Musikkskaping. Mestring - del 2

Jeg skrev om det faktum at mestring i prosessen med musikkproduksjon er det siste trinnet på veien fra ideen om musikk til dens levering til mottakeren i forrige utgave. Vi har også tatt en nærmere titt på digitalt innspilt lyd, men jeg har ennå ikke diskutert hvordan denne lyden, konvertert til AC-spenningsomformere, konverteres til binær form.

1. Hver kompleks lyd, selv en svært høy grad av kompleksitet, består faktisk av mange enkle sinusformede lyder.

Jeg avsluttet forrige artikkel med spørsmålet, hvordan er det mulig at i en slik bølgende bølge (1) er alt musikkinnhold kodet, selv om vi snakker om mange instrumenter som spiller polyfone partier? Her er svaret: dette er på grunn av det faktum at enhver kompleks lyd, selv veldig kompleks, virkelig er den består av mange enkle sinusformede lyder.

Den sinusformede naturen til disse enkle bølgeformene varierer med både tid og amplitude, disse bølgeformene overlapper, adderer, subtraherer, modulerer hverandre og skaper dermed først individuelle instrumentlyder og deretter komplette mikser og opptak.

Det vi ser i figur 2 er visse atomer, molekyler som utgjør lydstoffet vårt, men i tilfelle av et analogt signal er det ingen slike atomer - det er én jevn linje, uten prikker som markerer etterfølgende avlesninger (forskjellen kan sees i figuren i trinn, som er grafisk tilnærmet for å oppnå den tilsvarende visuelle effekten).

Men siden avspilling av innspilt musikk fra analoge eller digitale kilder må gjøres ved hjelp av en mekanisk elektromagnetisk transduser som en høyttaler eller hodetelefonsvinger, er forskjellen mellom ren analog lyd og digitalt behandlet uskarphet i de fleste tilfeller overveldende. På sluttfasen, dvs. når du lytter, når musikken oss på samme måte som vibrasjonene av luftpartikler forårsaket av bevegelsen til membranen i svingeren.

2. Molekyler som utgjør lyden vår betyr noe

analogt siffer

Er det noen hørbare forskjeller mellom ren analog lyd (dvs. tatt opp analogt på en analog båndopptaker, mikset på en analog konsoll, komprimert på en analog plate, avspilt på en analog spiller og forsterket analog forsterker) og digital lyd - konvertert fra analog til digital, behandlet og mikset digitalt og deretter behandlet tilbake til analog form, er det rett foran forsterkeren eller praktisk talt i selve høyttaleren?

I de aller fleste tilfeller, heller ikke, men hvis vi spilte inn det samme musikalske materialet på begge måter og deretter spilte det av, ville forskjellene absolutt vært hørbare. Dette vil imidlertid snarere skyldes arten av verktøyene som brukes i disse prosessene, deres egenskaper, egenskaper og ofte begrensninger, enn selve det faktum å bruke analog eller digital teknologi.

Samtidig antar vi at å bringe lyden til en digital form, dvs. å eksplisitt atomisere, påvirker ikke selve opptaks- og prosesseringsprosessen nevneverdig, spesielt siden disse samplene forekommer ved en frekvens som - i det minste teoretisk - er langt utenfor de øvre grensene for frekvensene vi hører, og derfor denne spesifikke kornetheten til lyden konverteres til digital form, er usynlig for oss. Men fra synspunktet om å mestre lydmaterialet, er det veldig viktig, og vi vil snakke om det senere.

La oss nå finne ut hvordan det analoge signalet konverteres til digital form, nemlig null-en, dvs. en hvor spenningen bare kan ha to nivåer: det digitale ett-nivået, som betyr spenning, og det digitale nullnivået, dvs. denne spenningen er praktisk talt ikke-eksisterende. Alt i den digitale verden er enten en eller null, det er ingen mellomverdier. Selvfølgelig er det også den såkalte fuzzy-logikken, der det fortsatt er mellomtilstander mellom "på" eller "av"-tilstander, men det er ikke aktuelt for digitale lydsystemer.

