Содержание
1. Профессиональная обработка звука. Звук и звуковая волна
2. Программа обработки звукаAudacity
3. Цифровая и аналоговая запись. Аналогово-цифровоепреобразование. Микширование
4. Импульсная и частотная модуляция. Хранение оцифрованногозвука
5. Теорема Котельникова — Найквиста. Алиазинг
6. Сэмплирование
7. Аппаратура
8. Программное обеспечение
10. Саундтреки
Список используемой литературы
1. Профессиональная обработка звука. Звук извуковая волна
Под обработкой звука следуетпонимать различные преобразования звуковой информации с целью изменениякаких-то характеристик звучания. К обработке звука относятся способы созданияразличных звуковых эффектов, фильтрация, а также методы очистки звука отнежелательных шумов, изменения тембра и т.д. Все это огромное множествопреобразований сводится, в конечном счете, к следующим основным типам:
1. Амплитудные преобразования. Выполняютсянад амплитудой сигнала и приводят к ее усилению/ослаблению или изменению покакому-либо закону на определенных участках сигнала.
2. Частотные преобразования. Выполняютсянад частотными составляющими звука: сигнал представляется в виде спектра частотчерез определенные промежутки времени, производится обработка необходимыхчастотных составляющих, например, фильтрация, и обратное «сворачивание»сигнала из спектра в волну.
3. Фазовые преобразования. Сдвигфазы сигнала тем или иным способом; например, такие преобразования стереосигнала, позволяют реализовать эффект вращения или «объёмности» звука.
4. Временные преобразования. Реализуютсяпутем наложения, растягивания/сжатия сигналов; позволяют создать, например,эффекты эха или хора, а также повлиять на пространственные характеристики звука.
Echo (эхо). Реализуется спомощью временных преобразований. Фактически для получения эха необходимо наоригинальный входной сигнал наложить его задержанную во времени копию. Длятого, чтобы человеческое ухо воспринимало вторую копию сигнала как повторение,а не как отзвук основного сигнала, необходимо время задержки установить равнымпримерно 50 мс. На основной сигнал можно наложить не одну его копию, анесколько, что позволит на выходе получить эффект многократного повторениязвука (многоголосного эха). Чтобы эхо казалось затухающим, необходимо наисходный сигнал накладывать не просто задержанные копии сигнала, а приглушенныепо амплитуде.
Reverberation (повторение,отражение). Эффект заключается в придании звучанию объемности, характерной длябольшого зала, где каждый звук порождает соответствующий, медленно угасающийотзвук. Практически, с помощью реверберации можно «оживить», например,фонограмму, сделанную в заглушенном помещении. От эффекта «эхо» реверберацияотличается тем, что на входной сигнал накладывается задержанный во временивыходной сигнал, а не задержанная копия входного. Иными словами, блокреверберации упрощенно представляет собой петлю, где выход блока подключен кего входу, таким образом уже обработанный сигнал каждый цикл снова подается навход смешиваясь с оригинальным сигналом.
Chorus (хор). В результате егоприменения звучание сигнала превращается как бы в звучание хора или водновременное звучание нескольких инструментов. Схема получения такого эффектааналогична схеме создания эффекта эха с той лишь разницей, что задержанныекопии входного сигнала подвергаются слабой частотной модуляции (в среднем от 0.1до 5 Гц) перед смешиванием со входным сигналом. Увеличение количества голосов вхоре достигается путем добавления копий сигнала с различными временами задержки.
«Обычный» аналоговыйзвук представляется в аналоговой аппаратуре непрерывным электрическим сигналом.Компьютер оперирует с данными в цифровом виде. Это означает, что и звук вкомпьютере представляется в цифровом виде.
Цифровой звук — это способпредставления электрического сигнала посредством дискретных численных значенийего амплитуды. Допустим, мы имеем аналоговую звуковую дорожку хорошего качества(говоря «хорошее качество» будем предполагать нешумную запись,содержащую спектральные составляющие из всего слышимого диапазона частот — приблизительно от 20 Гц до 20 КГц) и хотим «ввести» ее в компьютер (тоесть оцифровать) без потери качества. Звуковая волна — это некая сложнаяфункция, зависимость амплитуды звуковой волны от времени. Эту функцию описываютпутем хранения ее дискретных значений в определенных точках. Иными словами, вкаждой точке времени можно измерить значение амплитуды сигнала и записать ввиде чисел. Однако и в этом методе есть свои недостатки, так как значенияамплитуды сигнала мы не можем записывать с бесконечной точностью, и вынужденыих округлять. Говоря иначе, мы будем приближать эту функцию по двумкоординатным осям — амплитудной и временной. Таким образом, оцифровка сигналавключает в себя два процесса — процесс дискретизации (осуществление выборки) ипроцесс квантования. Процесс дискретизации — это процесс получения значенийвеличин преобразуемого сигнала в определенные промежутки времени.
Квантование — процесс заменыреальных значений сигнала приближенными с определенной точностью. Такимобразом, оцифровка — это фиксация амплитуды сигнала через определенныепромежутки времени и регистрация полученных значений амплитуды в видеокругленных цифровых значений (так как значения амплитуды являются величинойнепрерывной, нет возможности конечным числом записать точное значение амплитудысигнала, именно поэтому прибегают к округлению). Записанные значения амплитудысигнала называются отсчетами. Очевидно, что чем чаще мы будем делать замерыамплитуды (чем выше частота дискретизации) и чем меньше мы будем округлятьполученные значения (чем больше уровней квантования), тем более точное представлениесигнала в цифровой форме мы получим.
