Μουσική Δημιουργία. Mastering - μέρος 2

Έγραψα στο προηγούμενο τεύχος ότι το mastering στη διαδικασία παραγωγής μουσικής είναι το τελευταίο βήμα στο δρόμο από την ιδέα της μουσικής μέχρι την παράδοσή της στον παραλήπτη. Εξετάσαμε επίσης πιο προσεκτικά τον ψηφιακά εγγεγραμμένο ήχο, αλλά δεν έχω συζητήσει ακόμη πώς αυτός ο ήχος, που μετατρέπεται σε τάση AC στους μετατροπείς, μετατρέπεται σε δυαδική μορφή.

1. Κάθε σύνθετος ήχος, ακόμη και πολύ υψηλού βαθμού πολυπλοκότητας, στην πραγματικότητα αποτελείται από πολλούς απλούς ημιτονικούς ήχους.

Τελείωσα το προηγούμενο άρθρο με την ερώτηση, πώς γίνεται όλο το μουσικό περιεχόμενο να κωδικοποιείται σε τόσο κυματιστό κύμα (1), ακόμα κι αν μιλάμε για πολλά όργανα που παίζουν πολυφωνικά μέρη; Εδώ είναι η απάντηση: αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι κάθε περίπλοκος ήχος, ακόμη και πολύ περίπλοκος, είναι πραγματικά αποτελείται από πολλούς απλούς ημιτονικούς ήχους.

Η ημιτονοειδής φύση αυτών των απλών κυματομορφών ποικίλλει ανάλογα με το χρόνο και το πλάτος, αυτές οι κυματομορφές υπερτίθενται, προσθέτουν, αφαιρούν, διαμορφώνουν η μία την άλλη για να δημιουργήσουν πρώτα μεμονωμένους ήχους οργάνων και μετά να ολοκληρώσουν μίξεις και ηχογραφήσεις.

Αυτό που βλέπουμε στο σχήμα 2 είναι ορισμένα άτομα, μόρια που συνθέτουν την ηχητική μας ύλη, αλλά στην περίπτωση ενός αναλογικού σήματος δεν υπάρχουν τέτοια άτομα - υπάρχει μία άρτια γραμμή, χωρίς κουκκίδες που σηματοδοτούν τις επόμενες μετρήσεις (η διαφορά φαίνεται στο το σχήμα ως βήματα, τα οποία προσεγγίζονται γραφικά για να ληφθεί το αντίστοιχο οπτικό αποτέλεσμα).

Ωστόσο, δεδομένου ότι η αναπαραγωγή εγγεγραμμένης μουσικής από αναλογικές ή ψηφιακές πηγές πρέπει να πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας έναν μηχανικό ηλεκτρομαγνητικό μορφοτροπέα, όπως ένα μεγάφωνο ή έναν αισθητήρα ακουστικών, στη συντριπτική πλειονότητα των περιπτώσεων η διαφορά μεταξύ καθαρού αναλογικού ήχου και ψηφιακά επεξεργασμένου ήχου είναι θολή. Στο τελικό στάδιο, δηλ. Κατά την ακρόαση, η μουσική φτάνει σε εμάς με τον ίδιο τρόπο όπως οι δονήσεις των σωματιδίων του αέρα που προκαλούνται από την κίνηση του διαφράγματος στον μορφοτροπέα.

2. Τα μόρια που συνθέτουν την ηχητική μας ύλη

Αναλογική ψηφιακή

Υπάρχουν ακουστικές διαφορές μεταξύ καθαρού αναλογικού ήχου (δηλαδή εγγεγραμμένο αναλογικό σε αναλογικό μαγνητόφωνο, μίξη σε αναλογική κονσόλα, συμπιεσμένο σε αναλογικό δίσκο, αναπαραγωγή σε αναλογική συσκευή αναπαραγωγής και ενισχυμένο αναλογικό ενισχυτή) και ψηφιακού ήχου - μετατροπή από αναλογικό σε ψηφιακό, επεξεργασία και μίξη ψηφιακά και στη συνέχεια επεξεργασία σε αναλογική μορφή, είναι ακριβώς μπροστά από τον ενισχυτή ή πρακτικά στο ίδιο το ηχείο;

Στη συντριπτική πλειονότητα των περιπτώσεων, μάλλον όχι, αν και αν ηχογραφούσαμε το ίδιο μουσικό υλικό και με τους δύο τρόπους και μετά το αναπαράγαμε, οι διαφορές σίγουρα θα ακούγονταν. Ωστόσο, αυτό θα καθοριστεί περισσότερο από τη φύση των εργαλείων που χρησιμοποιούνται σε αυτές τις διαδικασίες, τα χαρακτηριστικά, τις ιδιότητες και συχνά τους περιορισμούς τους, παρά από το ίδιο το γεγονός της χρήσης αναλογικής ή ψηφιακής τεχνολογίας.

