Creație muzicală. Stăpânire - partea a 2-a

Am scris despre faptul că masterizarea în procesul de producție muzicală este ultimul pas pe drumul de la ideea de muzică până la livrarea acesteia către destinatar în numărul precedent. De asemenea, ne-am uitat atent la sunetul înregistrat digital, dar nu am discutat încă despre modul în care acest sunet, convertit în convertoare de tensiune AC, este convertit în formă binară.

1. Fiecare sunet complex, chiar și un grad foarte mare de complexitate, constă de fapt din multe sunete simple sinusoidale.

Am încheiat articolul anterior cu întrebarea, cum este posibil ca într-o undă atât de ondulată (1) tot conținutul muzical să fie codificat, chiar dacă vorbim de multe instrumente care cântă în părți polifonice? Iată răspunsul: asta se datorează faptului că orice sunet complex, chiar și foarte complex, este cu adevărat este format din multe sunete sinusoidale simple.

Natura sinusoidală a acestor forme de undă simple variază atât în ​​funcție de timp, cât și de amplitudine, aceste forme de undă suprapunându-se, adăugându-se, scăzându-se, modulându-se reciproc și astfel creând mai întâi sunete individuale ale instrumentelor și apoi mixaje și înregistrări complete.

Ceea ce vedem în figura 2 sunt anumiți atomi, molecule care alcătuiesc materia noastră sonoră, dar în cazul unui semnal analogic nu există astfel de atomi - există o linie uniformă, fără puncte care marchează citirile ulterioare (diferența poate fi văzută în figura în pași, care sunt aproximați grafic pentru a obține efectul vizual corespunzător).

Cu toate acestea, deoarece redarea muzicii înregistrate din surse analogice sau digitale trebuie să se facă folosind un traductor electromagnetic mecanic, cum ar fi un difuzor sau un traductor pentru căști, marea majoritate a diferențelor dintre sunetul analog pur și sunetul procesat digital se estompează. În etapa finală, adică la ascultare, muzica ajunge la noi în același mod ca și vibrațiile particulelor de aer cauzate de mișcarea diafragmei în traductor.

2. Moleculele care alcătuiesc sunetul nostru contează

cifră analogică

Există diferențe audibile între sunetul analog pur (adică analog înregistrat pe un magnetofon analog, mixat pe o consolă analogică, comprimat pe un disc analogic, redat pe un player analog și amplificator analogic amplificat) și audio digital - convertit din analog la digital, procesat și mixat digital și apoi procesat înapoi în formă analogică, este chiar în fața amplificatorului sau practic în difuzorul în sine?

În marea majoritate a cazurilor, mai degrabă nu, deși dacă am înregistra același material muzical în ambele moduri și apoi l-am reda, diferențele ar fi cu siguranță audibile. Cu toate acestea, acest lucru se va datora mai degrabă naturii instrumentelor utilizate în aceste procese, caracteristicilor, proprietăților și adesea limitărilor lor, decât faptului însuși de a utiliza tehnologie analogică sau digitală.

În același timp, presupunem că aducerea sunetului într-o formă digitală, i.e. atomizat în mod explicit, nu afectează în mod semnificativ procesul de înregistrare și procesare în sine, mai ales că aceste mostre apar la o frecvență care - cel puțin teoretic - depășește cu mult limitele superioare ale frecvențelor pe care le auzim și, prin urmare, această granulare specifică a sunetului convertit. în formă digitală, invizibilă pentru noi. Totuși, din punctul de vedere al stăpânirii materialului sonor, este foarte important și despre el vom vorbi mai târziu.

Acum să ne dăm seama cum este convertit semnalul analogic în formă digitală, și anume zero-unu, adică. unul în care tensiunea poate avea doar două niveluri: nivelul digital, care înseamnă tensiune, și nivelul zero digital, adică. această tensiune este practic inexistentă. Totul în lumea digitală este fie unul, fie zero, nu există valori intermediare. Desigur, există și așa-numita logică fuzzy, unde există încă stări intermediare între stările „pornit” sau „oprit”, dar nu este aplicabilă sistemelor audio digitale.

3. Vibrațiile particulelor de aer cauzate de o sursă de sunet pun în mișcare o structură foarte ușoară a membranei.

Transformări partea întâi

Orice semnal acustic, fie că este vorba despre voce, chitară acustică sau tobe, este trimis către computer în formă digitală, trebuie mai întâi convertit într-un semnal electric alternativ. Acest lucru se face de obicei cu microfoane în care vibrațiile particulelor de aer cauzate de sursa de sunet antrenează o structură a diafragmei foarte ușoară (3). Aceasta poate fi diafragma inclusă într-o capsulă de condensator, o bandă de folie metalică într-un microfon cu bandă sau o diafragmă cu o bobină atașată la ea într-un microfon dinamic.

