из электронной библиотеки / 435556696262211.pdf

Ещё одной популярной программой является Steinberg Cubase. Подборку статей можно посмотреть здесь.

Программ очень много, но самой лучшей не бывает. Самая лучшая может быть только конкретно для вас. Кому то нравится одна программа, кому то

другая, у каждой свои плюсы и минусы. Так что спорить о том, что лучше

FL Studio или Reason – бессмысленно.

Программы, о которых шла речь выше – это всё основа, база или по другому хост-приложения. В них вы можете использовать дополнительные программы: либо в виде вышеупомянутых VST

плагинов (а также существуют и другие менее распространённые форматы), либо через различные интерфейсы, например, ReWire (про подключение Cubase и FL studio через ReWire в форуме читайте здесь и здесь).

Кроме синтезирования и сведения музыки, её ещё нужно и обработать.

Для этого существует класс программ – звуковые редакторы. Одна из распространённых программ – Sound Forge от Sony. В звуковом редакторе можно менять формат звукового файла, накладывать эффекты, подрезать звук, убирать шум, делать эквализацию и т.д.

Если же вы хотите просто сводить уже готовую музыку как это делают диджеи, то можете воспользоваться одной из следующих программ: Atomix Virtual DJ, NI Traktor DJ Studio или другие dj программы.

Тема 3 «Форматы Audio и MIDI. Звуковые и миди файлы.»

Около десяти лет назад в компьютерный лексикон вошло слово «мульти-

медиа», а в последнее время ПК все чаще используется в качестве домашнего развлекательного центра. И в том и в другом случае компьютер должен воспроизводить звук, который, как нетрудно догадаться, существует в нем лишь в цифровой форме. И если с появлением первой транзисторной техники бурно обсуждался и обрастал мифами и легендами феномен

«транзисторного звучания», якобы уступавшего «ламповому», то сегодня не меньше заблуждений связано с цифровым звуком, который будто бы обязательно хуже аналогового. Впрочем, нередко считается, что компью-

терная обработка сигнала, напротив, заведомо лучше. Итак, что же такое цифровой звук и чем он уступает аналоговому или превосходит его?

С точки зрения человека звук — это колебания воздуха с частотой примерно от 16 Гц до 20 кГц. Более низкие частоты (при достаточной амплитуде)

воспринимаются человеком не как звук, а как вибрация. Более высокие — вообще не улавливаются. Верхняя граница частотного диапазона зависит от возраста: у маленьких детей она достигает 22— 24 кГц, а со временем постепенно снижается до 8—12 кГц. Таким образом, человеческое ухо способно слышать сигналы очень широкой полосы частот. Для сравнения:

глаз может воспринимать цвет лишь в диапазоне, охватывающем изменение частоты электромагнитных колебаний менее чем в 2 раза. Разумеется, не все частоты одинаково важны. Например, для обеспечения разборчивости речи достаточно диапазона от 500 до 3500 Гц.

Но для прослушивания музыки или звукового сопровождения к фильму этого мало. В идеале звуковое поле в зоне прослушивания должно быть неотличимо от звукового поля в зоне записи. То есть весь аудио-тракт — от студийного микрофона до бытового громкоговорителя не должен вносить искажений, находящихся в границах разрешения слухового анализатора человека.

Тот звук, который воспринимают наши уши при воспроизведении цифровой записи, предварительно прошел целый ряд трансформаций:

1) электромеханическое преобразование колебаний воздуха в электрический сигнал;

2) усиление и обработку аналогового электрического сигнала (час-

тотную коррекцию, добавление реверберации и т. д.), микширование;

3)аналого-цифровое преобразование;

4)цифровую обработку сигнала

- частотную коррекцию, микширование, мастеринг и проч.;

5)хранение или передачу оцифрованного звука;

6)цифровую обработку сигнала - частотную коррекцию, регули-

ровку громкости, передискретизацию;

7) цифро-аналоговое преобразование;

8) обработку аналогового сигнала (частотную коррекцию, микши-

рование, добавление реверберации и т. д.);

9)усиление аналогового сигнала;

10)электромеханическое преобразование колебаний электрическо-

го тока в звуковые колебания.

При обработке аналогового сигнала в студии нередко используются приборы с аналоговым интерфейсом и цифровой «начинкой», так что цепочка аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразований может быть значительно длиннее.

Первые четыре этапа чаще всего осуществляются на студийной аппаратуре,

имеющей несравнимо более высокие показатели, чем бытовая. Поэтому,

хотя искажения и неизбежны, будем считать, что они пренебрежимо малы по сравнению с искажениями аналогичной природы, вносимыми бытовой аппаратурой на последних пяти этапах. При любительской записи звука следует считаться с наличием дополнительных искажений на первых этапах,

которые будут описаны ниже.