Ταυτόχρονα, υποθέτουμε ότι φέρνοντας τον ήχο σε ψηφιακή μορφή, δηλ. να εξατμιστεί ρητά, δεν επηρεάζει σημαντικά την ίδια τη διαδικασία εγγραφής και επεξεργασίας, ειδικά επειδή αυτά τα δείγματα εμφανίζονται σε συχνότητα που - τουλάχιστον θεωρητικά - είναι πολύ πέρα ​​από τα ανώτερα όρια των συχνοτήτων που ακούμε, και ως εκ τούτου αυτή η συγκεκριμένη κοκκότητα του ήχου που μετατρέπεται σε ψηφιακή μορφή, είναι αόρατο σε εμάς. Ωστόσο, από την άποψη της κατάκτησης του ηχητικού υλικού, είναι πολύ σημαντικό και θα μιλήσουμε για αυτό αργότερα.

Τώρα ας καταλάβουμε πώς ένα αναλογικό σήμα μετατρέπεται σε ψηφιακή μορφή, δηλαδή μηδέν-ένα, δηλ. ένα όπου η τάση μπορεί να έχει μόνο δύο επίπεδα: το ψηφιακό ένα επίπεδο, που σημαίνει τάση, και το ψηφιακό μηδενικό επίπεδο, δηλ. αυτή η ένταση πρακτικά απουσιάζει. Τα πάντα στον ψηφιακό κόσμο είναι είτε ένα είτε μηδέν, δεν υπάρχουν ενδιάμεσες τιμές. Φυσικά, υπάρχει και η λεγόμενη ασαφής λογική, όπου εξακολουθούν να υπάρχουν ενδιάμεσες καταστάσεις μεταξύ των καταστάσεων «παρούσα» και «απούσα», αλλά δεν ισχύει για ψηφιακά συστήματα ήχου.

3. Οι δονήσεις των σωματιδίων του αέρα που προκαλούνται από την ηχητική πηγή κινούν την πολύ ελαφριά δομή της μεμβράνης.

Μεταμορφώσεις, μέρος πρώτο

Οποιοδήποτε ακουστικό σήμα, είτε είναι φωνητικά, ακουστική κιθάρα ή ντραμς, αποστέλλεται στον υπολογιστή σε ψηφιακή μορφή, πρέπει πρώτα να μετατραπεί σε εναλλασσόμενο ηλεκτρικό σήμα. Αυτό γίνεται συνήθως με μικρόφωνα στα οποία οι δονήσεις των σωματιδίων του αέρα που προκαλούνται από μια πηγή ήχου οδηγούν μια πολύ ελαφριά δομή διαφράγματος (3). Αυτό μπορεί να είναι ένα διάφραγμα που περιλαμβάνεται σε μια κάψουλα συμπυκνωτή, μια λωρίδα μεταλλικού φύλλου σε ένα μικρόφωνο με κορδέλα ή ένα διάφραγμα με ένα πηνίο συνδεδεμένο σε αυτό σε ένα δυναμικό μικρόφωνο.

Σε καθεμία από αυτές τις περιπτώσεις ένα πολύ αδύναμο, ταλαντευόμενο ηλεκτρικό σήμα εμφανίζεται στην έξοδο του μικροφώνουτο οποίο, σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό, διατηρεί τις αναλογίες συχνότητας και στάθμης που αντιστοιχούν στις ίδιες παραμέτρους των δονούμενων σωματιδίων του αέρα. Έτσι, αυτό είναι ένα είδος ηλεκτρικού αναλόγου του, το οποίο μπορεί να υποβληθεί σε περαιτέρω επεξεργασία σε συσκευές που επεξεργάζονται ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό σήμα.

