Mūzikas radīšana. Apgūšana - 2. daļa

Par to, ka apgūšana mūzikas producēšanas procesā ir pēdējais solis ceļā no mūzikas idejas līdz tās nodošanai adresātam, rakstīju iepriekšējā numurā. Mēs arī esam rūpīgi apskatījuši digitāli ierakstīto audio, bet es vēl neesmu apspriedis, kā šis audio, kas pārveidots par maiņstrāvas sprieguma pārveidotājiem, tiek pārveidots binārā formā.

1. Katra sarežģīta skaņa, pat ļoti augsta sarežģītības pakāpe, patiesībā sastāv no daudzām vienkāršām sinusoidālām skaņām.

Iepriekšējo rakstu noslēdzu ar jautājumu, kā tas iespējams, ka šādā viļņainā vilnī (1) tiek iekodēts viss muzikālais saturs, pat ja runa ir par daudziem instrumentiem, kas spēlē polifoniskās partijas? Šeit ir atbilde: tas ir saistīts ar faktu, ka jebkura sarežģīta skaņa, pat ļoti sarežģīta, patiešām ir tas sastāv no daudzām vienkāršām sinusoidālām skaņām.

Šo vienkāršo viļņu formu sinusoidālais raksturs atšķiras gan ar laiku, gan amplitūdu, šīs viļņu formas pārklājas, saskaita, atņem, modulē viena otru, un tādējādi vispirms tiek radītas atsevišķu instrumentu skaņas un pēc tam pilni miksi un ieraksti.

Tas, ko mēs redzam 2. attēlā, ir noteikti atomi, molekulas, kas veido mūsu skaņas vielu, bet analogā signāla gadījumā šādu atomu nav - ir viena vienmērīga līnija, bez punktiem, kas iezīmē turpmākos rādījumus (atšķirību var redzēt skaitlis kā soļi, kas ir grafiski tuvināti, lai iegūtu atbilstošo vizuālo efektu).

Tomēr, tā kā ierakstītās mūzikas atskaņošanai no analogajiem vai digitālajiem avotiem ir jāizmanto mehānisks elektromagnētiskais pārveidotājs, piemēram, skaļrunis vai austiņu pārveidotājs, lielākā daļa atšķirību starp tīru analogo audio un digitāli apstrādāto audio izplūst. Pēdējā posmā, t.i. klausoties, mūzika mūs sasniedz tāpat kā gaisa daļiņu vibrācijas, ko rada diafragmas kustība devējā.

2. Molekulas, kas veido mūsu skaņas matēriju

analogais cipars

Vai ir kādas dzirdamas atšķirības starp tīru analogo audio (t.i., analogajā magnetofonā ierakstīto, analogajā pultī sajaukto, analogajā diskā saspiestu, analogā atskaņotājā un pastiprinātā analogā pastiprinātājā atskaņoto) un digitālo audio, kas pārveidots no analogs uz digitālo, apstrādāts un sajaukts digitāli un pēc tam apstrādāts atpakaļ analogā formā, vai tas ir tieši pastiprinātāja priekšā vai praktiski pašā skaļrunī?

Lielākajā daļā gadījumu drīzāk nē, lai gan, ierakstot vienu un to pašu muzikālo materiālu abos veidos un pēc tam to atskaņojot, atšķirības noteikti būtu dzirdamas. Tomēr tas drīzāk būs saistīts ar šajos procesos izmantoto rīku raksturu, to īpašībām, īpašībām un bieži vien ierobežojumiem, nevis pašu analogo vai digitālo tehnoloģiju izmantošanas faktu.

Tajā pašā laikā pieņemam, ka skaņu ienesot digitālā formā, t.i. nepārprotami atomizēts, būtiski neietekmē pašu ierakstīšanas un apstrādes procesu, jo īpaši tāpēc, ka šie paraugi notiek ar frekvenci, kas - vismaz teorētiski - tālu pārsniedz mūsu dzirdamo frekvenču augšējās robežas, un tāpēc šī skaņas specifiskā graudainība tiek pārveidota. digitālā formā, mums ir neredzams. Taču no skaņu materiāla apguves viedokļa tas ir ļoti svarīgi, un par to runāsim vēlāk.