3. Vibrasjoner av luftpartikler forårsaket av en lydkilde setter i gang en veldig lett struktur av membranen.

Transformasjoner del én

Ethvert akustisk signal, det være seg vokal, akustisk gitar eller trommer, sendes til datamaskinen i digital form, det må først konverteres til et vekslende elektrisk signal. Dette gjøres vanligvis med mikrofoner der vibrasjoner av luftpartikler forårsaket av lydkilden driver en svært lett membranstruktur (3). Dette kan være membranen som er inkludert i en kondensatorkapsel, et metallfoliebånd i en båndmikrofon, eller en membran med en spole festet til den i en dynamisk mikrofon.

I hvert av disse tilfellene et veldig svakt, oscillerende elektrisk signal vises ved utgangen til mikrofonensom i større eller mindre grad bevarer proporsjonene av frekvens og nivå som tilsvarer de samme parameterne til oscillerende luftpartikler. Dermed er dette en slags elektrisk analog av den, som kan behandles videre i enheter som behandler et vekslende elektrisk signal.

Fra begynnelsen mikrofonsignalet må forsterkesfordi den er for svak til å kunne brukes på noen måte. En typisk mikrofonutgangsspenning er i størrelsesorden tusendeler av en volt, uttrykt i millivolt, og ofte i mikrovolt eller milliondeler av en volt. Til sammenligning, la oss legge til at et konvensjonelt batteri av fingertypen produserer en spenning på 1,5 V, og dette er en konstant spenning som ikke er gjenstand for modulering, noe som betyr at den ikke overfører noen lydinformasjon.

Imidlertid er likespenning nødvendig i ethvert elektronisk system for å være energikilden, som deretter vil modulere AC-signalet. Jo renere og mer effektiv denne energien er, jo mindre den er utsatt for strømbelastninger og forstyrrelser, jo renere vil AC-signalet som behandles av de elektroniske komponentene være. Derfor er strømforsyningen, nemlig strømforsyningen, så viktig i ethvert analogt lydsystem.

4. Mikrofonforsterker, også kjent som forforsterker eller forforsterker

Mikrofonforsterkere, også kjent som forforsterkere eller forforsterkere, er designet for å forsterke signalet fra mikrofoner (4). Deres oppgave er å forsterke signalet, ofte til og med med flere titalls desibel, noe som betyr å øke nivået med hundrevis eller mer. På utgangen av forforsterkeren får vi altså en vekselspenning direkte proporsjonal med inngangsspenningen, men overskrider den hundrevis av ganger, dvs. på et nivå fra brøker til voltenheter. Dette signalnivået bestemmes linjenivå og dette er standard driftsnivå i lydenheter.

Transformasjon del to

Et analogt signal på dette nivået kan allerede sendes digitaliseringsprosess. Dette gjøres ved hjelp av verktøy som kalles analog-til-digital-omformere eller transdusere (5). Konverteringsprosessen i klassisk PCM-modus, dvs. Pulse Width Modulation, for tiden den mest populære prosesseringsmodusen, er definert av to parametere: samplingshastighet og bitdybde. Som du riktig mistenker, jo høyere disse parameterne er, desto bedre blir konverteringen og jo mer nøyaktig vil signalet bli matet til datamaskinen i digital form.

5. Konverter eller analog-til-digital-omformer.

Generell regel for denne typen konvertering sampling, det vil si å ta prøver av analogt materiale og lage en digital representasjon av det. Her tolkes den øyeblikkelige verdien av spenningen i det analoge signalet og nivået representeres digitalt i binært system (6).

Her er det imidlertid nødvendig å kort huske det grunnleggende i matematikk, ifølge hvilke enhver numerisk verdi kan representeres i et hvilket som helst tallsystem. Gjennom menneskehetens historie har forskjellige tallsystemer vært og brukes fortsatt. For eksempel er konsepter som et dusin (12 stykker) eller en penny (12 dusin, 144 stykker) basert på duodesimalsystemet.

6. Spenningsverdier i et analogt signal og representasjon av nivået i digital form i et binært system

For tid bruker vi blandede systemer - sexagesimal for sekunder, minutter og timer, duodesimal derivat for dager og dager, syvende system for ukedager, quad system (også relatert til duodesimalt og sexagesimalt system) for uker i måneden, duodesimalt system for å angi månedene i året, og så går vi over til desimalsystemet, der tiår, århundrer og årtusener vises. Jeg tror at eksemplet med å bruke forskjellige systemer for å uttrykke tidens gang veldig godt viser karakteren til tallsystemer og vil tillate deg å mer effektivt navigere i spørsmål knyttet til konvertering.

