Рефераты на технические темы

Качество записи и воспроизведения звуков реальных источников зависит от бесконечного количества факторов, но выделить основные составляющие все-таки можно и нужно:

> аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

>• цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП);

> тракт микширования и усиления звуковых сигналов;

> помещение, в котором производится запись;

> микрофон.

Не станем сейчас рассматривать первые три пункта этого перечня, о них речь пойдет ниже.

В библиотеках все еще можно найти книги [1, 17, 38, 41, 49, 67, 69], в которых перечисляются и обосновываются требования к помещениям, предназначенным для звукозаписи, приводятся варианты планировки студий, разъясняются меры, направленные на снижение уровня электрических и акустических помех. На этом вопросе мы также не станем задерживать ваше внимание, ибо, к сожалению, все подобные рекомендации стоят умопомрачительно дорого и в домашних условиях вряд ли реализуемы. Ясно одно:

живой звук с помощью микрофона надо записывать в помещении, где уровень шумов (в том числе и вызванных работающим компьютером) минимален. Правда, применение компьютерной обработки звукового сигнала позволяет частично избавиться от записанных посторонних звуков и шумов, что оставляет некоторую надежду на получение терпимого (для демо-версий) качества записи, выполненной в необорудованном помещении. Желательно также, чтобы уровень звуков, отраженных от стен и предметов обстановки, был минимальным. Общеизвестно, что для этого следует оборудовать помещение звукопоглощающими материалами. В работе [38] для этих целей рекомендуется использовать ковры.

Запись звука с микрофона при наличии перспективы дальнейшей обработки с помощью редакторов класса Cool Edit с точки зрения распределения уровней и времени реверберации звуковых волн смягчает требования к помещению студии. Не следует заботиться столь же тщательно, как и при аналоговых методах обработки записываемого сигнала, о том, чтобы помещение студии обеспечивало заданную естественную реверберацию. Пусть лучше отраженные сигналы совсем не попадают на микрофон. Звуковые редакторы позволяют имитировать акустические свойства практически любых помещений.

Работ, в которых рассказывается о принципах действия микрофонов различного типа, их характеристиках и применении довольно много. Вот только некоторые: [1, 17, 38, 75]. Однако большинство из них изданы относительно давно и к настоящему времени стали малодоступны. Когда эти книги издавались, проблема выбора микрофона существовала лишь теоретически. Ныне ситуация противоположная: микрофонов в ярких упаковках сколько угодно в любом ларьке с радиотехническим уклоном, не говоря уж о специализированных магазинах. Глаза разбегаются. Что выбрать? Давайте разберемся в этом, не слишком глубоко вдаваясь в технические аспекты.

Принцип действия микрофона заключается в преобразовании звуковых колебаний в электрические таким образом, чтобы содержащаяся в звуке информация не претерпевала заметных изменений. Для этого микрофон должен отвечать следующим требованиям:

> при рабочих уровнях звука микрофон должен вырабатывать электрический сигнал, в достаточной мере превышающий уровень собственных электрических шумов;

> вырабатываемый сигнал не должен иметь существенных искажений;

“Чем значение выше, тем лучше”.

Например, микрофон с высокой чувствительностью хорош в подслушивающем устройстве для записи звука с большого расстояния. Но тот же микрофон малопригоден в руке солиста, поющего в сопровождении оркестра, т. к. он будет воспринимать не только голос певца, но и искаженные при распространении звуки музыкальных инструментов. Для правильной передачи звучания басовых музыкальных инструментов не обязательно использовать микрофон с высокой верхней граничной рабочей частотой. Хотя, чем шире рабочий диапазон частот (чем меньше нижняя и больше верхняя граничные частоты), тем универсальнее микрофон.

Одним из важнейших показателей при выборе микрофона является характеристика его пространственной направленности. Графически ее изображают в полярных координатах в виде диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.

По виду характеристики направленности микрофоны делят на три основных типа: ненаправленные, двусторонне и односторонне направленные.

