Musiikin luominen. Masterointi - osa 2

Siitä, että masterointi musiikin tuotantoprosessissa on viimeinen askel matkalla musiikin ideasta sen toimittamiseen vastaanottajalle, kirjoitin edellisessä numerossa. Olemme myös tarkastelleet tarkasti digitaalisesti tallennettua ääntä, mutta en ole vielä keskustellut siitä, kuinka tämä AC-jännitemuuntimiksi muunnettu ääni muunnetaan binäärimuotoon.

1. Jokainen monimutkainen ääni, jopa erittäin monimutkainen, koostuu itse asiassa monista yksinkertaisista sinimuotoisista äänistä.

Päätin edellisen artikkelin kysymykseen, kuinka on mahdollista, että tällaisessa aaltoilevassa aallossa (1) kaikki musiikillinen sisältö on koodattu, vaikka puhutaankin monista soittimista, jotka soittavat polyfonisia osia? Tässä on vastaus: tämä johtuu siitä, että mikä tahansa monimutkainen ääni, jopa erittäin monimutkainen, on todella se koostuu monista yksinkertaisista sinimuotoisista äänistä.

Näiden yksinkertaisten aaltomuotojen sinimuotoisuus vaihtelee sekä ajan että amplitudin mukaan, nämä aaltomuodot menevät päällekkäin, lisäävät, vähentävät, moduloivat toisiaan ja luovat siten ensin yksittäisiä instrumenttiääniä ja sitten valmiita miksauksia ja äänityksiä.

Kuvassa 2 näemme tiettyjä atomeja, molekyylejä, jotka muodostavat ääniaineemme, mutta analogisen signaalin tapauksessa sellaisia ​​atomeja ei ole - on yksi parillinen viiva, ilman myöhempiä lukemia merkitseviä pisteitä (ero näkyy mm. kuva vaiheina, jotka on graafisesti lähetetty vastaavan visuaalisen tehosteen saamiseksi).

Koska analogisista tai digitaalisista lähteistä tallennetun musiikin toisto on kuitenkin suoritettava mekaanisella sähkömagneettisella muuntimella, kuten kaiuttimella tai kuulokemuuntimella, ero puhtaan analogisen äänen ja digitaalisesti käsitellyn äänen epätarkkuuden välillä on useimmissa tapauksissa ylivoimainen. Viimeisessä vaiheessa, ts. Kuunnellessasi musiikki tavoittaa meidät samalla tavalla kuin ilmahiukkasten värähtely, joka aiheutuu kalvon liikkeestä muuntimessa.

2. Molekyylit, jotka muodostavat äänemme, ovat tärkeitä

analoginen numero

Onko puhtaan analogisen äänen (eli analogisella nauhurilla nauhoitettu, analogisella konsolilla miksattu, analogiselle levylle pakattu, analogisella soittimella ja vahvistetulla analogisella vahvistimella toistettu) ja digitaalisen äänen välillä - muunnettu analogisesta digitaaliseen, prosessoitu ja miksattu digitaalisesti ja sitten prosessoitu takaisin analogiseen muotoon, onko se aivan vahvistimen edessä vai käytännössä itse kaiuttimessa?

Suurimmassa osassa tapauksista pikemminkin ei, vaikka jos nauhoittaisimme samaa musiikkimateriaalia molemmilla tavoilla ja sitten toistettaisiin, erot olisivat varmasti kuultavissa. Tämä johtuu kuitenkin pikemminkin näissä prosesseissa käytettävien työkalujen luonteesta, niiden ominaisuuksista, ominaisuuksista ja usein rajoituksista kuin itse analogisen tai digitaalisen tekniikan käytöstä.