În fiecare dintre aceste cazuri la ieșirea microfonului apare un semnal electric foarte slab, oscilantcare, într-o măsură mai mare sau mai mică, păstrează proporțiile de frecvență și nivel corespunzătoare acelorași parametri ai particulelor de aer oscilante. Astfel, acesta este un fel de analog electric al acestuia, care poate fi procesat în continuare în dispozitive care procesează un semnal electric alternativ.

De la început semnalul microfonului trebuie amplificatdeoarece este prea slab pentru a fi folosit în vreun fel. O tensiune tipică de ieșire a microfonului este de ordinul a miimilor de volt, exprimată în milivolți și, adesea, în microvolți sau milioanemi de volt. Pentru comparație, să adăugăm că o baterie convențională de tip deget produce o tensiune de 1,5 V, iar aceasta este o tensiune constantă care nu este supusă modulării, ceea ce înseamnă că nu transmite nicio informație sonoră.

Cu toate acestea, tensiunea DC este necesară în orice sistem electronic pentru a fi sursa de energie, care va modula apoi semnalul AC. Cu cât această energie este mai curată și mai eficientă, cu atât este mai puțin supusă sarcinilor și perturbărilor curente, cu atât mai curat va fi semnalul AC procesat de componentele electronice. De aceea sursa de alimentare, si anume sursa de alimentare, este atat de importanta in orice sistem audio analogic.

4. Amplificator de microfon, cunoscut și sub numele de preamplificator sau preamplificator

Amplificatoarele de microfon, cunoscute și ca preamplificatoare sau preamplificatoare, sunt proiectate pentru a amplifica semnalul de la microfoane (4). Sarcina lor este să amplifice semnalul, adesea chiar și cu câteva zeci de decibeli, ceea ce înseamnă să le crească nivelul cu sute sau mai mult. Astfel, la ieșirea preamplificatorului, obținem o tensiune alternativă direct proporțională cu tensiunea de intrare, dar depășind-o de sute de ori, adică. la un nivel de la fracții la unități de volți. Acest nivel de semnal este determinat nivelul liniei iar acesta este nivelul de operare standard al dispozitivelor audio.

Transformare partea a doua

Un semnal analogic de acest nivel poate fi deja transmis proces de digitalizare. Acest lucru se realizează folosind instrumente numite convertoare analog-digitale sau traductoare (5). Procesul de conversie în modul PCM clasic, de ex. Modularea lățimii impulsului, în prezent cel mai popular mod de procesare, este definită de doi parametri: rata de eșantionare și adâncimea de biți. După cum bănuiți pe bună dreptate, cu cât acești parametri sunt mai mari, cu atât conversia este mai bună și semnalul va fi transmis computerului în formă digitală mai precis.

5. Convertor sau convertor analog-digital.

Regula generală pentru acest tip de conversie eșantionare, adică prelevarea de mostre de material analogic și crearea unei reprezentări digitale a acestuia. Aici se interpretează valoarea instantanee a tensiunii în semnalul analogic, iar nivelul acesteia este reprezentat digital în sistem binar (6).

Aici, însă, este necesar să reamintim pe scurt elementele de bază ale matematicii, conform cărora orice valoare numerică poate fi reprezentată în orice sistem numeric. De-a lungul istoriei omenirii, au fost și sunt încă folosite diverse sisteme numerice. De exemplu, concepte precum o duzină (12 bucăți) sau un ban (12 duzini, 144 bucăți) se bazează pe sistemul duozecimal.

6. Valorile tensiunii într-un semnal analogic și reprezentarea nivelului acestuia în formă digitală într-un sistem binar

Pentru timp, folosim sisteme mixte - sexagesimal pentru secunde, minute și ore, derivat duozecimal pentru zile și zile, al șaptelea sistem pentru zilele săptămânii, sistem quad (legat și de sistemul duozecimal și sexagesimal) săptămâni într-o lună, sistem duozecimal pentru a indica lunile anului, iar apoi trecem la sistemul zecimal, unde apar decenii, secole și milenii. Cred că exemplul utilizării diferitelor sisteme pentru a exprima trecerea timpului arată foarte bine natura sistemelor de numere și vă va permite să navigați mai eficient în problemele legate de conversie.