Από την αρχή Το σήμα του μικροφώνου πρέπει να ενισχυθείγιατί είναι πολύ αδύναμο για να χρησιμοποιηθεί με οποιονδήποτε τρόπο. Η τυπική τάση εξόδου ενός μικροφώνου είναι της τάξης των χιλιοστών του βολτ, η οποία εκφράζεται σε millivolt, και συχνά σε microvolt ή εκατομμυριοστά του βολτ. Για σύγκριση, προσθέτουμε ότι μια κανονική μπαταρία ΑΑ παράγει τάση 1,5 V και αυτή είναι μια σταθερή τάση που δεν υπόκειται σε διαμόρφωση, πράγμα που σημαίνει ότι δεν μεταδίδει καμία πληροφορία ήχου.

Ωστόσο, η τάση συνεχούς ρεύματος απαιτείται σε οποιοδήποτε ηλεκτρονικό σύστημα για να είναι η πηγή ενέργειας που στη συνέχεια θα διαμορφώσει το σήμα AC. Όσο πιο καθαρή και αποδοτική είναι αυτή η ενέργεια, τόσο λιγότερο επιρρεπής είναι σε τρέχοντα φορτία και διαταραχές και τόσο πιο καθαρό θα είναι το σήμα AC που επεξεργάζεται τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η πηγή ρεύματος, δηλαδή το τροφοδοτικό, είναι τόσο σημαντική σε κάθε αναλογικό ηχοσύστημα.

4. Ενισχυτής μικροφώνου, γνωστός και ως προενισχυτής ή προενισχυτής

Οι ενισχυτές μικροφώνου, γνωστοί και ως προενισχυτές ή προενισχυτές, έχουν σχεδιαστεί για να ενισχύουν το σήμα από τα μικρόφωνα (4). Το καθήκον τους είναι να ενισχύσουν το σήμα, συχνά ακόμη και κατά αρκετές δεκάδες ντεσιμπέλ, και επομένως να αυξήσουν το επίπεδό τους κατά εκατοντάδες ή περισσότερο. Έτσι, στην έξοδο του προενισχυτή λαμβάνουμε μια εναλλασσόμενη τάση ευθέως ανάλογη με την τάση εισόδου, αλλά που την υπερβαίνει εκατοντάδες φορές, δηλ. σε επίπεδο από κλάσματα έως μονάδες βολτ. Αυτό το επίπεδο σήματος προσδιορίζεται επίπεδο γραμμής και αυτό είναι το τυπικό επίπεδο λειτουργίας σε συσκευές ήχου.

Μεταμόρφωση, μέρος δεύτερο

Ένα αναλογικό σήμα αυτού του επιπέδου μπορεί ήδη να περάσει διαδικασία ψηφιοποίησης. Αυτό γίνεται χρησιμοποιώντας εργαλεία που ονομάζονται μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό ή μετατροπείς (5). Η διαδικασία μετατροπής είναι σε κλασική λειτουργία PCM, δηλ. Η διαμόρφωση πλάτους παλμού, η πιο δημοφιλής επί του παρόντος τρόπος επεξεργασίας, καθορίζεται από δύο παραμέτρους: ρυθμός δειγματοληψίας και βάθος bit. Όπως σωστά υποψιάζεστε, όσο υψηλότερες είναι αυτές οι παράμετροι, τόσο καλύτερη είναι η μετατροπή και τόσο πιο ακριβές θα σταλεί το σήμα στον υπολογιστή σε ψηφιακή μορφή.

5. Μετατροπέας ή μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό.

Γενικός κανόνας για αυτόν τον τύπο μετατροπής δειγματοληψία, δηλαδή λήψη δειγμάτων αναλογικού υλικού και δημιουργία ψηφιακής αναπαράστασής τους. Εδώ, ερμηνεύεται η τιμή της στιγμιαίας τάσης στο αναλογικό σήμα και το επίπεδό της αναπαρίσταται ψηφιακά στο δυαδικό σύστημα (6).