Ved analog til digital konvertering vil vi være de vanligste konverter desimalverdier til binære verdier. Desimal fordi målingen for hver prøve vanligvis uttrykkes i mikrovolt, millivolt og volt. Da vil denne verdien uttrykkes i det binære systemet, dvs. ved å bruke to biter som fungerer i den - 0 og 1, som angir to tilstander: ingen spenning eller dens tilstedeværelse, av eller på, strøm eller ikke, etc. Dermed unngår vi forvrengning, og alle handlinger blir mye enklere i implementeringen gjennom bruk av den såkalte endringen av algoritmer som vi har å gjøre, for eksempel i forhold til kontakter eller andre digitale prosessorer.

Du er null; eller en

Med disse to sifrene, nuller og enere, kan du uttrykke hver numeriske verdiuavhengig av størrelsen. Som et eksempel kan du vurdere tallet 10. Nøkkelen til å forstå desimal-til-binær konvertering er at tallet 1 i binær, akkurat som i desimal, avhenger av plasseringen i tallstrengen.

Hvis 1 er på slutten av den binære strengen, så 1, hvis i den andre fra slutten - så 2, i den tredje posisjonen - 4, og i den fjerde posisjonen - 8 - alt i desimal. I desimalsystemet er den samme 1 på slutten 10, den nest siste 100, den tredje 1000, den fjerde XNUMX er et eksempel for å forstå analogien.

Så hvis vi vil representere 10 i binær form, må vi representere en 1 og en 1, så som jeg sa, ville det være 1010 på fjerde plass og XNUMX på andre, som er XNUMX.

Hvis vi trengte å konvertere spenninger fra 1 til 10 volt uten brøkverdier, dvs. bruker bare heltall, en omformer som kan representere 4-bits sekvenser i binær er tilstrekkelig. 4-bit fordi denne binære tallkonverteringen vil kreve opptil fire sifre. I praksis vil det se slik ut:

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

De innledende nullene for tallene 1 til 7 fyller ganske enkelt strengen til hele fire biter slik at hvert binært tall har samme syntaks og tar opp like mye plass. I grafisk form er en slik oversettelse av heltall fra desimalsystemet til binært vist i figur 7.

7. Konverter heltall i desimalsystem til binært system

Både øvre og nedre bølgeform representerer de samme verdiene, bortsett fra at førstnevnte er forståelig, for eksempel for analoge enheter, for eksempel lineære spenningsnivåmålere, og den andre for digitale enheter, inkludert datamaskiner som behandler data på et slikt språk. Denne bunnbølgeformen ser ut som en firkantbølge med variabel fylling, dvs. forskjellig forhold mellom maksimumsverdier og minimumsverdier over tid. Dette variable innholdet koder for binærverdien til signalet som skal konverteres, derav navnet "pulskodemodulasjon" - PCM.

Nå tilbake til å konvertere et ekte analogt signal. Vi vet allerede at det kan beskrives med en linje som viser jevnt skiftende nivåer, og det er ikke noe slikt som en hoppende representasjon av disse nivåene. Men for behovene til analog til digital konvertering, må vi introdusere en slik prosess for å kunne måle nivået til et analogt signal fra tid til annen og representere hver slik målt prøve i digital form.

Det ble antatt at frekvensen som disse målingene skulle gjøres med bør være minst dobbelt så høy frekvens som en person kan høre, og siden den er omtrent 20 kHz, er derfor den mest 44,1 kHz er fortsatt en populær samplingsfrekvens. Beregningen av samplingshastigheten er assosiert med ganske komplekse matematiske operasjoner, som på dette stadiet av vår kunnskap om konverteringsmetodene ikke gir mening.

Mer er det bedre?

Alt som jeg nevnte ovenfor kan tyde på at jo høyere samplingsfrekvens, dvs. måle nivået til et analogt signal med jevne mellomrom, jo ​​høyere er kvaliteten på konverteringen, fordi den er - i hvert fall i en intuitiv forstand - mer nøyaktig. Er det virkelig sant? Dette får vi vite om en måned.