În cazul conversiei analog în digital, noi vom fi cei mai obișnuiți convertiți valori zecimale în valori binare. Decimală deoarece măsurarea pentru fiecare probă este de obicei exprimată în microvolți, milivolți și volți. Apoi această valoare va fi exprimată în sistem binar, adică folosind doi biți care funcționează în ea - 0 și 1, care denotă două stări: fără tensiune sau prezența ei, oprit sau pornit, curent sau nu, etc. Astfel, evităm distorsiunile, iar toate acțiunile devin mult mai simple în implementare prin aplicarea așa-numita modificare a algoritmilor cu care avem de-a face, de exemplu, în raport cu conectorii sau alte procesoare digitale.

Ești zero; sau unul

Cu aceste două cifre, zerouri și unu, puteți exprima fiecare valoare numericăindiferent de dimensiunea acestuia. Ca exemplu, luați în considerare numărul 10. Cheia pentru înțelegerea conversiei zecimală în binar este că numărul 1 în binar, la fel ca în zecimal, depinde de poziția sa în șirul numeric.

Dacă 1 este la sfârșitul șirului binar, atunci 1, dacă în al doilea de la sfârșit - atunci 2, în a treia poziție - 4 și în a patra poziție - 8 - toate în zecimală. În sistemul zecimal, același 1 la sfârșit este 10, penultimul 100, al treilea 1000, al patrulea XNUMX este un exemplu pentru a înțelege analogia.

Deci, dacă vrem să reprezentăm 10 în formă binară, va trebui să reprezentăm un 1 și un 1, așa cum am spus, ar fi 1010 pe locul al patrulea și XNUMX pe al doilea, care este XNUMX.

Dacă ar fi nevoie să convertim tensiuni de la 1 la 10 volți fără valori fracționale, i.e. folosind numai numere întregi, un convertor care poate reprezenta secvențe de 4 biți în binar este suficient. 4 biți, deoarece această conversie a numărului binar va necesita până la patru cifre. În practică, va arăta astfel:

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

10 1010

Acele zerouri de început pentru numerele de la 1 la 7 completează șirul până la cei patru biți, astfel încât fiecare număr binar să aibă aceeași sintaxă și să ocupe aceeași cantitate de spațiu. În formă grafică, o astfel de translație a numerelor întregi din sistemul zecimal în binar este prezentată în Figura 7.

7. Convertiți numerele întregi din sistem zecimal în sistem binar

Atât formele de undă superioare, cât și inferioare reprezintă aceleași valori, cu excepția faptului că prima este de înțeles, de exemplu, pentru dispozitivele analogice, cum ar fi contoarele liniare de nivel de tensiune, iar a doua pentru dispozitivele digitale, inclusiv computerele care procesează date pe un astfel de limbaj. Această formă de undă inferioară arată ca o undă pătrată cu umplere variabilă, de exemplu. raport diferit între valorile maxime și valorile minime în timp. Acest conținut variabil codifică valoarea binară a semnalului de convertit, de unde și denumirea de „modulație cod puls” - PCM.

Acum revenim la conversia unui semnal analog real. Știm deja că poate fi descris printr-o linie care ilustrează niveluri care se schimbă fără probleme și nu există o reprezentare sărită a acestor niveluri. Cu toate acestea, pentru nevoile de conversie analog-digitală, trebuie să introducem un astfel de proces pentru a putea măsura din când în când nivelul unui semnal analogic și a reprezenta fiecare astfel de probă măsurată în formă digitală.

S-a presupus că frecvența la care s-ar face aceste măsurători ar trebui să fie de cel puțin două ori mai mare frecvență pe care o poate auzi o persoană și, deoarece este de aproximativ 20 kHz, prin urmare, cea mai mare frecvență. 44,1 kHz rămâne o frecvență de eșantionare populară. Calculul ratei de eșantionare este asociat cu operații matematice destul de complexe, care, în această etapă a cunoștințelor noastre despre metodele de conversie, nu are sens.

Mai mult este mai bine?

Tot ceea ce am menționat mai sus poate indica faptul că cu cât frecvența de eșantionare este mai mare, adică măsurarea nivelului unui semnal analogic la intervale regulate, cu atât calitatea conversiei este mai mare, deoarece aceasta este – cel puțin în sens intuitiv – mai precisă. Este cu adevărat adevărat? Vom ști despre asta peste o lună.