Tagad izdomāsim, kā analogais signāls tiek pārveidots digitālā formā, proti, nulle-one, t.i. tāds, kur spriegumam var būt tikai divi līmeņi: digitālais viens līmenis, kas nozīmē spriegumu, un digitālais nulles līmenis, t.i. šī spriedze praktiski nepastāv. Digitālajā pasaulē viss ir vai nu viens, vai nulle, nav starpvērtību. Protams, pastāv arī tā sauktā izplūdušā loģika, kur joprojām ir starpstāvokļi starp “ieslēgts” vai “izslēgts” stāvokļiem, taču tas nav attiecināms uz digitālajām audio sistēmām.

3. Skaņas avota radītās gaisa daļiņu vibrācijas iekustina ļoti vieglu membrānas struktūru.

Pārvērtības pirmā daļa

Jebkurš akustiskais signāls, neatkarīgi no tā, vai tas ir vokāls, akustiskā ģitāra vai bungas, tiek nosūtīts uz datoru digitālā formā, vispirms tas jāpārveido par mainīgu elektrisko signālu. To parasti dara ar mikrofoniem, kuros skaņas avota radītās gaisa daļiņu vibrācijas rada ļoti vieglu diafragmas struktūru (3). Tā var būt diafragma, kas iekļauta kondensatora kapsulā, metāla folijas lente lentes mikrofonā vai diafragma ar tai pievienotu spoli dinamiskajā mikrofonā.

Katrā no šiem gadījumiem pie mikrofona izejas parādās ļoti vājš, svārstīgs elektriskais signālskas lielākā vai mazākā mērā saglabā vienādiem svārstīgo gaisa daļiņu parametriem atbilstošās frekvences un līmeņa proporcijas. Tādējādi šis ir sava veida elektriskais analogs, ko var tālāk apstrādāt ierīcēs, kas apstrādā mainīgu elektrisko signālu.

Vispirms mikrofona signāls ir jāpastiprinajo tas ir pārāk vājš, lai to jebkādā veidā izmantotu. Tipisks mikrofona izejas spriegums ir voltu tūkstošdaļās, izteikts milivoltos un bieži vien mikrovoltos vai voltu miljondaļās. Salīdzinājumam piebildīsim, ka parastais pirksta tipa akumulators rada 1,5 V spriegumu, un tas ir nemainīgs spriegums, kas nav pakļauts modulācijai, kas nozīmē, ka tas nepārraida nekādu skaņas informāciju.

Tomēr jebkurā elektroniskajā sistēmā ir nepieciešams līdzstrāvas spriegums, kas ir enerģijas avots, kas pēc tam modulēs maiņstrāvas signālu. Jo tīrāka un efektīvāka ir šī enerģija, jo mazāk tā ir pakļauta strāvas slodzei un traucējumiem, jo ​​tīrāks būs elektronisko komponentu apstrādātais maiņstrāvas signāls. Tāpēc barošanas bloks, proti, barošanas avots, ir tik svarīgs jebkurā analogajā audio sistēmā.

4. Mikrofona pastiprinātājs, pazīstams arī kā priekšpastiprinātājs vai priekšpastiprinātājs

Mikrofona pastiprinātāji, kas pazīstami arī kā priekšpastiprinātāji vai priekšpastiprinātāji, ir paredzēti mikrofonu signāla pastiprināšanai (4). Viņu uzdevums ir pastiprināt signālu, bieži vien pat par vairākiem desmitiem decibelu, kas nozīmē paaugstināt to līmeni par simtiem vai vairāk. Tādējādi priekšpastiprinātāja izejā mēs iegūstam maiņspriegumu, kas ir tieši proporcionāls ieejas spriegumam, bet pārsniedz to simtiem reižu, t.i. līmenī no frakcijām līdz voltu vienībām. Šis signāla līmenis ir noteikts līnijas līmenī un tas ir standarta darbības līmenis audio ierīcēs.