Двусторонне направленные микрофоны обладают одинаковой чувствительностью как с фронтальной, так и с тыльной стороны. Диаграмма направленности напоминает цифру “8” (рис. 1.4, б)

Обратим ваше внимание на то обстоятельство, что представленные на рисунках диаграммы направленности идеализированы. Важно понимать, что реальные характеристики направленности близки к этим идеализациям только в пределах узкого диапазона частот. Особенно сильно сказывается зависимость вида диаграммы направленности от частоты для ненаправленных микрофонов. Чем выше частота, тем меньше телесный угол, в пределах которого ненаправленный микрофон воспринимает звуковые волны.

На рис. 1.4, кроме идеализированных диаграмм направленности, представлены реальные характеристики направленности соответствующих микрофонов в рабочем диапазоне частот.

Пренебрежение подобными реалиями может привести к грубым ошибкам. Например, если запись группы вокалистов производится одним ненаправленным микрофоном, то исполнителей с более высокими голосами следует размещать так, чтобы микрофон был нацелен на них фронтальной стороной. В противном, случае, будет нарушено соотношение громкостей и отдельные голоса будут подвержены амплитудно-частотным искажениям.

Наряду с диаграммой направленности, другой не менее важной характеристикой микрофона является его частотная характеристика. Принципиальным требованием к частотной характеристике является ее равномерность. Чем равномернее ЧХ микрофона, тем правильнее он передает тембр голоса певца или инструмента. При использовании микрофона в системе звукоусиления концертного зала неравномерность ЧХ микрофона является одной из причин возникновения неприятного для ушей публики эффекта — самовозбуждения акустической системы.

На рис. 1.7 и 1.8 в качестве примера представлены ЧХ микрофонов МД-78 и МКЭ-2. По оси абсцисс отложено значение частоты в герцах, а по оси ординат — чувствительность микрофона в логарифмических единицах (децибелах).

На рис. 1.8 показана зависимость чувствительности микрофона МЭК-2 от частоты для фронтального (0°) и противоположного ему тылового (180°) направлений.

Из рис. 1.7 видно, что осевая частотная характеристика микрофона МД-78 сильно зависит от расстояния, на котором микрофон находится от источника звука. Сравнивая рис. 1.7 и 1.8, можно сделать вывод о том, что ЧХ электрет-ного микрофона существенно равномернее ЧХ микрофона динамического.

При выборе микрофона следует учитывать как всю совокупность его технических характеристик, так и условия записи, поэтому конкретные рекомендации дать довольно трудно. Однако общие правила выбора микрофона все же существуют [38].

Ненаправленный микрофон можно применять при записи пения и музыки в сильно заглушенном помещении. Его же следует использовать для передачи общей акустической обстановки при многомикрофонной записи.

В помещениях с жесткими параллельными ограничивающими поверхностями (полупустых комнатах с необработанными в акустическом отношении стенами) могут возникнуть так называемые стоячие волны. Стоячие волны представляют собой собственные колебания в объемном резонаторе, в роли которого выступает помещение с недостаточным затуханием звуковых колебаний. Частоты стоячих волн связаны с размерами помещения. Собственные акустические колебания возникают на частотах, при которых тот или иной размер помещения оказывается кратным половине длины волны. В прямоугольном помещении возможно одновременное существование множества стоячих волн кратных частот (мод колебаний). Скорость распространения звука составляет около 330 м/с, поэтому вдоль того измерения помещения, которое составляет, например, 3 м, возникнут собственные акустические колебания с частотами 55, 110, 165 Гц, и т. д. Наибольшей интенсивностью характеризуются самые низкочастотные моды. По мере увеличения частот собственных колебаний их амплитуды уменьшаются. Поэтому в помещении, имеющем большие высоту, ширину и длину, стоячие волны проявляют себя слабее, ведь частоты наиболее интенсивных мод оказываются ниже нижней границы частотного диапазона микрофона. Влияние стоячих волн заключается в искажении спектрального состава записываемого сигнала. В различных точках помещения амплитуды собственных резонансных частот оказываются различными, поэтому тембр одного и того же источника звука зависит отточки расположения микрофона. Особенно сильно резонансные свойства помещения и неравномерность частотной характеристики микрофона проявляются тогда, когда источник звука формирует широкополосный сигнал, способный возбудить колебания практически на любых резонансных частотах. Это характерно для некоторых ударных инструментов. При записи же речи и пения может происходить неестественное подчеркивание свистящих и шипящих согласных: с, х, т, ц, щ.

