Muusika loomine. Mastering – 2. osa

Sellest, et meisterdamine muusika produtseerimise protsessis on viimane samm teel muusika ideest kuni selle adressaadini jõudmiseni, kirjutasin eelmises numbris. Oleme põhjalikult vaadanud ka digitaalselt salvestatud heli, kuid ma pole veel arutanud, kuidas see vahelduvpingemuunduriteks teisendatud heli kahendvormingusse teisendatakse.

1. Iga keeruline heli, isegi väga kõrge keerukusaste, koosneb tegelikult paljudest lihtsatest siinushelidest.

Eelmise artikli lõpetasin küsimusega, kuidas on võimalik, et sellises lainelises laines (1) on kogu muusikaline sisu kodeeritud, isegi kui räägime paljudest pillidest, mis mängivad polüfoonilisi partiisid? Siin on vastus: see on tingitud asjaolust, et iga keeruline heli, isegi väga keeruline, on tõesti see koosneb paljudest lihtsatest sinusoidaalsetest helidest.

Nende lihtsate lainekujude sinusoidne olemus varieerub nii aja kui ka amplituudiga, need lainekujud kattuvad, liidavad, lahutavad, moduleerivad üksteist ja loovad seega esmalt üksikud instrumendihelid ning seejärel täielikud miksid ja salvestused.

Mida me näeme joonisel 2, on teatud aatomid, molekulid, mis moodustavad meie heliaine, kuid analoogsignaali puhul selliseid aatomeid pole - on üks ühtlane joon, ilma punktideta, mis tähistavad järgnevaid näitu (erinevus on näha joonis sammudena, mis on vastava visuaalse efekti saamiseks graafiliselt lähendatud).

Kuna aga analoog- või digitaalallikatest salvestatud muusika taasesitus peab toimuma mehaanilise elektromagnetilise anduri, näiteks valjuhääldi või kõrvaklappide muunduri abil, on erinevus puhta analoogheli ja digitaalselt töödeldud heli hägususe vahel enamikul juhtudel tohutu. Viimasel etapil, s.o. kuulates jõuab muusika meieni samamoodi nagu õhuosakeste vibratsioon, mis on põhjustatud diafragma liikumisest muunduris.

2. Molekulid, mis moodustavad meie heli, on olulised

analoognumber

Kas on mingeid kuuldavaid erinevusi puhta analoogheli (st analoogmagnetofonile salvestatud analoog, analoogkonsoolil segatud, analoogplaadile tihendatud, analoogpleieriga taasesitatud ja võimendatud analoogvõimendiga) ja digitaalheli vahel – teisendatud analoog digitaalseks, töödeldakse ja segatakse digitaalselt ja seejärel töödeldakse tagasi analoogvormi, kas see on otse võimendi ees või praktiliselt kõlaris endas?

Valdav enamus juhtudel pigem mitte, kuigi kui salvestaksime sama muusikalise materjali mõlemal viisil ja seejärel taasesitaksime, oleks erinevused kindlasti kuuldavad. See on aga tingitud pigem nendes protsessides kasutatavate tööriistade olemusest, nende omadustest, omadustest ja sageli ka piirangutest, mitte aga analoog- või digitaaltehnoloogia kasutamisest.

Samas eeldame, et heli viimine digitaalsele kujule, s.o. selgesõnaliselt pihustatud, ei mõjuta oluliselt salvestus- ja töötlemisprotsessi ennast, eriti kuna need näidised esinevad sagedusel, mis – vähemalt teoreetiliselt – ületab meie kuuldavate sageduste ülempiiri, ja seetõttu konverteeritakse see heli spetsiifiline teralisus. digitaalsel kujul, on meile nähtamatu. Helimaterjali valdamise seisukohalt on see aga väga oluline ja sellest räägime hiljem.

Nüüd mõtleme välja, kuidas analoogsignaal teisendatakse digitaalseks, nimelt null-üheks, st. selline, kus pingel saab olla ainult kaks taset: digitaalne üks tase, mis tähendab pinget ja digitaalne nulltase, st. see pinge on praktiliselt olematu. Digimaailmas on kõik kas üks või null, vahepealseid väärtusi pole. Muidugi on olemas ka nn häguloogika, kus “sees” või “väljas” olekute vahel on ikkagi vahepealsed olekud, kuid see ei kehti digitaalsete helisüsteemide puhul.