Оцифрованный сигнал в виденабора последовательных значений амплитуды можно сохранить.
Однако, надо иметь в виду, чтопамять компьютера не бесконечна, так что каждый раз при оцифровке необходимонаходить какой-то компромисс между качеством (напрямую зависящим отиспользованных при оцифровке параметров) и занимаемым оцифрованным сигналомобъемом.
А также, частота дискретизацииустанавливает верхнюю границу частот оцифрованного сигнала, а именно,максимальная частота спектральных составляющих равна половине частотыдискретизации сигнала. Попросту говоря, чтобы получить полную информацию озвуке в частотной полосе до 22050 Гц, необходима дискретизация с частотой неменее 44.1 КГц.
Существуют и другие проблемы инюансы, связанные с оцифровкой звука. Не сильно углубляясь в подробностиотметим, что в «цифровом звуке» из-за дискретности информации обамплитуде оригинального сигнала появляются различные шумы и искажения. Так,например, джиттер (jitter) — шум, появляющийся в результате того, чтоосуществление выборки сигнала при дискретизации происходит не через абсолютноравные промежутки времени, а с какими-то отклонениями. То есть, если, скажем,дискретизация проводится с частотой 44.1 КГц, то отсчеты берутся не точно каждые1/44100 секунды, а то немного раньше, то немного позднее. А так как входнойсигнал постоянно меняется, то такая ошибка приводит к «захвату» несовсем верного уровня сигнала. В результате во время проигрывания оцифрованногосигнала может ощущаться некоторое дрожание и искажения. Появление джиттераявляется результатом не абсолютной стабильности аналогово-цифровыхпреобразователей. Для борьбы с этим явлением применяют высокостабильныетактовые генераторы. Еще одной неприятностью является шум дробления. Приквантовании амплитуды сигнала происходит ее округление до ближайшего уровня. Такаяпогрешность вызывает ощущение «грязного» звучания.
На практике, процесс оцифровки (дискретизацияи квантование сигнала) остается невидимым для пользователя — всю черновую работуделают разнообразные программы, которые дают соответствующие команды драйверу (управляющаяподпрограмма операционной системы) звуковой карты. Любая программа (будь товстроенный в Windows Recorder или мощный звуковой редактор), способнаяосуществлять запись аналогового сигнала в компьютер, так или иначе оцифровываетсигнал с определенными параметрами, которые могут оказаться важными впоследующей работе с записанным звуком, и именно по этой причине важно понятькак происходит процесс оцифровки и какие факторы влияют на ее результаты.2. Программа обработки звука Audacity
Порой недостаточно простозаписать звук, часто возникает необходимость в его редакции: от изменениягромкости до сложных эффектов. Существует ряд программ, которые успешносправляются с данной задачей и кроме того имеют возможность извлекать звуковуюинформацию с компакт-дисков и, наоборот, записывать аудио CD.
Среди таких программ лидируютSound Forge, Wave Lab, Cool Edit.
Для работы со звуком вобщеобразовательной школе можно предложить кроссплатформенный бесплатныйаудиоредактор Audacity.
Audacity — бесплатный, простой виспользовании звуковой редактор для:
записи звука;
оцифровки аналоговых записей (кассет,грампластинок);
редактирования файлов в форматахOgg Vorbis, MP3 и WAV;
физического редактированиянескольких файлов (вырезание, склейка, сведение);
изменения скорости и высоты тоназаписи и многое др.
3. Цифровая и аналоговая запись. Аналогово-цифровоепреобразование. Микширование
Для преобразованиядискретизованного сигнала в аналоговый вид, пригодный для обработки аналоговымиустройствами (усилителями и фильтрами) и последующего воспроизведения черезакустические системы, служит цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). Процесспреобразования представляет собой обратный процесс дискретизации: имеяинформацию о величине отсчетов (амплитуды сигнала) и беря определенноеколичество отсчетов в единицу времени, путем интерполирования происходитвосстановление исходного сигнала.
Сначала в качестве простейшегозвукового устройства в компьютере использовался встроенный динамик (PC speaker).Этот динамик присоединен к порту на материнской плате, у которого есть дваположения — 1 и 0. Если этот порт быстро-быстро включать и выключать, то издинамика можно извлечь более-менее правдоподобные звуки. Воспроизведениеразличных частот достигается за счет того, что диффузор динамика обладаетконечной реакцией и не способен мгновенно перескакивать с места на место, такимобразом, он «плавно раскачивается» вследствие скачкообразногоизменения напряжения на нем. И если колебать его с разной скоростью, то можнополучить колебания воздуха на разных частотах. Естественной альтернативойдинамику стал так называемый Covox — это простейший ЦАП, выполненный нанескольких подобранных сопротивлениях (или готовой микросхеме), которыеобеспечивают перевод цифрового представления сигнала в аналоговый — то есть вреальные значения амплитуды. Covox прост в изготовлении и поэтому онпользовался успехом у любителей вплоть до того времени, когда звуковая картастала доступной всем.