Samalla oletetaan, että äänen tuominen digitaaliseen muotoon, ts. eksplisiittisesti sumutettuun, ei vaikuta merkittävästi itse tallennus- ja prosessointiprosessiin, varsinkin kun nämä näytteet esiintyvät taajuudella, joka - ainakin teoriassa - ylittää kuulemiemme taajuuksien ylärajat, ja siksi tämä äänen rakeisuus muuntuu digitaaliseen muotoon, on meille näkymätön. Äänimateriaalin masteroinnin kannalta se on kuitenkin erittäin tärkeää, ja puhumme siitä myöhemmin.

Selvitetään nyt, kuinka analoginen signaali muunnetaan digitaaliseen muotoon, nimittäin nolla-yksi, ts. sellainen, jossa jännitteellä voi olla vain kaksi tasoa: digitaalinen yksitaso, joka tarkoittaa jännitettä, ja digitaalinen nollataso, ts. tämä jännite on käytännössä olematon. Digimaailmassa kaikki on joko yksi tai nolla, väliarvoja ei ole. Tietenkin on olemassa myös ns. sumea logiikka, jossa "on"- tai "off"-tilojen välillä on edelleen välitiloja, mutta se ei sovellu digitaalisiin audiojärjestelmiin.

3. Äänilähteen aiheuttamat ilmahiukkasten värähtelyt saavat liikkeelle kalvon erittäin kevyen rakenteen.

Muutokset osa yksi

Mikä tahansa akustinen signaali, oli se sitten laulu, akustinen kitara tai rummut, lähetetään tietokoneelle digitaalisessa muodossa, se on ensin muutettava vaihtosähkösignaaliksi. Tämä tehdään yleensä mikrofoneilla, joissa äänilähteen aiheuttamat ilmahiukkasten värähtelyt saavat aikaan erittäin kevyen kalvorakenteen (3). Tämä voi olla kondensaattorikapselissa oleva kalvo, nauhamikrofonin metallikalvonauha tai kalvo, johon on kiinnitetty kela dynaamisessa mikrofonissa.

Jokaisessa näistä tapauksista erittäin heikko, värähtelevä sähköinen signaali ilmestyy mikrofonin ulostuloonjoka säilyttää enemmän tai vähemmän taajuuden ja tason suhteet, jotka vastaavat värähtelevien ilmahiukkasten samoja parametreja. Siten tämä on eräänlainen sen sähköanalogi, jota voidaan edelleen prosessoida laitteissa, jotka käsittelevät vaihtuvaa sähköistä signaalia.

Alusta alkaen mikrofonin signaalia on vahvistettavakoska se on liian heikko käytettäväksi millään tavalla. Tyypillinen mikrofonin lähtöjännite on voltin tuhannesosien luokkaa, ilmaistuna millivoltteina ja usein mikrovoltteina tai voltin miljoonasosina. Lisätään vertailuksi, että perinteinen sormityyppinen akku tuottaa 1,5 V jännitteen, ja tämä on vakiojännite, joka ei ole modulaation alainen, mikä tarkoittaa, että se ei lähetä ääniinformaatiota.

Tasajännitettä tarvitaan kuitenkin kaikissa elektronisissa järjestelmissä energianlähteenä, joka sitten moduloi vaihtovirtasignaalia. Mitä puhtaampaa ja tehokkaampaa tämä energia on, mitä vähemmän siihen kohdistuu virtakuormituksia ja häiriöitä, sitä puhtaampaa elektronisten komponenttien käsittelemä AC-signaali on. Tästä syystä virtalähde, nimittäin virtalähde, on niin tärkeä missä tahansa analogisessa audiojärjestelmässä.

4. Mikrofonivahvistin, joka tunnetaan myös nimellä esivahvistin tai esivahvistin

Mikrofonivahvistimet, jotka tunnetaan myös nimellä esivahvistimet tai esivahvistimet, on suunniteltu vahvistamaan mikrofonien signaalia (4). Heidän tehtävänsä on vahvistaa signaalia, usein jopa useilla kymmenillä desibeleillä, mikä tarkoittaa niiden tason nostamista sadoilla tai enemmän. Siten esivahvistimen lähdössä saadaan vaihtojännite, joka on suoraan verrannollinen tulojännitteeseen, mutta ylittää sen satoja kertoja, ts. tasolla murto-osista volttien yksikköihin. Tämä signaalitaso määritetään linjataso ja tämä on äänilaitteiden vakiokäyttötaso.