3. Heliallikast põhjustatud õhuosakeste vibratsioon paneb liikuma membraani väga kerge struktuuri.

Teisendused esimene osa

Igasugune akustiline signaal, olgu selleks vokaal, akustiline kitarr või trummid, saadetakse arvutisse digitaalsel kujul, see tuleb esmalt teisendada vahelduvvoolusignaaliks. Tavaliselt tehakse seda mikrofonidega, milles heliallika tekitatud õhuosakeste vibratsioon ajab väga kerge diafragma struktuuri (3). See võib olla kondensaatorkapslis sisalduv membraan, lintmikrofonis olev metallfooliumriba või membraan, mille külge on dünaamilises mikrofonis kinnitatud mähis.

Kõigil neil juhtudel mikrofoni väljundisse ilmub väga nõrk võnkuv elektrisignaalmis suuremal või vähemal määral säilitab võnkuvate õhuosakeste samadele parameetritele vastavad sageduse ja taseme proportsioonid. Seega on tegemist selle omamoodi elektrilise analoogiga, mida saab edasi töödelda vahelduvat elektrisignaali töötlevates seadmetes.

Esiteks mikrofoni signaali tuleb võimendadasest see on liiga nõrk, et seda mingil viisil kasutada. Tüüpiline mikrofoni väljundpinge on suurusjärgus tuhandiku volti, väljendatuna millivoltides ja sageli mikrovoltides või miljondiktes voltides. Võrdluseks olgu lisatud, et tavaline sõrm-tüüpi aku toodab 1,5 V pinget ja see on konstantne pinge, mis ei allu modulatsioonile, mis tähendab, et see ei edasta heliinfot.

Igas elektroonilises süsteemis on aga energiaallikaks vaja alalispinget, mis seejärel vahelduvvoolu signaali moduleerib. Mida puhtam ja tõhusam on see energia, seda vähem on see praegustele koormustele ja häiretele allutatud, seda puhtam on elektrooniliste komponentide poolt töödeldav vahelduvvoolu signaal. Seetõttu on toiteallikas, nimelt toiteallikas, igas analooghelisüsteemis nii oluline.

4. Mikrofoni võimendi, tuntud ka kui eelvõimendi või eelvõimendi

Mikrofonivõimendid, tuntud ka kui eelvõimendid või eelvõimendid, on ette nähtud mikrofonide signaali võimendamiseks (4). Nende ülesanne on signaali võimendada, sageli isegi mitmekümne detsibelli võrra, mis tähendab nende taseme tõstmist sadade või enama võrra. Seega saame eelvõimendi väljundis vahelduvpinge, mis on küll otseselt võrdeline sisendpingega, kuid ületab seda sadu kordi, s.o. tasemel murdosadest voltide ühikuteni. See signaali tase määratakse joone tasandil ja see on heliseadmete standardne töötase.

Teisenemise teine ​​osa

Selle taseme analoogsignaali saab juba läbida digiteerimisprotsess. Selleks kasutatakse tööriistu, mida nimetatakse analoog-digitaalmuunduriteks või -muunduriteks (5). Teisendusprotsess klassikalises PCM-režiimis, s.o. Impulsi laiuse modulatsioon, mis on praegu kõige populaarsem töötlemisrežiim, määratakse kahe parameetriga: diskreetimissagedus ja bitisügavus. Nagu te õigustatult kahtlustate, mida kõrgemad on need parameetrid, seda parem on teisendus ja seda täpsem signaal digitaalsel kujul arvutisse edastatakse.

5. Konverter või analoog-digitaalmuundur.

Seda tüüpi teisendamise üldreegel proovide võtminest analoogmaterjalist proovide võtmine ja sellest digitaalse esituse loomine. Siin tõlgendatakse pinge hetkväärtust analoogsignaalis ja esitatakse selle tase digitaalselt kahendsüsteemis (6).

Siinkohal on aga vaja põgusalt meenutada matemaatika põhitõdesid, mille järgi võib mis tahes arvulist väärtust esitada mis tahes numbrisüsteem. Läbi inimkonna ajaloo on kasutatud ja kasutatakse siiani erinevaid numbrisüsteeme. Näiteks mõisted nagu tosin (12 tükki) või penn (12 tosinat, 144 tükki) põhinevad kaksteistkümnendsüsteemil.

6. Pinge väärtused analoogsignaalis ja selle taseme esitus digitaalsel kujul kahendsüsteemis

Aja jaoks kasutame segasüsteeme - kuueteistkümnendsüsteem sekundite, minutite ja tundide jaoks, kaksteistkümnendsüsteemi tuletis päevade ja päevade jaoks, seitsmes süsteem nädalapäevade jaoks, neliksüsteem (seotud ka kaheteistkümnendsüsteemi ja kuuekümnendsüsteemiga) nädalad kuus, kaksteistkümnendsüsteem aasta kuude märkimiseks ja seejärel liigume kümnendsüsteemi juurde, kus ilmuvad aastakümned, sajandid ja aastatuhanded. Arvan, et näide erinevate süsteemide kasutamisest aja kulgemise väljendamiseks näitab väga hästi numbrisüsteemide olemust ja võimaldab tulemuslikumalt orienteeruda teisendamisega seotud küsimustes.