В современном компьютере звуквоспроизводится и записывается с помощью звуковой карты — подключаемой, либовстроенной в материнскую плату компьютера. Задача звуковой карты в компьютере — ввод и вывод аудио. Практически это означает, что звуковая карта является темпреобразователем, который переводит аналоговый звук в цифровой и обратно. Еслиописывать упрощенно, то работа звуковой карты может быть пояснена следующимобразом. Предположим, что на вход звуковой карты подан аналоговый сигнал икарта включена (программно). Сначала входной аналоговый сигнал попадает ваналоговый микшер, который занимается смешением сигналов и регулировкойгромкости и баланса. Микшер необходим, в частности, для предоставлениявозможности пользователю управлять уровнями. Затем отрегулированный исбалансированный сигнал попадает в аналогово-цифровой преобразователь, гдесигнал дискретизуется и квантуется, в результате чего в компьютер по шинеданных направляется бит-поток, который и представляет собой оцифрованный аудиосигнал. Вывод аудио информации почти аналогичен вводу, только происходит вобратную сторону. Поток данных, направленный в звуковую карту, преодолеваетцифро-аналоговый преобразователь, который образует из чисел, описывающихамплитуду сигнала, электрический сигнал; полученный аналоговый сигнал можетбыть пропущен через любые аналоговые тракты для дальнейших преобразований, втом числе и для воспроизведения. Надо отметить, что если звуковая картаоборудована интерфейсом для обмена цифровыми данными, то при работе с цифровымаудио никакие аналоговые блоки карты не задействуются.4. Импульсная и частотная модуляция. Хранениеоцифрованного звука
Для хранения цифрового звукасуществует много различных способов. Во-первых, блок оцифрованной аудиоинформации можно записать в файл «как есть», то естьпоследовательностью чисел (значений амплитуды). В этом случае существуют дваспособа хранения информации.
Первый — PCM (Pulse CodeModulation — импульсно-кодовая модуляция) — способ цифрового кодированиясигнала при помощи записи абсолютных значений амплитуд (бывают знаковое илибеззнаковое представления). Именно в таком виде записаны данные на всех аудиоCD.
Второй способ — ADPCM (AdaptiveDelta PCM — адаптивная относительная импульсно-кодовая модуляция) — записьзначений сигнала не в абсолютных, а в относительных изменениях амплитуд (приращениях).
Во-вторых, можно сжать илиупростить данные так, чтобы они занимали меньший объем памяти, нежели будучизаписанными «как есть». Тут тоже имеются два пути.
Кодирование данных без потерь (losslesscoding) — это способ кодирования аудио, который позволяет осуществлятьстопроцентное восстановление данных из сжатого потока. К такому способу уплотненияданных прибегают в тех случаях, когда сохранение оригинального качества данныхкритично. Существующие сегодня алгоритмы кодирования без потерь (например,Monkeys Audio) позволяют сократить занимаемый данными объем на 20-50%, но приэтом обеспечить стопроцентное восстановление оригинальных данных из полученныхпосле сжатия. Подобные кодеры — это своего рода архиваторы данных (как ZIP, RARи другие), только предназначенные для сжатия именно аудио.
Имеется и второй путькодирования — кодирование данных с потерями (lossy coding). Цель такого кодирования- любыми способами добиться схожести звучания восстановленного сигнала соригиналом при как можно меньшем объеме упакованных данных. Это достигаетсяпутем использования различных алгоритмов «упрощающих» оригинальныйсигнал (выкидывая из него «ненужные» слабослышимые детали), чтоприводит к тому, что декодированный сигнал фактически перестает быть идентичныморигиналу, а лишь похоже звучит. Методов сжатия, а также программ, реализующихэти методы, существует много. Наиболее известными являются MPEG-1 Layer I, II,III (последним является всем известный MP3), MPEG-2 AAC (advanced audio coding),Ogg Vorbis, Windows Media Audio (WMA), TwinVQ (VQF), MPEGPlus, TAC, и прочие. Всреднем, коэффициент сжатия, обеспечиваемый такими кодерами, находится впределах 10-14 (раз). Надо особо подчеркнуть, что в основе всех lossy-кодеровлежит использование так называемой психоакустической модели, которая как раз изанимается «упрощением» оригинального сигнала. Говоря точнее, механизмподобных кодеров выполняет анализ кодируемого сигнала, в процессе которогоопределяются участки сигнала, в определенных частотных областях которых имеютсянеслышные человеческому уху нюансы (замаскированные или неслышимые частоты),после чего происходит их удаление из оригинального сигнала. Таким образом,степень сжатия оригинального сигнала зависит от степени его «упрощения»;сильное сжатие достигается путем «агрессивного упрощения» (когдакодер «считает» ненужными множественные нюансы), такое сжатие,естественно, приводит к сильной деградации качества, поскольку удалению могутподлежать не только незаметные, но и значимые детали звучания. Говоря оспособах хранения звука в цифровом виде нельзя не вспомнить и о носителяхданных. Всем привычный аудио компакт-диск, появившийся в начале 80-х годов,широкое распространение получил именно в последние годы (что связано с сильнымудешевлением носителя и приводов). А до этого носителями цифровых данныхявлялись кассеты с магнитной лентой, но не обычные, а специальнопредназначенные для так называемых DAT-магнитофонов. Эти магнитофоныиспользовались, в основном, в студиях звукозаписи. Преимущество такихмагнитофонов было в том, что, не смотря на использование привычных носителей,данные на них хранились в цифровом виде и практически никаких потерь причтении/записи на них не было (что очень важно при студийной обработке ихранении звука). Сегодня появилось большое количество различных носителейданных, кроме привычных всем компакт дисков. Носители совершенствуются и скаждым годом становятся более доступными и компактными. Это открывает большиевозможности в области создания мобильных аудио проигрывателей.