Электромеханическое преобразование производится, как правило,

студийным микрофоном. Это устройство генерирует очень слабый сигнал,

нуждающийся в усилении, и, кроме того, чрезвычайно подвержено механическим воздействиям. Даже при идеальных условиях, скажем, в

концертном зале, из-за акустических шумов динамический диапазон звучащей музыки может быть уже максимального динамического диапазона,

обеспечиваемого 16-разрядным представлением звука. Сигнал, записанный с нескольких микрофонов, неизбежно подвергается обработке: подбираются необходимые уровни громкости разных каналов, фильтрами отсекаются шумы и т. д. Помимо этого, обычно сжимается динамический диапазон сигнала. Последняя операция приводит к существенному увеличению уровня шума, но без нее на бытовой аппаратуре среднего класса запись звучала бы неудовлетворительно — в первую очередь слишком тихо.

Искажения, вносимые звуковым трактом, имеют разнообразную физическую

природу и самые разные проявления, но все-таки их можно разделить на три

основные группы.

Искажения аудиосигнала, вносимые звуковым трактом

Линейные искажения определя-

ются амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) звукового тракта, которая представляет собой зависимость коэффициента передачи от частоты сигнала.

Частота при этом измеряется в герцах, а амплитуда — в децибелах

(дБ). Децибел — логарифмическая единица, соответствующая изменению мощности примерно на 26%. Предел разрешающей способности человеческого уха составляет около 1 дБ. Идеальная АЧХ имеет вид прямой горизонтальной линии. Практически любая реальная АЧХ имеет «завалы» как в верхней, так и в нижней областях спектра. Существует связанная с АЧХ характеристика - диапазон воспроизводимых частот. Это диапазон, в

котором отклонение АЧХ от идеальной не превосходит по абсолютной величине заданного значения (рис. 1). В теоретических расчетах границей обычно считается +3 дБ, что соответствует изменению мощности в 2 раза, но на практике зачастую используют и другие значения, например +1,5 дБ (1,4

раза) для электронных приборов — усилителей, или +15 дБ (32 раза) — для электромеханических преобразователей — микрофонов и громкогово-

рителей. Поэтому объявление лишь диапазона без указания допустимого отклонения ни о чем не говорит.

Нелинейные искажения чрезвычайно разнообразны. Они характеризуются изменением формы сигнала и, как следствие, появлением в спектре частот,

кратных частотам полезного сигнала. К ним относятся гармонические искажения, когда к полезному сигналу добавляются частоты,

кратные основной, и интермодуляционные, когда в многочастотном сигнале появляются суммарно-разностные частоты. Гармонические искажения возникают, например, при ограничении сигнала, связанном с перегрузкой.

Осциллограмма и спектр сигнала при одностороннем и симметричном ограничении показаны на рис. 3 и 4, а исходный сигнал — на рис. 2. В пер-

вом случае к основной частоте 1 кГц добавляются все кратные ей: 2 кГц, 3

кГц, 4 кГц... n-f (где f — исходная частота, п — целое). Во втором - только нечетные: 3 кГц, 5 кГц, 7 кГц... (2n+l)-f. Следует сказать, что нечетные гармоники сильнее режут слух и более неприятны, чем четные. Однако в целом сами по себе гармонические искажения не слишком заметны и не так

портят сигнал благодаря эффекту маскировки. Но дело в том, что с ними непосредственно связаны интермодуляционные искажения, возникающие,

когда в полезном сигнале присутствует несколько частотных составляющих.

Тогда, если в сигнале имелись частоты fl и f2 (рис. 5), то в спектре появятся составляющие с частотами n-fl+m-f2, где пит — целые числа (рис. 6).

Существуют и другие виды нелинейных искажений.

Помехи никак не связаны с наличием и характеристиками полезного сигнала. К наиболее широко распространенным типам помех следует отнести шум различной природы, возникающий в электронных приборах

(рис. 7), и фон — проникновение в звуковой тракт частоты питающего напряжения, а также электромагнитных наводок от работающих электроприборов. В компьютере же источников всевозможных помех, передаваемых как посредством электромагнитных полей, так и по

цепям питания, на единицу объема приходится больше, чем в любом другом устройстве (исключая, возможно, рабочую зону ядерного реактора):

процессор, набор микросхем, оперативная память, видеоплата, сетевой контроллер, блок питания, электромоторы дисковых накопителей и вентиляторов и т. д.

Все рассмотренные выше виды искажений возникают исключительно в аналоговых цепях. При хранении и передаче цифрового сигнала их нет.

Поэтому пытаться снять амплитудно-частотную характеристику с цифровых входов/выходов, что порой практикуется в некоторых околокомпьютерных изданиях, — занятие абсолютно бесперспективное. Нет у цифрового звука такого параметра, как АЧХ. Однако не все носители хорошо защищены от потери информации. Например, каждый второй сходящий с конвейера компакт-диск в формате CD-DA имеет дефекты поверхности, приводящие к потере данных. В процессе эксплуатации появляются новые повреждения.