Analoog-digitaalmuunduse puhul oleme kõige levinumad teisendada kümnendväärtused kahendväärtusteks. Kümnend, sest iga proovi mõõtmist väljendatakse tavaliselt mikrovoltides, millivoltides ja voltides. Siis väljendatakse seda väärtust kahendsüsteemis, st. kasutades kahte selles funktsioneerivat bitti - 0 ja 1, mis tähistavad kahte olekut: pinge puudub või selle olemasolu, väljas või sisse, vool või mitte jne. Nii väldime moonutusi ja kõik toimingud muutuvad palju lihtsamaks rakendades nn algoritmide muutmine, millega me tegeleme näiteks pistikute või muude digitaalsete protsessorite puhul.

Sa oled null; või üks

Nende kahe numbriga, nullid ja ühed, saate väljendada iga numbriline väärtusolenemata selle suurusest. Näiteks kaaluge arvu 10. Kümnendarvust kahendarvuks teisendamise mõistmise võti seisneb selles, et kahendsüsteemis olev arv 1, nagu ka kümnendsüsteemis, sõltub selle asukohast arvustringis.

Kui 1 on binaarse stringi lõpus, siis 1, kui lõpust teises - siis 2, kolmandas positsioonis - 4 ja neljandas positsioonis - 8 - kõik kümnendkohana. Kümnendsüsteemis on sama 1 lõpus 10, eelviimane 100, kolmas 1000, neljas XNUMX on näide analoogia mõistmiseks.

Seega, kui tahame 10-t binaarses vormis esindada, peame esindama 1 ja 1, nii et nagu ma ütlesin, oleks see neljandal kohal 1010 ja teises, mis on XNUMX.

Kui meil oli vaja teisendada pinged 1-10 volti ilma murdväärtusteta, st. kasutades ainult täisarve, piisab konverterist, mis suudab binaarselt esitada 4-bitiseid jadasid. 4-bitine, kuna see kahendarvu teisendamine nõuab kuni nelja numbrit. Praktikas näeb see välja järgmine:

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

10 1010

Need numbrite 1–7 ees olevad nullid täidavad stringi nelja bitti, nii et igal kahendarvul on sama süntaks ja see võtab sama palju ruumi. Graafilisel kujul on selline täisarvude tõlkimine kümnendsüsteemist kahendarvuks näidatud joonisel 7.

7. Teisendage kümnendsüsteemi täisarvud kahendsüsteemiks

Nii ülemine kui ka alumine lainekuju esindavad samu väärtusi, välja arvatud see, et esimene on arusaadav näiteks analoogseadmete jaoks, nagu lineaarsed pingetasememõõturid, ja teine ​​digitaalseadmete jaoks, sealhulgas arvutid, mis töötlevad sellises keeles andmeid. See alumine lainekuju näeb välja nagu muutuva täidisega ruutlaine, st. maksimaalne ja minimaalsete väärtuste suhe aja jooksul. See muutuv sisu kodeerib teisendatava signaali binaarväärtust, sellest ka nimi "impulsskoodi modulatsioon" - PCM.

Nüüd tagasi tõelise analoogsignaali teisendamise juurde. Teame juba, et seda saab kirjeldada sujuvalt muutuvaid tasemeid kujutava joonega ja nende tasemete hüppavat esitust pole olemas. Analoog-digitaalmuundamise vajadusteks peame aga kasutusele võtma sellise protsessi, et oleks võimalik aeg-ajalt mõõta analoogsignaali taset ja esitada iga selline mõõdetud näidis digitaalsel kujul.

Eeldati, et nende mõõtmiste sagedus peaks olema vähemalt kaks korda suurem kui kõrgeim sagedus, mida inimene kuuleb, ja kuna see on ligikaudu 20 kHz, siis kõige rohkem 44,1 kHz on endiselt populaarne diskreetimissagedus. Diskreetimissageduse arvutamine on seotud üsna keerukate matemaatiliste operatsioonidega, mis meie teisendusmeetodite teadmiste praeguses etapis ei ole mõttekas.

Rohkem on parem?

Kõik see, mida eelpool mainisin, võib viidata sellele, et mida kõrgem on diskreetimissagedus, s.t. analoogsignaali taset korrapäraste ajavahemike järel mõõtes, seda kõrgem on teisenduse kvaliteet, sest see on – vähemalt intuitiivses mõttes – täpsem. Kas see on tõesti tõsi? Sellest saame teada kuu aja pärast.