5. Теорема Котельникова — Найквиста. Алиазинг
/>
где /> — максимальная скорость передачи H — ширина полосы пропускания канала,выраженная в Гц, М — количествоуровней сигнала, которые используются при передаче. Например, из этой формулывидно, что канал с полосой 3 кГц не может передавать двухуровневые сигналыбыстрее 6000 бит/сек.
Эта теорема также показывает,что, например, бессмысленно сканировать линию чаще, чем удвоена ширина полосыпропускания. Действительно, все частоты выше этой отсутствуют в сигнале, апотому вся информация, необходимая для возобновления сигнала будет собрана притаком сканировании.
Однако теорема Котельникова Найквистане учитывает шум в канале, который измеряется как отношение мощности полезногосигнала к мощности шума: S/N. Этавеличина измеряется в децибелах: 10log10 (S/N) dB.Например, если отношение S/N равняется10, то говорят о шуме в 10 dB еслиотношение равняется 100, то — 20 dB.
На случай канала с шумом есть теорема Шенона,по которой максимальная скорость передачи данных по каналу с шумом равняется:
Hlog2 (1+S/N) бит/сек, где S/N — соотношениесигнал-шум в канале.
Здесь неважно количество уровнейв сигнале. Эта формула устанавливает теоретический предел, который редкодостигается на практике. Например, по каналу с полосой пропускания в 3000 Гц иуровнем шума 30 dB (это характеристики телефонной линии) нельзя передать данныебыстрее, чем со скоростью 30 000 бит/сек.
Алиазинг (муар) — вид помех,появляющихся, когда растр объекта или ряд регулярных линий на неминтерферируется с растром пикселей цифрового сенсора. Также эффект алиазингасостоит в искажении диагональной линии, которая кажется на изображенииступенчатой. Для решения этой проблемы существуют системы Anti-aliasing. Они основаны на фильтре, которыйстоит перед сенсором, но могут строиться и на обработке изображения процессоромфотокамеры. Они сильно уменьшают эффект ступенчатости, но могут оставлятьвпечатление размытости.6. Сэмплирование
Сэмплирование — это записьобразцов звучания (сэмплов) того или иного реального музыкального инструмента. Сэмплированиеявляется основой волнового синтеза (WT-синтеза) музыкальных звуков. Если причастотном синтезе (FM-синтезе) новые звучания получают за счет разнообразнойобработки простейших стандартных колебаний, то основой WT-синтеза являютсязаранее записанные звуки традиционных музыкальных инструментов или звуки,сопровождающие различные процессы в природе и технике. С сэмплами можно делатьвсе, что угодно. Можно оставить их такими, как есть, и WT-синтезатор будетзвучать голосами, почти неотличимыми от голосов инструментов-первоисточников. Можноподвергнуть сэмплы модуляции, фильтрации, воздействию эффектов и получить самыефантастические, неземные звуки.
В принципе, сэмпл — это ни чтоиное, как сохраненная в памяти синтезатора последовательность цифровыхотсчетов, получившихся в результате аналого-цифрового преобразования звукамузыкального инструмента. Если бы не существовала проблема экономии памяти, тозвучание каждой ноты можно было бы записать в исполнении каждого музыкальногоинструмента. А игра на таком синтезаторе представляла бы собой воспроизведениеэтих записей в необходимые моменты времени. Сэмплы хранятся в памяти не в томвиде, в каком они получаются сразу же после прохождения АЦП. Запись подвергаетсяхирургическому воздействию, делится на характерные части (фазы): начало,протяженный участок, завершение звука. В зависимости от применяемой фирменнойтехнологии эти части могут делиться на еще более мелкие фрагменты. В памятихранится не вся запись, а лишь минимально необходимая для ее восстановленияинформация о каждом из фрагментов. Изменение протяженности звучанияпроизводится за счет управления числом повторений отдельных фрагментов.
В целях еще большей экономиипамяти был разработан способ синтеза, позволяющий хранить сэмплы не для каждойноты, а лишь для некоторых. В этом случае изменения высоты звучания достигаетсяпутем изменения скорости воспроизведения сэмпла.
Для создания и воспроизведениясэмплов служит синтезатор. В наши дни синтезатор конструктивно реализован водном-двух корпусах микросхем, которые представляет собой специализированныйпроцессор для осуществления всех необходимых преобразовании. Из закодированныхи сжатых с помощью специальных алгоритмов фрагментов он собирает сэмпл, задает высотуего звучания, изменяет в соответствии с замыслом музыканта форму огибающейколебания, имитируя либо почти неощутимое касание, либо удар по клавише илиструне. Кроме того, процессор добавляет различные эффекты, изменяет тембр спомощью фильтров и модуляторов.
В звуковых картах находятприменение несколько синтезаторов различных фирм.
Наряду с сэмплами, записанными вПЗУ звуковой карты, в настоящее время стали доступными наборы сэмплов (банки),созданные как в лабораториях фирм, специализирующихся на синтезаторах, так илюбителями компьютерной музыки. Эти банки можно найти на многочисленныхлазерных дисках и в Internet.