Transformācijas otrā daļa

Šāda līmeņa analogo signālu jau var nodot digitalizācijas process. To veic, izmantojot rīkus, ko sauc par analogo-digitālo pārveidotāju vai pārveidotāju (5). Pārveidošanas process klasiskajā PCM režīmā, t.i. Impulsa platuma modulācija, kas pašlaik ir vispopulārākais apstrādes režīms, tiek definēts ar diviem parametriem: paraugu ņemšanas ātrums un bitu dziļums. Kā jums pareizi ir aizdomas, jo augstāki šie parametri, jo labāka ir konversija un precīzāks signāls tiks ievadīts datorā digitālā formā.

5. Pārveidotājs vai analogo-ciparu pārveidotājs.

Vispārīgs noteikums šāda veida pārveidošanai paraugu ņemšanu, tas ir, analogā materiāla paraugu ņemšana un tā digitāla attēlojuma izveide. Šeit tiek interpretēta analogā signāla sprieguma momentānā vērtība un tā līmenis tiek attēlots digitāli binārajā sistēmā (6).

Šeit gan īsumā jāatgādina matemātikas pamati, saskaņā ar kuriem var attēlot jebkuru skaitlisko vērtību jebkura skaitļu sistēma. Visā cilvēces vēsturē ir bijušas un joprojām tiek izmantotas dažādas skaitļu sistēmas. Piemēram, tādi jēdzieni kā ducis (12 gab.) vai penss (12 duci, 144 gab.) ir balstīti uz divpadsmitpirkstu sistēmu.

6. Sprieguma vērtības analogajā signālā un tā līmeņa attēlojums digitālā formā binārā sistēmā

Laikam mēs izmantojam jauktās sistēmas - seksagesimālo sistēmu sekundēm, minūtēm un stundām, divpadsmitpirkstu atvasinājumu dienām un dienām, septīto sistēmu nedēļas dienām, kvadraciklu sistēmu (arī saistīta ar divpadsmitpirkstu un seksagesimālo sistēmu) nedēļām mēnesī, divpadsmito sistēmu. lai norādītu gada mēnešus, un tad pārejam uz decimālo sistēmu, kur parādās gadu desmiti, gadsimti un tūkstošgades. Domāju, ka dažādu sistēmu izmantošanas piemērs laika ritējuma izteikšanai ļoti labi parāda skaitļu sistēmu būtību un ļaus efektīvāk orientēties ar konvertēšanu saistītos jautājumos.

Analogās uz ciparu pārveidošanas gadījumā mēs būsim visizplatītākie pārvērst decimālvērtības binārās vērtībās. Decimāldaļas, jo katra parauga mērījumus parasti izsaka mikrovoltos, milivoltos un voltos. Tad šī vērtība tiks izteikta binārajā sistēmā, t.i. izmantojot divus tajā funkcionējošus bitus - 0 un 1, kas apzīmē divus stāvokļus: nav sprieguma vai tā esamības, izslēgts vai ieslēgts, strāva vai nē utt. Tādējādi mēs izvairāmies no kropļojumiem, un visas darbības kļūst daudz vienkāršākas, izmantojot tā sauktās algoritmu modifikācijas, ar kurām mums ir darīšana, piemēram, attiecībā uz savienotājiem vai citiem digitālajiem procesoriem.

Tu esi nulle; vai vienu

Ar šiem diviem cipariem, nullēm un vieniniekiem, jūs varat izteikt katru skaitlisko vērtībuneatkarīgi no tā lieluma. Piemēram, apsveriet skaitli 10. Galvenais, lai saprastu decimāldaļskaitļa uz bināro pārveidošanu, ir tas, ka skaitlis 1 binārajā formātā, tāpat kā decimāldaļā, ir atkarīgs no tā pozīcijas skaitļu virknē.

