba binarnih števil zahtevala do štiri števke. V praksi bo videti takole:

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

10 1010

Te vodilne ničle za številke od 1 do 7 preprosto dodajo niz na polne štiri bite, tako da ima vsako binarno število enako sintakso in zavzame enako količino prostora. V grafični obliki je takšen prevod celih števil iz decimskega sistema v binarni prikazan na sliki 7.

7. Pretvorite cela števila v decimalnem sistemu v binarni sistem

Tako zgornja kot spodnja valovna oblika predstavljata enaki vrednosti, le da je prva razumljiva na primer za analogne naprave, kot so linearni merilniki nivoja napetosti, druga pa za digitalne naprave, vključno z računalniki, ki obdelujejo podatke v takem jeziku. Ta spodnja valovna oblika je videti kot kvadratni val s spremenljivo polnitvijo, tj. različno razmerje med najvišjimi vrednostmi in najmanjšimi vrednostmi skozi čas. Ta spremenljiva vsebina kodira binarno vrednost signala, ki ga je treba pretvoriti, od tod tudi ime "pulzna kodna modulacija" - PCM.

Zdaj se vrnimo k pretvorbi pravega analognega signala. Že vemo, da ga je mogoče opisati s črto, ki prikazuje gladko spreminjajoče se nivoje, in ne obstaja taka stvar, kot je skakanje teh ravni. Za potrebe analogne v digitalne pretvorbe pa moramo uvesti takšen postopek, da bi lahko občasno izmerili nivo analognega signala in vsak tak izmerjeni vzorec predstavili v digitalni obliki.

Predpostavljalo se je, da bi morala biti frekvenca, pri kateri bodo te meritve opravljene, vsaj dvakrat višja od najvišje frekvence, ki jo človek lahko sliši, in ker je približno 20 kHz, je torej največ 44,1 kHz ostaja priljubljena hitrost vzorčenja. Izračun stopnje vzorčenja je povezan s precej zapletenimi matematičnimi operacijami, kar pa na tej stopnji našega poznavanja metod pretvorbe ni smiselno.

Več je bolje?

Vse, kar sem omenil zgoraj, lahko kaže, da višja kot je frekvenca vzorčenja, tj. če merimo raven analognega signala v rednih intervalih, višja je kakovost pretvorbe, ker je - vsaj v intuitivnem smislu - natančnejša. Je res res? O tem bomo izvedeli čez mesec dni.