Εδώ, ωστόσο, πρέπει να υπενθυμίσουμε εν συντομία τις βασικές αρχές των μαθηματικών, σύμφωνα με τις οποίες οποιαδήποτε αριθμητική τιμή μπορεί να αναπαρασταθεί σε οποιοδήποτε σύστημα αριθμών. Σε όλη την ανθρώπινη ιστορία, χρησιμοποιούνται και εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται διάφορα συστήματα αριθμών. Για παράδειγμα, έννοιες όπως μια δωδεκάδα (12 τεμάχια) ή μια δεκάρα (12 δωδεκάδες, 144 τεμάχια) βασίζονται στο δωδεκαδικό σύστημα.

6. Τιμές τάσης σε αναλογικό σήμα και αναπαράσταση του επιπέδου του σε ψηφιακή μορφή σε δυαδικό σύστημα

Για τον χρόνο, χρησιμοποιούμε μικτά συστήματα - σεξουαλικό για δευτερόλεπτα, λεπτά και ώρες, δωδεκαδικό παράγωγο για ημέρες και ημέρες, έβδομο σύστημα για ημέρες της εβδομάδας, τετραπλό σύστημα (συσχετίζεται επίσης με το δωδεκαδάκτυλο και το σεξουαλικό σύστημα) για εβδομάδες σε ένα μήνα, δωδεκαδικό σύστημα για να υποδείξουμε τους μήνες του έτους και μετά περνάμε στο δεκαδικό σύστημα, όπου εμφανίζονται δεκαετίες, αιώνες και χιλιετίες. Νομίζω ότι το παράδειγμα χρήσης διαφορετικών συστημάτων για την έκφραση του χρόνου δείχνει πολύ καλά τη φύση των συστημάτων αριθμών και θα σας επιτρέψει να πλοηγηθείτε πιο αποτελεσματικά σε ζητήματα που σχετίζονται με τη μετατροπή.

Σε περίπτωση μετατροπής αναλογικού σε ψηφιακό θα είμαστε οι πιο συνηθισμένοι μετατροπή δεκαδικών τιμών σε δυαδικές τιμές. Δεκαδικό γιατί η μέτρηση για κάθε δείγμα εκφράζεται συνήθως σε microvolt, millivolt και volt. Τότε αυτή η τιμή θα εκφραστεί στο δυαδικό σύστημα, δηλ. χρησιμοποιώντας δύο bit που λειτουργούν σε αυτό - το 0 και το 1, που υποδηλώνουν δύο καταστάσεις: καμία τάση ή παρουσία της, απενεργοποιημένη ή ενεργοποιημένη, ρεύμα ή όχι κ.λπ. Έτσι, αποφεύγουμε την παραμόρφωση και όλες οι ενέργειες γίνονται πολύ πιο απλές στην υλοποίηση μέσω της εφαρμογής η λεγόμενη αλλαγή αλγορίθμων με τους οποίους έχουμε να κάνουμε, για παράδειγμα, σε σχέση με συνδέσμους ή άλλους ψηφιακούς επεξεργαστές.

Είσαι μηδέν. ή ένα

Με αυτούς τους δύο αριθμούς, μηδενικά και ένα, μπορείτε να εκφράσετε κάθε αριθμητική τιμήανεξάρτητα από το μέγεθός του. Για παράδειγμα, λάβετε υπόψη τον αριθμό 10. Το κλειδί για την κατανόηση της μετατροπής δεκαδικού σε δυαδικό είναι ότι ο αριθμός 1 στο δυαδικό, όπως και στο δεκαδικό, εξαρτάται από τη θέση του στην αριθμητική γραμμή.

Εάν το 1 βρίσκεται στο τέλος της δυαδικής συμβολοσειράς, τότε 1, εάν στη δεύτερη από το τέλος - τότε 2, στην τρίτη θέση - 4 και στην τέταρτη θέση - 8 - όλα σε δεκαδικό. Στο δεκαδικό σύστημα, το ίδιο 1 στο τέλος είναι 10, το προτελευταίο 100, το τρίτο 1000, το τέταρτο XNUMX είναι ένα παράδειγμα για την κατανόηση της αναλογίας.

Έτσι, αν θέλουμε να αναπαραστήσουμε το 10 σε δυαδική μορφή, θα χρειαστεί να αναπαραστήσουμε ένα οκτώ και ένα δύο, έτσι όπως είπα, θα ήταν ένα 1 στην τέταρτη θέση και ένα 1 στη δεύτερη, που ισούται με 1010.

