Hudobná tvorba. Mastering - časť 2

O tom, že mastering v procese hudobnej produkcie je posledným krokom na ceste od myšlienky hudby k jej odovzdaniu príjemcovi, som písal v minulom čísle. Podrobne sme sa pozreli aj na digitálne zaznamenaný zvuk, ale ešte som nerozoberal, ako sa tento zvuk, prevedený na meniče striedavého napätia, konvertuje do binárnej formy.

1. Každý zložitý zvuk, dokonca aj veľmi vysoký stupeň zložitosti, v skutočnosti pozostáva z mnohých jednoduchých sínusových zvukov.

Predošlý článok som ukončil otázkou, ako je možné, že v tak zvlnenej vlne (1) je zakódovaný všetok hudobný obsah, aj keď sa bavíme o mnohých nástrojoch hrajúcich polyfónne party? Tu je odpoveď: je to spôsobené tým, že akýkoľvek zložitý zvuk, dokonca aj veľmi zložitý, skutočne je pozostáva z mnohých jednoduchých sínusových zvukov.

Sínusový charakter týchto jednoduchých kriviek sa mení s časom aj amplitúdou, tieto priebehy sa prekrývajú, pridávajú, uberajú, modulujú a tak najskôr vytvárajú jednotlivé zvuky nástroja a potom kompletizujú mixy a nahrávky.

To, čo vidíme na obrázku 2, sú určité atómy, molekuly, ktoré tvoria našu zvukovú hmotu, ale v prípade analógového signálu žiadne také atómy neexistujú – je tu jedna párna čiara bez bodiek označujúcich následné hodnoty (rozdiel je vidieť na obrázok v krokoch, ktoré sú graficky aproximované, aby sa dosiahol zodpovedajúci vizuálny efekt).

Keďže sa však prehrávanie nahratej hudby z analógových alebo digitálnych zdrojov musí vykonávať pomocou mechanického elektromagnetického prevodníka, akým je reproduktorový alebo slúchadlový prevodník, veľká väčšina rozdielov medzi čistým analógovým zvukom a digitálne spracovaným zvukom sa stiera. V záverečnej fáze, t.j. pri počúvaní sa k nám hudba dostáva rovnako ako vibrácie častíc vzduchu spôsobené pohybom membrány v meniči.

2. Molekuly, ktoré tvoria našu zvukovú hmotu

analógová číslica

Existujú nejaké počuteľné rozdiely medzi čistým analógovým zvukom (t. j. analógovým zaznamenaným na analógovom magnetofore, zmiešaným na analógovej konzole, komprimovaným na analógovom disku, prehrávaným na analógovom prehrávači a zosilnenom analógovom zosilňovači) a digitálnym zvukom – konvertovaným z analógovo digitálny, spracované a zmiešané digitálne a potom spracované späť do analógovej formy, je to priamo pred zosilňovačom alebo prakticky v samotnom reproduktore?

V drvivej väčšine prípadov skôr nie, aj keď ak by sme rovnaký hudobný materiál nahrali oboma spôsobmi a následne prehrali, rozdiely by určite boli počuteľné. Bude to však spôsobené skôr povahou nástrojov používaných v týchto procesoch, ich charakteristikami, vlastnosťami a často obmedzeniami, než samotnou skutočnosťou použitia analógovej alebo digitálnej technológie.

Zároveň predpokladáme, že uvedenie zvuku do digitálnej podoby, t.j. na vyslovene atomizované, výrazne neovplyvňuje samotný proces nahrávania a spracovania, najmä preto, že tieto vzorky sa vyskytujú na frekvencii, ktorá – aspoň teoreticky – ďaleko presahuje horné hranice frekvencií, ktoré počujeme, a preto sa táto špecifická zrnitosť zvuku premieňa do digitálnej podoby, je pre nás neviditeľný. Z hľadiska zvládnutia zvukového materiálu je to však veľmi dôležité a povieme si o tom neskôr.

Teraz poďme zistiť, ako sa analógový signál prevádza do digitálnej formy, konkrétne nula-jedna, t.j. taká, kde napätie môže mať len dve úrovne: digitálna jedna úroveň, čo znamená napätie, a digitálna nulová úroveň, t.j. toto napätie prakticky neexistuje. Všetko v digitálnom svete je buď jednotka alebo nula, neexistujú žiadne medzihodnoty. Samozrejme, existuje aj takzvaná fuzzy logika, kde stále existujú medzistavy medzi stavmi „zapnuté“ alebo „vypnuté“, ale nie je použiteľné pre digitálne audio systémy.