Ja 1 atrodas binārās virknes beigās, tad 1, ja otrajā no beigām - tad 2, trešajā pozīcijā - 4 un ceturtajā pozīcijā - 8 - viss decimāldaļās. Decimālajā sistēmā tas pats 1 beigās ir 10, priekšpēdējais 100, trešais 1000, ceturtais XNUMX ir piemērs, lai saprastu analoģiju.

Tātad, ja mēs vēlamies attēlot 10 binārā formā, mums būs jāattēlo 1 un 1, tāpēc, kā jau teicu, tas būtu 1010 ceturtajā vietā un XNUMX otrajā, kas ir XNUMX.

Ja mums vajadzēja pārveidot spriegumus no 1 līdz 10 voltiem bez daļskaitļa vērtībām, t.i. izmantojot tikai veselus skaitļus, pietiek ar pārveidotāju, kas var attēlot 4 bitu secības binārā formātā. 4 bitu, jo šai bināra skaitļa konvertēšanai būs nepieciešami līdz četriem cipariem. Praksē tas izskatīsies šādi:

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

10 1010

Cipariem no 1 līdz 7 esošās nulles vienkārši papildina virkni līdz četriem bitiem, lai katram binārajam skaitlim būtu tāda pati sintakse un tas aizņemtu tikpat daudz vietas. Grafiskā formā šāds veselu skaitļu tulkojums no decimālās sistēmas uz bināro ir parādīts 7. attēlā.

7. Konvertējiet veselus skaitļus decimālajā sistēmā par bināro sistēmu

Gan augšējā, gan apakšējā viļņu forma attēlo vienas un tās pašas vērtības, izņemot to, ka pirmā ir saprotama, piemēram, analogajām ierīcēm, piemēram, lineārajiem sprieguma līmeņa mērītājiem, bet otrā - digitālajām ierīcēm, tostarp datoriem, kas apstrādā datus šādā valodā. Šī apakšējā viļņa forma izskatās kā mainīga aizpildījuma kvadrātveida vilnis, t.i. atšķirīga maksimālo vērtību attiecība pret minimālajām vērtībām laika gaitā. Šis mainīgais saturs kodē pārveidojamā signāla bināro vērtību, tādēļ nosaukums "impulsa koda modulācija" - PCM.

Tagad atgriezieties pie reāla analogā signāla konvertēšanas. Mēs jau zinām, ka to var aprakstīt ar līniju, kas attēlo vienmērīgi mainīgus līmeņus, un nav tādas lietas kā šo līmeņu lecošs attēlojums. Tomēr analogās pārveidošanas vajadzībām mums ir jāievieš šāds process, lai laiku pa laikam varētu izmērīt analogā signāla līmeni un attēlot katru šādu izmērīto paraugu digitālā formā.

Tika pieņemts, ka frekvencei, ar kādu šie mērījumi tiktu veikti, jābūt vismaz divas reizes lielākai par augstāko frekvenci, ko cilvēks var dzirdēt, un, tā kā tā ir aptuveni 20 kHz, tad visvairāk 44,1 kHz joprojām ir populārs izlases ātrums. Iztveršanas ātruma aprēķins ir saistīts ar diezgan sarežģītām matemātiskām darbībām, kurām šajā mūsu zināšanu par konvertēšanas metodēm posmā nav jēgas.

Vairāk vai tas ir labāk?

Viss, ko minēju iepriekš, var liecināt, ka jo augstāka ir paraugu ņemšanas frekvence, t.i. regulāri mērot analogā signāla līmeni, jo augstāka ir konversijas kvalitāte, jo tā ir - vismaz intuitīvā nozīmē - precīzāka. Vai tā tiešām ir taisnība? Par to mēs uzzināsim pēc mēneša.