Αν χρειαζόταν να μετατρέψουμε τάσεις από 1 σε 10 βολτ χωρίς κλασματικές τιμές, π.χ. χρησιμοποιώντας μόνο ακέραιους αριθμούς, τότε αρκεί ένας μετατροπέας που μπορεί να αντιπροσωπεύει ακολουθίες 4-bit στο δυαδικό μέρος. 4-bit επειδή αυτή η μετατροπή δυαδικού αριθμού θα απαιτήσει έως και τέσσερα ψηφία. Στην πράξη θα μοιάζει με αυτό:

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

10 1010

Τα πρώτα μηδενικά για τους αριθμούς 1 έως 7 απλώς συμπληρώνουν τη συμβολοσειρά στα τέσσερα ολόκληρα bit, έτσι ώστε κάθε δυαδικός αριθμός να έχει την ίδια σύνταξη και να καταλαμβάνει τον ίδιο χώρο. Σε γραφική μορφή, μια τέτοια μετατροπή ακεραίων από το δεκαδικό σύστημα στο δυαδικό σύστημα παρουσιάζεται στο Σχήμα 7.

7. Μετατροπή δεκαδικών σε δυαδικούς ακέραιους

Τόσο η άνω όσο και η κάτω κυματομορφή αντιπροσωπεύουν τις ίδιες τιμές, με τη διαφορά ότι η πρώτη είναι κατανοητή, για παράδειγμα, για αναλογικές συσκευές, όπως γραμμικοί μετρητές στάθμης τάσης, και η δεύτερη για ψηφιακές συσκευές, συμπεριλαμβανομένων των υπολογιστών που επεξεργάζονται δεδομένα σε μια τέτοια γλώσσα. Αυτή η κάτω κυματομορφή μοιάζει με τετραγωνικό κύμα μεταβλητής πλήρωσης, δηλ. διαφορετική αναλογία μέγιστων τιμών προς ελάχιστες τιμές με την πάροδο του χρόνου. Αυτό το μεταβλητό περιεχόμενο κωδικοποιεί τη δυαδική τιμή του προς μετατροπή σήματος, εξ ου και το όνομα "διαμόρφωση κωδικού παλμού" - PCM.

Τώρα ας επιστρέψουμε στη μετατροπή ενός πραγματικού αναλογικού σήματος. Γνωρίζουμε ήδη ότι μπορεί να περιγραφεί από μια γραμμή που αντιπροσωπεύει ομαλά μεταβαλλόμενα επίπεδα και δεν υπάρχει ασυνεχής αναπαράσταση αυτών των επιπέδων. Ωστόσο, για τις ανάγκες της μετατροπής από αναλογικό σε ψηφιακό, πρέπει να εισαγάγουμε μια τέτοια διαδικασία για να μπορούμε να μετράμε τη στάθμη του αναλογικού σήματος από καιρό σε καιρό και να αναπαριστάνουμε κάθε τέτοιο μετρούμενο δείγμα σε ψηφιακή μορφή.

Θεωρήθηκε ότι η συχνότητα με την οποία θα γίνονταν αυτές οι μετρήσεις θα πρέπει να είναι τουλάχιστον διπλάσια από την υψηλότερη συχνότητα που μπορεί να ακούσει ένα άτομο, και επειδή είναι περίπου 20 kHz, είναι επομένως η υψηλότερη Τα 44,1 kHz παραμένουν ένας δημοφιλής ρυθμός δειγματοληψίας. Ο υπολογισμός του ποσοστού δειγματοληψίας περιλαμβάνει αρκετά σύνθετες μαθηματικές πράξεις, οι οποίες σε αυτό το στάδιο της γνώσης μας σχετικά με τις μεθόδους μετατροπής δεν έχουν νόημα.

Είναι μεγαλύτερο καλύτερο;

Όλα όσα ανέφερα παραπάνω μπορεί να υποδηλώνουν ότι όσο υψηλότερο είναι το ποσοστό δειγματοληψίας, δηλ. μετρώντας τη στάθμη του αναλογικού σήματος σε τακτά χρονικά διαστήματα, τόσο υψηλότερη είναι η ποιότητα της μετατροπής επειδή είναι - τουλάχιστον με μια διαισθητική έννοια - πιο ακριβής. Είναι αλήθεια αυτό; Θα το μάθουμε σε ένα μήνα.