3. Vibrácie častíc vzduchu spôsobené zdrojom zvuku uvádzajú do pohybu veľmi ľahkú štruktúru membrány.

Transformácie Prvá časť

Akýkoľvek akustický signál, či už je to spev, akustická gitara alebo bicie, sa posiela do počítača v digitálnej forme, najprv sa musí premeniť na striedavý elektrický signál. Zvyčajne sa to robí pomocou mikrofónov, v ktorých vibrácie častíc vzduchu spôsobené zdrojom zvuku poháňajú veľmi ľahkú štruktúru membrány (3). Môže to byť membrána obsiahnutá v kapsule kondenzátora, pásik z kovovej fólie v páskovom mikrofóne alebo membrána s pripojenou cievkou v dynamickom mikrofóne.

V každom z týchto prípadov na výstupe mikrofónu sa objaví veľmi slabý oscilujúci elektrický signálktorý vo väčšej či menšej miere zachováva pomery frekvencie a úrovne zodpovedajúce rovnakým parametrom kmitajúcich častíc vzduchu. Ide teda o akýsi jeho elektrický analóg, ktorý je možné ďalej spracovávať v zariadeniach, ktoré spracovávajú striedavý elektrický signál.

Najprv signál mikrofónu musí byť zosilnenýpretože je príliš slabý na to, aby sa dal použiť akýmkoľvek spôsobom. Typické výstupné napätie mikrofónu je rádovo v tisícinách voltu, vyjadrené v milivoltoch a často v mikrovoltoch alebo milióntinach voltu. Pre porovnanie dodajme, že bežná prstová batéria produkuje napätie 1,5 V, pričom ide o konštantné napätie, ktoré nepodlieha modulácii, čiže neprenáša žiadne zvukové informácie.

V každom elektronickom systéme je však potrebné jednosmerné napätie, ktoré je zdrojom energie, ktorá potom bude modulovať striedavý signál. Čím je táto energia čistejšia a účinnejšia, tým menej je vystavená prúdovým zaťaženiam a poruchám, čím čistejší bude signál striedavého prúdu spracovaný elektronickými komponentmi. Preto je napájanie, menovite napájanie, také dôležité v akomkoľvek analógovom audio systéme.

4. Mikrofónny zosilňovač, tiež známy ako predzosilňovač alebo predzosilňovač

Mikrofónové zosilňovače, tiež známe ako predzosilňovače alebo predzosilňovače, sú určené na zosilnenie signálu z mikrofónov (4). Ich úlohou je zosilniť signál, často aj o niekoľko desiatok decibelov, čo znamená zvýšiť ich úroveň o stovky a viac. Na výstupe predzosilňovača teda dostaneme striedavé napätie, ktoré je priamo úmerné vstupnému napätiu, no prekračuje ho stonásobne, t.j. na úrovni od zlomkov po jednotky voltov. Táto úroveň signálu je určená úroveň linky a toto je štandardná prevádzková úroveň v audio zariadeniach.

Transformácia druhá časť

Analógový signál tejto úrovne už môže byť odovzdaný proces digitalizácie. To sa vykonáva pomocou nástrojov nazývaných analógovo-digitálne prevodníky alebo prevodníky (5). Proces konverzie v klasickom režime PCM, t.j. Modulácia šírky impulzu, v súčasnosti najpopulárnejší režim spracovania, je definovaná dvoma parametrami: vzorkovacia frekvencia a bitová hĺbka. Ako správne tušíte, čím vyššie sú tieto parametre, tým lepšia bude konverzia a tým presnejší bude signál privádzaný do počítača v digitálnej forme.

5. Prevodník alebo analógovo-digitálny prevodník.

Všeobecné pravidlo pre tento typ konverzie vzorkovanie, to znamená odoberanie vzoriek analógového materiálu a vytváranie jeho digitálnej reprezentácie. Tu je interpretovaná okamžitá hodnota napätia v analógovom signáli a jeho úroveň je reprezentovaná digitálne v binárnom systéme (6).

Tu je však potrebné v krátkosti pripomenúť základy matematiky, podľa ktorých možno ľubovoľnú číselnú hodnotu znázorniť v akýkoľvek číselný systém. Počas histórie ľudstva sa používali a stále používajú rôzne číselné sústavy. Napríklad pojmy ako tucet (12 kusov) alebo cent (12 tuctov, 144 kusov) sú založené na duodecimálnej sústave.

6. Hodnoty napätia v analógovom signáli a reprezentácia jeho úrovne v digitálnej forme v binárnom systéme

Pre čas používame zmiešané systémy - šesťdesiatková pre sekundy, minúty a hodiny, dvanástniková derivácia pre dni a dni, siedma sústava pre dni v týždni, štvorcová sústava (tiež súvisí s dvanástnikovou a šesťdesiatkovou sústavou) pre týždne v mesiaci, dvanástková sústava na označenie mesiacov v roku a potom prejdeme do desiatkovej sústavy, kde sa objavujú desaťročia, storočia a tisícročia. Myslím si, že príklad použitia rôznych systémov na vyjadrenie plynutia času veľmi dobre ukazuje povahu číselných sústav a umožní vám efektívnejšie sa orientovať v otázkach súvisiacich s prevodom.