7. Аппаратура
Немаловажная часть разговора озвуке связана с аппаратурой. Существует много различных устройств для обработкии ввода/вывода звука. Касательно обычного персонального компьютера следуетподробнее остановиться на звуковых картах. Звуковые карты принято делить назвуковые, музыкальные и звукомузыкальные. По конструкции же все звуковые платыможно разделить на две группы: основные (устанавливаемые на материнской платекомпьютера и обеспечивающие ввод и вывод аудио данных) и дочерние (имеютпринципиальное конструктивное отличие от основных плат — они чаще всегоподключаются к специальному разъему, расположенному на основной плате). Дочерниеплаты служат чаще всего для обеспечения или расширения возможностейMIDI-синтезатора.
Звукомузыкальные и звуковыеплаты выполняются в виде устройств, вставляемых в слот материнской платы (либоуже встроены в нее изначально). Визуально они имеют обычно два аналоговых входа- линейный и микрофонный, и несколько аналоговых выходов: линейные выходы ивыход для наушников. В последнее время карты стали оснащаться также и цифровымвходом и выходом, обеспечивающим передачу аудио между цифровыми устройствами. Аналоговыевходы и выходы обычно имеют разъемы, аналогичные разъемам головных наушников (1/8”).Вообще, входов у звуковой платы немного больше, чем два: аналоговые CD, MIDI идругие входы. Они, в отличие от микрофонного и линейного входов, расположены нена задней панели звуковой платы, а на самой плате; могут иметься и другиевходы, например, для подключения голосового модема. Цифровые входы и выходыобычно выполнены в виде интерфейса S/PDIF (интерфейс цифровой передачи сигналов)с соответствующим разъемом (S/PDIF — сокращение от Sony/Panasonic DigitalInterface — цифровой интерфейс Sony/Panasonic). S/PDIF — это «бытовой»вариант более сложного профессионального стандарта AES/EBU (Audio EngineeringSociety / European Broadcast Union). Сигнал S/PDIF используется для цифровойпередачи (кодирования) 16-разрядных стерео данных с любой частотойдискретизации. Помимо перечисленного, на звукомузыкальных платах имеетсяMIDI-интерфейс с разъемами для подключения MIDI-устройств и джойстиков, а такжедля подсоединения дочерней музыкальной карты (хотя в последнее времявозможность подключения последней становится редкостью). Некоторые моделизвуковых карт для удобства пользователя оснащаются фронтальной панелью,устанавливаемой на лицевой стороне системного блока компьютера, на которойразмещаются разъемы, соединенные с различными входами и выходами звуковой карты.
Определим несколько основныхблоков, из которых состоят звуковые и звукомузыкальные платы.
1. Блок цифровой обработкисигналов (кодек). В этом блоке осуществляются аналого-цифровые ицифро-аналоговые преобразования (АЦП и ЦАП). От этого блока зависят такиехарактеристики карты, как максимальная частота дискретизации при записи ивоспроизведении сигнала, максимальный уровень квантования и максимальноеколичество обрабатываемых каналов (моно или стерео). В немалой степени откачества и сложности составляющих этого блока зависят и шумовые характеристики.
2. Блок синтезатора. Присутствуетв музыкальных картах. Выполняется на основе либо FM-, либо WT-синтеза, либо наобоих сразу. Может работать как под управлением собственного процессора, так ипод управлением специального драйвера.
3. Интерфейсный блок. Обеспечиваетпередачу данных по различным интерфейсам (например, S/PDIF). У чисто звуковойкарты этот блок чаще отсутствует.
4. Микшерный блок. В звуковыхплатах микшерный блок обеспечивает регулировку:
уровней сигналов с линейныхвходов;
уровней с MIDI входа и входацифрового звука;
уровня общего сигнала;
панорамирования;
тембра.
Что такое MIDI-синтезатор?Название этого устройства пошло от его основного предназначения — синтеза звука.Основных методов синтеза звука существует всего два: FM(Frequency modulation — частотная модуляция) и WT (Wave Table — таблично-волновой). В основе FM-синтезалежит идея, что любое даже самое сложное колебание является по сути суммойпростейших синусоидальных. Таким образом, можно наложить друг на друга сигналыот конечного числа генераторов синусоид и путем изменения частот синусоидполучать звуки, похожие на настоящие. Таблично-волновой синтез основывается надругом принципе. Синтез звука при использовании такого метода достигается засчет манипуляций над заранее записанными (оцифрованными) звуками реальныхмузыкальных инструментов. Эти звуки (они называются сэмплами) хранятся впостоянной памяти синтезатора.
Надо отметить, что посколькуMIDI-данные — это набор команд, то музыка, которая написана с помощью MIDI,также записывается с помощью команд синтезатора. Иными словами, MIDI-партитура — это последовательность команд: какую ноту играть, какой инструментиспользовать, какова продолжительность и тональность ее звучания и так далее. Знакомыемногим MIDI-файлы (. MID) есть нечто иное, как набор таких команд. Естественно,что поскольку имеется великое множество производителей MIDI-синтезаторов, то извучать один и тот же файл может на разных синтезаторах по-разному (потому чтов файле сами инструменты не хранятся, а есть лишь только указания синтезаторукакими инструментами играть, в то время как разные синтезаторы могут звучатьпо-разному).