Muutos osa kaksi

Tämän tason analoginen signaali voidaan jo siirtää digitalisointiprosessi. Tämä tehdään käyttämällä työkaluja, joita kutsutaan analogia-digitaalimuuntimiksi tai muuntimiksi (5). Muunnosprosessi klassisessa PCM-tilassa, ts. Pulssin leveysmodulaatio, tällä hetkellä suosituin prosessointitila, määritellään kahdella parametrilla: näytteenottotaajuus ja bittisyvyys. Kuten oikein epäilet, mitä korkeammat nämä parametrit ovat, sitä parempi muunnos ja sitä tarkempi signaali syötetään tietokoneeseen digitaalisessa muodossa.

5. Muunnin tai analogia-digitaalimuunnin.

Yleissääntö tämän tyyppiselle muunnokselle näytteenottoeli ottamalla näytteitä analogisesta materiaalista ja luomalla siitä digitaalinen esitys. Tässä tulkitaan analogisen signaalin jännitteen hetkellinen arvo ja sen taso esitetään digitaalisesti binäärijärjestelmässä (6).

Tässä on kuitenkin lyhyesti muistettava matematiikan perusteet, joiden mukaan mikä tahansa numeerinen arvo voidaan esittää mikä tahansa numerojärjestelmä. Kautta ihmiskunnan historian erilaisia ​​numerojärjestelmiä on käytetty ja käytetään edelleen. Esimerkiksi käsitteet kuten tusina (12 kpl) tai penni (12 tusinaa, 144 kpl) perustuvat duodesimaalijärjestelmään.

6. Jännitearvot analogisessa signaalissa ja sen tason esitys digitaalisessa muodossa binäärijärjestelmässä

Ajan osalta käytämme sekajärjestelmiä - seksagesimaali sekunneille, minuutteille ja tunneille, duodesimaalijohdannainen päiville ja päiville, seitsemäs järjestelmä viikonpäiville, neliöjärjestelmä (liittyy myös kaksois- ja seksagesimaaliseen järjestelmään) viikot kuukaudessa, duodesimaalijärjestelmä ilmaisemaan vuoden kuukaudet, ja sitten siirrytään desimaalijärjestelmään, jossa näkyvät vuosikymmeniä, vuosisatoja ja vuosituhansia. Uskon, että esimerkki eri järjestelmien käyttämisestä ajan kulumisen ilmaisemiseen osoittaa hyvin numerojärjestelmien luonteen ja auttaa sinua navigoimaan muuntamiseen liittyvissä asioissa tehokkaammin.

Analogista digitaaliseksi muunnoksen tapauksessa olemme yleisin muuntaa desimaaliarvot binääriarvoiksi. Desimaali, koska kunkin näytteen mittaus ilmaistaan ​​yleensä mikrovoltteina, millivoltteina ja voltteina. Sitten tämä arvo ilmaistaan ​​binäärijärjestelmässä, ts. käyttämällä kahta siinä toimivaa bittiä - 0 ja 1, jotka ilmaisevat kahta tilaa: ei jännitettä tai sen olemassaoloa, pois tai päällä, virta vai ei jne. Näin vältytään vääristymiltä ja kaikki toiminnot yksinkertaistuvat huomattavasti soveltamalla niin sanottu algoritmien muutos, jonka kanssa olemme tekemisissä esimerkiksi liittimien tai muiden digitaalisten prosessorien suhteen.