Преобразование сигнала в цифровую форму — довольно серьезная операция, с которой также связан целый букет искажений. Но прежде чем анализировать наиболее характерные из них, остановимся на различии

между цифровым и аналоговым способами представления сигнала.

Цифровой звук чем-то напоминает кино. В фильме окружающий мир фотографируется с частотой 25 раз в секунду из определенной точки пространства, а затем полученная последовательность кадров проецируется на экран. Цифровой звук по сути представляет собой запись показаний цифрового барометра в определенной точке пространства с частотой несколько тысяч раз в секунду. Только записывается не полное давление, а

его отклонение от атмосферного, поэтому получается знакопеременная величина: зоны сжатия чередуются с зонами разрежения.

Аналоговая форма представления звукового сигнала естественным образом повторяет то, что происходит в природе: напряжение плавно меняется со временем или расстоянием, насколько возможно повторяя изменение звукового давления в той точке пространства, где установлен микрофон.

Аналоговый сигнал не-

прерывен. Цифровой — дискретен. С определенной частотой измеряется мгновенное значение звукового давления, и только в эти моменты и производится запись. Если за время между измерениями сигнал существенно изменился, то это приведет к

потере или искажению информации. По теореме Котельникова -Найквиста,

для оцифровки звука необходимо применять частоту дискретизации

(частоту, с которой производятся измерения) не менее удвоенной верхней частоты рабочего диапазона. Это связано с тем, что при оцифровке сигнала изменяется его спектр (рис. 8). Непременное условие адекватной работы аналого-цифрового преобразователя (АЦП) — отсутствие частотных

составляющих, превосходящих половину частоты дискретизации. Так как на практике это условие никогда не выполняется, приходится применять весьма громоздкие и дорогостоящие фильтры высокого порядка для подавления

«нежелательных» частот. Экономия на фильтрах приводит к появлению

«зеркальных» частот — своеобразного вида интермодуляционных искажений, в качестве одной из частот которого выступает сама частота дискретизации. Если 14-кГц сигнал при оцифровке с частотой 44 кГц будет передан без искажений (рис. 9), то при 22 кГц появится паразитный пик с частотой f=22 050 -14 000 = 8050 Гц (рис. 10).

Дискретность цифрового сигнала проявляется не только в частотной, но и в амплитудной области. Любое измеренное значение также подвергается дискретизации — ок-

руглению до ближайшего целого числа (рис. 11). В результате к зна-

чению каждого отсчета добавляется ошибка округления (квантования),

равная значению отброшенной дробной части. Эта ошибка — не что иное,

как особый вид искажений, присущий только цифровой технике.

Естественно, ее величина напрямую зависит от количества уровней, которые может принимать цифровой сигнал. А оно связано с разрядностью:

К=2N,

где N — количество разрядов в цифровом представлении сигнала.

При аналого-цифровом преобразовании спектр искажений, вызванных ошибками квантования, близок к спектру белого шума, поэтому такой вид искажений обычно называют шумом дискретизации (шумом квантования).

Отношение сигнал/шум, т. е. динамический диапазон сигнала, в этом случае может быть вычислено по формуле:

S=R+6,02 * N дБ,

где R — величина, зависящая от формы сигнала и лежащая в диапазоне от - 15 до +2 дБ. Для синусои-

дального сигнала она равна

+1,7 дБ (что обычно и указывается в специ-

фикации), для среднего звукового сигнала чаще находится вблизи нижней границы указанного диапазона. На рис. 12 и 13

показано, как выглядит спектр сигнала (см. рис. 2) после оцифровки в 8- и 16-разрядном представлении соответственно.

Итак, можно сделать вывод, что частота дискретизации влияет в основном на ширину частотного диапазона, а разрядность — на величину динамического.

Разумеется, помимо недостатков цифровые технологии имеют и достоинства. Это, во-первых, получение однозначных и точных оценок динамического или частотного диапазонов на основе базовых характеристик тракта, а во-вторых, — возможность практически неограниченного повышения качества сигнала довольно простыми средствами. Например,

только увеличением разрядности звуковых отсчетов до 24—36 бит можно добиться гораздо более низкого уровня внутренних искажений тракта, чем это принципиально достижимо на аналоговой технике. Точно так же и с частотным диапазоном. Кроме того, качество цифрового сигнала не изменя-

ется при передаче или хранении.

Но так как и в самом начале цепочки, и в самом конце звук существует в аналоговой форме, без соответствующих аналоговых цепей цифровые оказываются совершенно бесполезными.

Ошибки возникают и при цифровой обработке сигнала. Правда, они носят скорее субъективный характер (подробнее см. во врезке).

Однако вернемся к аналого-цифровому и цифро-аналоговому преобразованиям. В случае применения бытовой аппаратуры немалые