8. Программное обеспечение
Наиболее важный класс программ — редакторы цифрового аудио. Основные возможности таких программ это, какминимум, обеспечение возможности записи (оцифровки) аудио и сохранение на диск.Развитые представители такого рода программ позволяют намного больше: запись,многоканальное сведение аудио на нескольких виртуальных дорожках, обработкаспециальными эффектами (как встроенными, так и подключаемыми извне — об этомпозже), очистка от шумов, имеют развитую навигацию и инструментарий в видеспектроскопа и прочих виртуальных приборов, управление/управляемость внешнимиустройствами, преобразование аудио из формата в формат, генерация сигналов,запись на компакт диски и многое другое. Некоторые из таких программ: Cool Edit Pro (Syntrillium), Sound Forge (Sonic Foundry), Nuendo (Steinberg),Samplitude Producer (Magix), Wavelab (Steinberg), Dart.
Специализированные реставраторыаудио позволяют восстановить утерянное качество звучания аудио материала,удалить нежелательные щелчки, шумы, треск, специфические помехи записей саудио-кассет, и провести другую корректировку аудио. Программы подобного рода: Dart, Clean (от Steinberg Inc), AudioCleaning Lab. (от Magix Ent), Wave Corrector.
9. Задержка. Модуляционные эффекты. Реверберация
Дилэй (Delay) в переводеозначает «задержка». Необходимость в этом эффекте возникла споявлением стереофонии. Сама природа слухового аппарата человека предполагает вбольшинстве ситуаций поступление в мозг двух звуковых сигналов, отличающихсявременем прихода. Если источник звука находится «перед глазами», наперпендикуляре, проведенном к линии, проходящей через уши, то прямой звук отисточника достигает обоих ушей в одно и то же время. Во всех остальных случаяхрасстояния от источника до ушей различны, поэтому либо одно, либо другое уховоспринимает звук первым.
Время задержки (разницы вовремени приема сигналов ушами) будет максимальным в том случае, когда источникрасположен напротив одного из ушей. Так как расстояние между ушами около 20 см,то максимальная задержка может составлять около 8 мс. Этим величинамсоответствует волна звукового колебания с частотой около 1,1 кГц. Для болеевысокочастотных звуковых колебаний длина волны становится меньше, чем расстояниемежду ушами, и разница во времени приема сигналов ушами становится неощутимой. Предельнаячастота колебаний, задержка которых воспринимается человеком, зависит отнаправления на источник. Она растет по мере того, как источник смещается отточки, расположенной напротив одного из ушей, к точке, расположенной передчеловеком.
Дилэй применяется, прежде всего,в том случае, когда запись голоса или акустического музыкального инструмента,выполненную с помощью единственного микрофона, встраивают в стереофоническуюкомпозицию. Этот эффект служит основой технологии создания стереозаписей. Дилэйможет применяться и для получения эффекта однократного повторения каких-либозвуков. Величина задержки между прямым сигналом и его задержанной копией в этомслучае выбирается большей, чем естественная задержка в 8 мс. Для коротких ирезких звуков время задержки, при котором основной сигнал и его копия различимыменьше, чем для протяженных звуков. Для произведений, исполняемых в медленномтемпе, задержка может быть больше, чем для быстрых композиций,
При определенных соотношенияхгромкостей прямого и задержанного сигнала может иметь место психоакустическийэффект изменения кажущегося расположения источника звука на стереопанораме.
Этот эффект реализуется спомощью устройств, способных осуществлять задержку акустического илиэлектрического сигналов. Таким устройством сейчас чаще всего служит цифроваялиния задержки, представляющая собой цепочку из элементарных ячеек — триггеровзадержки. Для наших целей достаточно знать, что принцип действия триггеразадержки сводится к следующему: двоичный сигнал, поступивший в некоторыйтактовый момент времени на его вход, появится на его выходе не мгновенно, атолько в очередной тактовый момент. Общее время задержки в линии тем больше,чем больше триггеров задержки включено в цепочку, и тем меньше, чем меньшетактовый интервал (чем больше тактовая частота). В качестве цифровых линийзадержки можно использовать запоминающие устройства.
Разумеется, для примененияцифровой линии задержки сигнал должен быть сначала преобразован в цифровуюформу. А после прохождения его копии через линию задержки происходит обратное,цифро-аналоговое преобразование. Исходный сигнал и его задержанная копия могутбыть раздельно направлены в различные стереоканалы, но могут быть и смешаны вразличных пропорциях. Суммарный сигнал может быть направлен либо в один изстереоканалов, либо в оба.
В звуковых редакторах дилэйреализуется программным (математическим) путем за счет изменения относительнойнумерации отсчетов исходного сигнала и его копии.
В основу звуковых эффектовфлэнжер (Flanger) и фэйзер (Phaser) также положена задержка сигнала.
Эффект повторного звучания можетбыть вызван и распространением звука от источника к приемнику различными путями(например, звук может приходить, во-первых, напрямую и, во-вторых, отразившисьот препятствия, находящегося чуть в стороне от прямого пути). И в том, и вдругом случаях время задержки остается постоянным. В реальной жизни этомусоответствует маловероятная ситуация, когда источник звука, приемник звука иотражающие предметы неподвижны относительно друг друга. При этом частота звукане изменяется, каким бы путем и в какое бы ухо он не приходил.
Если же какой-либо из трехэлементов подвижен, то частота принимаемого звука не может оставаться той же,что и частота звука переданного. Это есть ни что иное, как проявление эффектаДоплера.