Olet nolla; tai yksi

Näillä kahdella numerolla, nollia ja ykkösiä, voit ilmaista jokainen numeerinen arvokoostaan ​​riippumatta. Esimerkkinä voidaan harkita lukua 10. Avain desimaalista binäärimuunnoksen ymmärtämiseen on, että binääriluku 1, aivan kuten desimaalissa, riippuu sen sijainnista numeromerkkijonossa.

Jos 1 on binäärimerkkijonon lopussa, niin 1, jos toisessa lopussa - sitten 2, kolmannessa paikassa - 4 ja neljännessä paikassa - 8 - kaikki desimaaleissa. Desimaalijärjestelmässä sama 1 lopussa on 10, toiseksi viimeinen 100, kolmas 1000, neljäs XNUMX on esimerkki analogian ymmärtämiseksi.

Joten jos haluamme edustaa kymmentä binäärimuodossa, meidän on esitettävä 10 ja 1, joten kuten sanoin, se olisi 1 neljännellä sijalla ja 1010 toisessa, mikä on XNUMX.

Jos meidän piti muuntaa jännitteet 1:stä 10 volttiin ilman murto-arvoja, ts. Kun käytetään vain kokonaislukuja, muunnin, joka pystyy esittämään 4-bittisiä sekvenssejä binäärimuodossa, riittää. 4-bittinen, koska tämä binäärilukumuunnos vaatii jopa neljä numeroa. Käytännössä se näyttää tältä:

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

10 1010

Numeroiden 1-7 johtavat nollat ​​vain täyttävät merkkijonon neljään kokoiseen bittiin, jotta jokaisella binääriluvulla on sama syntaksi ja ne vievät saman määrän tilaa. Graafisessa muodossa tällainen kokonaislukujen käännös desimaalijärjestelmästä binäärimuotoon on esitetty kuvassa 7.

7. Muunna desimaalijärjestelmän kokonaisluvut binäärijärjestelmäksi

Sekä ylempi että alempi aaltomuoto edustavat samoja arvoja, paitsi että edellinen on ymmärrettävissä esimerkiksi analogisille laitteille, kuten lineaarisille jännitetason mittareille, ja toinen digitaalisille laitteille, mukaan lukien tietokoneet, jotka käsittelevät tietoja sellaisella kielellä. Tämä ala-aaltomuoto näyttää muuttuvan täytön neliöaalolta, ts. erilainen maksimiarvojen suhde minimiarvoihin ajan myötä. Tämä muuttuva sisältö koodaa muunnettavan signaalin binääriarvon, mistä johtuu nimi "pulssikoodimodulaatio" - PCM.

Nyt takaisin todellisen analogisen signaalin muuntamiseen. Tiedämme jo, että sitä voidaan kuvata viivalla, joka kuvaa tasaisesti vaihtuvia tasoja, eikä ole olemassa sellaista asiaa kuin näiden tasojen hyppäävä esitys. Analogista digitaaliseksi muuntamisen tarpeita varten meidän on kuitenkin otettava käyttöön tällainen prosessi, jotta voidaan mitata analogisen signaalin taso aika ajoin ja esittää jokainen tällainen mitattu näyte digitaalisessa muodossa.

Oletettiin, että taajuuden, jolla nämä mittaukset tehdään, tulisi olla vähintään kaksi kertaa korkein taajuus, jonka ihminen kuulee, ja koska se on noin 20 kHz, 44,1 kHz on edelleen suosittu näytetaajuus. Näytteenottotaajuuden laskentaan liittyy melko monimutkaisia ​​matemaattisia operaatioita, jotka eivät tässä muunnosmenetelmien tietämyksemme vaiheessa ole järkevää.

Enemmän onko parempi?

Kaikki edellä mainitsemani voi viitata siihen, että mitä korkeampi näytteenottotaajuus, ts. mittaamalla analogisen signaalin tasoa säännöllisin väliajoin, sitä korkeampi muunnos on, koska se on - ainakin intuitiivisessa mielessä - tarkempi. Onko se todella totta? Tiedämme tämän kuukauden kuluttua.