V prípade analógovo-digitálnej konverzie budeme najbežnejší previesť desiatkové hodnoty na binárne hodnoty. Desatinné, pretože meranie pre každú vzorku je zvyčajne vyjadrené v mikrovoltoch, milivoltoch a voltoch. Potom bude táto hodnota vyjadrená v dvojkovej sústave, t.j. pomocou dvoch v ňom fungujúcich bitov - 0 a 1, ktoré označujú dva stavy: žiadne napätie alebo jeho prítomnosť, vypnuté alebo zapnuté, prúd alebo nie atď. Vyhneme sa tak skresleniu a všetky akcie sa implementujú oveľa jednoduchšie pomocou aplikácie takzvaná zmena algoritmov, s ktorou sa zaoberáme napríklad vo vzťahu ku konektorom alebo iným digitálnym procesorom.

Si nula; alebo jeden

S týmito dvoma číslicami, nulami a jednotkami, môžete vyjadriť každú číselnú hodnotubez ohľadu na jeho veľkosť. Ako príklad uvažujme číslo 10. Kľúčom k pochopeniu prevodu z desiatkovej sústavy na binárnu je skutočnosť, že číslo 1 v dvojkovej sústave, rovnako ako v desiatkovej sústave, závisí od jej pozície v číselnom reťazci.

Ak je 1 na konci binárneho reťazca, potom 1, ak je na druhom od konca - potom 2, na tretej pozícii - 4 a na štvrtej pozícii - 8 - všetko v desiatkovej sústave. V desiatkovej sústave je tá istá 1 na konci 10, predposledná 100, tretia 1000, štvrtý XNUMX je príkladom na pochopenie analógie.

Takže, ak chceme reprezentovať 10 v binárnej forme, budeme musieť reprezentovať 1 a 1, takže ako som povedal, bola by to 1010 na štvrtom mieste a XNUMX na druhom, čo je XNUMX.

Ak by sme potrebovali previesť napätia od 1 do 10 voltov bez zlomkových hodnôt, t.j. s použitím iba celých čísel postačuje konvertor, ktorý dokáže reprezentovať 4-bitové sekvencie v binárnej podobe. 4-bit, pretože tento prevod binárnych čísel bude vyžadovať až štyri číslice. V praxi to bude vyzerať takto:

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

10 1010

Tie úvodné nuly pre čísla 1 až 7 len doplnia reťazec na celé štyri bity, takže každé binárne číslo má rovnakú syntax a zaberá rovnaké množstvo miesta. V grafickej podobe je takýto preklad celých čísel z desiatkovej sústavy do dvojkovej sústavy znázornený na obrázku 7.

7. Preveďte celé čísla v desiatkovej sústave na binárnu sústavu

Horný aj dolný priebeh predstavujú rovnaké hodnoty, až na to, že prvý je pochopiteľný napríklad pre analógové zariadenia, ako sú lineárne merače úrovne napätia, a druhý pre digitálne zariadenia vrátane počítačov, ktoré spracúvajú údaje v takomto jazyku. Táto spodná vlna vyzerá ako štvorcová vlna s premenlivou náplňou, t.j. rozdielny pomer maximálnych hodnôt k minimálnym hodnotám v čase. Tento premenný obsah kóduje binárnu hodnotu signálu, ktorý sa má konvertovať, a preto sa nazýva „modulácia impulzného kódu“ – PCM.

Teraz späť ku konverzii skutočného analógového signálu. Už vieme, že ho možno opísať čiarou zobrazujúcou plynule sa meniace úrovne a neexistuje nič také ako skokové znázornenie týchto úrovní. Pre potreby analógovo-digitálnej konverzie však musíme zaviesť taký proces, aby sme vedeli z času na čas zmerať úroveň analógového signálu a reprezentovať každú takto nameranú vzorku v digitálnej forme.

Predpokladalo sa, že frekvencia, pri ktorej sa budú tieto merania vykonávať, by mala byť aspoň dvojnásobkom najvyššej frekvencie, ktorú človek môže počuť, a keďže je to približne 20 kHz, je 44,1 kHz zostáva populárnou vzorkovacou frekvenciou. Výpočet vzorkovacej frekvencie je spojený s pomerne zložitými matematickými operáciami, čo v tomto štádiu našich vedomostí o prepočítavacích metódach nedáva zmysel.

Viac je lepšie?

Všetko, čo som uviedol vyššie, môže naznačovať, že čím vyššia je vzorkovacia frekvencia, t.j. meranie úrovne analógového signálu v pravidelných intervaloch, tým vyššia je kvalita prevodu, pretože je - aspoň v intuitívnom zmysle - presnejší. Je to naozaj pravda? To sa dozvieme už o mesiac.