И флэнжер, и фэйзер имитируютпроявления взаимного перемещения трех элементов: источника, приемника иотражателя звука. По сути дела, и тот, и другой эффекты представляют собойсочетание задержки звукового сигнала с частотной или фазовой модуляцией. Разницамежду ними чисто количественная, флэнжер отличается от фейзера тем, что дляпервого эффекта время задержки копии (или времена задержек копий) и изменениечастот, сигнала значительно большее, чем для второго. Образно говоря, флэнжернаблюдался бы в том случае, когда певец мчался бы к зрителю, сидящему в зале,со скоростью автомобиля. А вот для того, чтобы ощутить фэйзер в его, таксказать, первозданном виде, движущегося источника звука не требуется, зрителюдостаточно часто-часто вертеть головой из стороны в сторону.
Упомянутые количественныеотличия эффектов приводят и к отличиям качественным: во-первых, звуки,обработанные ими, приобретают различные акустические и музыкальные свойства,во-вторых, эффекты реализуются различными техническими средствами.
Значения времени задержек,характерных для флэнжера, существенно превышают период звукового колебания,поэтому для реализации эффекта используют многоразрядные и многоотводныецифровые линии задержки. С каждого из отводов снимается свой сигнал, который всвою очередь подвергается частотной модуляции.
Для фэйзера, наоборот,характерно очень маленькое время задержки. Оно столь мало, что оказывается сравнимос периодом звукового колебания. При столь малых относительных сдвигах принятоговорить уже не о задержке копий сигнала во времени, а о разности их фаз. Еслиэта разность фаз не остается постоянной, а изменяется по периодическому закону,то мы имеем дело с эффектом фейзера. Так что можно считать фейзер предельнымслучаем флэнжера.
Чтобы получить флэнжер, вместоодной акустической системы использовали несколько систем, размещенных наразличных расстояниях от слушателей. В необходимые моменты производилипоочередное подключение источника сигнала к акустическим системам такимобразом, что создавалось впечатление приближения или удаления источника звука. Задержкузвука выполняли и с помощью магнитофонов со сквозным трактом запись/воспроизведение. Одна головка записывает, другая — воспроизводит звук сзадержкой на время, необходимое для перемещения ленты от головки к головке. Длячастотной модуляции особых мер можно было и не придумывать. Каждому аналоговомумагнитофону присущ естественный недостаток, называемый детонацией, котораяпроявляется в виде «плавания» звука. Стоило чуть-чуть специальноусилить этот эффект, изменяя напряжение, питающее двигатель, и получаласьчастотная модуляция.
Для реализации фэйзера методамианалоговой техники использовали цепочки фазовращателей, управляемыхэлектрическим путем. А иногда можно было наблюдать и такую картину: вакустической системе, подключенной к ЭМИ или электрогитаре, вдруг начиналовращаться что-то вроде вентилятора. Звук пересекался с подвижными лопастями иотражался от них, получалась фазовая модуляция.
Реверберация [Reverb] относитсяк наиболее интересным и популярным звуковым эффектам. Сущность реверберациизаключается в том, что исходный звуковой сигнал смешивается со своими копиями,задержанными относительно него на различные временные интервалы. Этимреверберация напоминает дилэй. Однако при реверберации число задержанных копийсигнала может быть значительно больше, чем для дилэя. Теоретически число копийможет быть бесконечным. Кроме того, при реверберации, чем больше времязапаздывания копии сигнала, тем меньше ее амплитуда (громкость). Эффект зависитот того, каковы временные промежутки между копиями сигналов и какова скоростьуменьшения уровней их громкости. Если промежутки между копиями малы, то получаетсясобственно эффект реверберации. Возникает ощущение объемного гулкого помещения.Звуки музыкальных инструментов становятся сочными, объемными, с богатымтембровым составом. Голоса певцов приобретают напевность, недостатки, присущиеим, становятся малозаметными.
Если промежутки между копиямивелики (более 100 мс), то правильнее говорить не об эффекте реверберации, а обэффекте «эхо». Интервалы между соответствующими звуками при этомстановятся различимыми. Звуки перестают сливаться, кажутся отражениями отудаленных преград.
Основным элементом, реализующимэффект реверберации, является устройство, создающее эхо-сигнал.
Эхо-камера представляет собойкомнату с сильно отражающими стенами, в которую помещен источник звуковогосигнала (громкоговоритель) и приемник (микрофон). Преимущество эхо-камерысостоит в том, что затухание звука происходит в ней естественным путем (чтоочень трудно обеспечить другими способами). В то время как звук продолжаетреверберировать в трех измерениях, исходная волна разбивается на множествоотраженных, которые достигают микрофона за уменьшающиеся промежутки времени.
Наряду с эхо-камерами дляимитации реверберации использовали стальные пластины, точнее, довольно большиепо размеру листы. Колебания в них вводили и снимали с помощью устройств, поконструкции и принципу действия похожих на электромагнитные головные телефоны. Дляполучения удовлетворительной равномерности амплитудно-частотной характеристикитолщина листа должна быть выдержана с точностью, которую не обеспечиваютобычные технологии проката стали. Реверберация здесь была не трехмерной, аплоской. Сигнал имел характерный металлический оттенок.
В середине 60-х годов дляполучения эффекта реверберации стали применять пружинные ревербераторы. Спомощью электромагнитного преобразователя, соединенного с одним из концовпружины, в ней возбуждались механические колебания, которые с задержкойдостигали второго конца пружины, связанного с датчиком. Эффект повторения звукаобусловлен многократным отражением волн механических колебаний от концовпружины.
На смену этим несовершеннымустройствам пришли ревербераторы магнитофонные. Принцип формирования в нихэхо-сигнала состоит в том, что исходный сигнал записывается на лентузаписывающей магнитной головкой, а через время, необходимое для перемещенияленты к воспроизводящей головке, считывается ею. Через цепь обратной связиуменьшенный по амплитуде задержанный сигнал вновь подается на запись, что исоздает эффект многократного отражения звука с постепенным затуханием. Качествозвука определяется параметрами магнитофона. Недостаток магнитофонногоревербератора заключается в том, что при приемлемых скоростях протяжки лентыудается получить только эффект эха. Для получения собственно реверберациитребуется либо еще сильнее сблизить магнитные головки (чего не позволяетсделать их конструкция), либо значительно увеличить скорость движения ленты.
С развитием цифровой техники ипоявлением интегральных микросхем, содержащих в одном корпусе сотни и тысячицифровых триггеров (о которых мы уже говорили) появилась возможность создаватьвысококачественные цифровые ревербераторы. В таких устройствах сигнал можетбыть задержан на любое время, необходимое как для получения реверберации, так идля получения эха.
В звуковых картах реверберация,в конечном счете, основана именно на цифровой задержке сигналов.
Наблюдая этапы развития средствреверберации, можно предположить, что когда-нибудь появятся и математическиемодели пружинных и магнитофонных ревербераторов. Ведь не исключено, что естьлюди, испытывающие ностальгические чувства по отношению к звукам музыки,окрашенным дребезгом пружин или шипением магнитной ленты.10. Саундтреки
Саундтреки — это музыка кфильмам. Этот жанр считается очень выгодным: для оркестрантов (сыграл один раз,а получил как за целую гастрольную поездку), для дирижера (для солидных фильмовобычно и оркестры приглашаются хорошие, а руководить такими — одно удовольствие),длякомпозитора (услышать свою партитуру в великолепном исполнении — такоесейчас мало кому удается).
Самые яркие саундтрекистановятся символом фильма, оркестровые темы путешествуют из серии в серию (тотже марш из «Звездных войн» открывает все «эпизоды»), ДжеймсХорнер стал настолько известным именно из-за своей музыки к Титанику, кстати,он сам и дирижировал оркестром. В корпорации Sony есть отдел, которыйзанимается исключительно продажей музыки к фильмам. Он так и называется: Sonymusic soundtrax.
Обычно саундтреки исполняютсятолько один раз — при записи в студии. Но для хитов делаются исключения. Например,весной этого года в московской консерватории исполнялась музыка к фильму «Пианино».Был аншлаг.
Слово саундтрэк так прочно вошлов повседневный язык, что часто слышишь что-то вроде: «Шостакович. Романсиз саундтрэка к кинофильму „Овод“.
Sony Cinescore — программа длясоздания профессиональных саундтреков и озвучивания видеоматериалов. Cinescoreавтоматически генерирует неограниченное число музыкальных композиций, используялегальные темы, охватывающие практически все музыкальные жанры и направления. Можносоздавать аудиодорожку определенной длины, увеличивать или уменьшать темп,чтобы музыка соответствовала происходящему на экране. В базе программымножество свободно распространяемых музыкальных тем.
Cinescore устанавливает новыеуровни индивидуального приспособления к требованиям пользователя, качества иточности в мире профессионального создания саундтреков. Обеспечиваетсявозможность автоматического создания неограниченного числа музыкальныхкомпозиций с использованием наборов бесплатных тем в широком разнообразиипопулярных стилей.
Cinescore генерируетнеограниченное число полностью оркестрованных композиций, индивидуальноподобранных для видеосюжета в точном соответствии с заданной длительностью. Можноотрегулировать параметры, такие как настроение, темп и интенсивность длясоздания из сложных песен любых коротких и приятных аранжировок саундтреков. ПОCinescore предоставляет необходимые инструментальные средства и гибкость длясоздания индивидуального звучания песен с полным управлением звуковым сопровождением.
С помощью программы можнополучить полный контроль над медиасредствами и создать свой индивидуальныйсаундтрек с возможностью точной подстройки уровня, панорамирования, высоты тонаи темпа.
Программа Cinescore импортируетразнообразные файловые форматы для простого создания проектов, включая AVI,AIF, BMP, JPG, MP3, видео MPEG 1 и MPEG 2, PCA, PSD, QT, SWF, WAV и WMV. Можносоздавать динамичные и эффектные музыкальные треки для фильмов, слайд-шоу,рекламные ролики и радиопрограммы одним щелчком мыши, осуществлять экспорт впопулярных форматах, таких как MPEG-2 для DVD и MPEG-4 для портативныхмедиа-плееров.
Список используемой литературы
1. Чеппел Д. Создаём свою компьютерную студию звукозаписи. Триумф, 2007.
2. Червяков А. Звукозапись и обработка звука в программе Audacity.
3. Козюренко Ю.И. Звукозапись с микрофона. Altex,2008.
4. Севашко А.В. Звукорежиссура и запись фонограмм. Профессиональноеруководство. Altex, 2008.
5. Журнал Stereo&Video
6. www.stereo.ru