Параметры а, р и L (рис. 1.9) определяют уровни сигналов, приходящих к микрофону, тембры источников звука, соотношение между уровнями полезного и мешающих сигналов. При повороте микрофона вокруг своей оси и увеличении угла а из-за отличия формы диаграммы направленности от круговой происходит изменение уровня записываемого сигнала. Аналогичным образом влияет и увеличение угла р. Изменение любого из этих двух углов приводит к завалу высших частот, что сказывается на тембре записываемого звука. Особенно сильно это проявляется в заглушенных помещениях и в случаях, когда расстояние L мало, т. к. основное значение имеет прямой звук, энергия которого в точке М меняется значительно. При больших L или при использовании гулкого помещения доля отраженных звуковых волн, попадающих в микрофон, достаточно велика, и поэтому частотные искажения менее заметны. Для ленточного микрофона, у которого характеристика направленности почти не зависит от частоты, изменение угла а не приводит к частотным искажениям. Наилучшие условия для записи будут в том случае, когда ее = 0 и р = 0.

Без заметного искажения тембра, вызванного интерференцией прямого и отраженного сигналов, микрофон можно приближать к какой-либо отражающей поверхности на расстояние, составляющее величину не менее 1—1,5 м.

Все усилия по повышению качества записи могут оказаться напрасными, если не соблюдать очевидных правил. Одной из распространенных ошибок является ручное использование микрофона. Его можно считать оправданным только при записи голоса исполнителя, находящегося в движении. Ручное использование микрофона требует большого опыта. Наблюдая по телевизору певцов, едва ли не жонглирующих микрофоном, знайте, что в большинстве случаев вы слышите не “живое” исполнение, а фонограмму. Большинство исполнителей, получивших в руки микрофон, не умеют правильно им пользоваться. Наиболее частыми ошибками являются использование микрофона на слишком близком расстоянии, излишне резкие и ненужные движения им, движение пальцев, охватывающих микрофон. В крайнем случае, с этим можно смириться при однократном “живом” исполнении, но никак не во время сеанса записи.

Микрофон следует надежно закрепить с помощью эластичного материала на стойке с “журавлем”, ножки которой также должны быть снабжены амортизаторами, предотвращающими воздействие на микрофон помех (ударов, вибрации), распространяющихся по стенам и полу помещения.

При дополнении композиций, записанных в исполнении синтезированных MIDI-инструментов, записями партий реальных музыкальных инструментов необходимо представлять себе особенности их звучания [40]. Это поможет верно выбрать тип микрофона, определить наилучшее взаимное расположение микрофона и музыкального инструмента, а также избежать искажения его натурального звучания.

Частотные диапазоны обертонов инструментов показаны на рисунке серыми полосами. Особое звучание того или иного инструмента определяется распределением амплитуд всех частот — и основных, и обертонов.

Музыкальные инструменты отличаются и силой, звучания. Пиковые мощности звучания инструментов составляют: 25 Вт для большого барабана, 12 Вт для малого барабана, 6 Вт для тромбона, 0,4 Вт для фортепиано, 0,3 Вт для саксофона, 0,05 Вт для кларнета. Учитывать различия в этих цифрах необходимо для того, чтобы при записи верно передать баланс уровней громкостей инструментов, а также для правильного выбора расстояния L и чувствительности микрофона, исключающего нелинейные искажения, вызванные перегрузкой микрофона и усилительного тракта.

В состав струнно-смычковой группы входят скрипки, альты, виолончели и контрабас. Разумеется, в банках MIDI-инструментов все перечисленные инструменты имеются, но заменить живую скрипку и виолончель никакой, даже самый совершенный алгоритм синтеза, не в состоянии.

Скрипка — самый маленький инструмент этой группы, обладающий самым высоким голосом. Наибольшая часть звуковой энергии (особенно высоких звуков) излучается с передней стороны скрипки. Поэтому при записи рекомендуется [38] направлять микрофон на прорези (эфы) в верхней деке инструмента.

Для некоторых звуков виолончели, особенно басовых, характерен подчеркнутый резонанс. Это может дать нежелательный эффект, особенно в том случае, когда частоты этих звуков совпадут с какой-либо из собственных частот помещения, максимумами ЧХ микрофона или элементов усилительного тракта.

Контрабас —сложный для записи инструмент, на звучание которого акустические свойства помещения оказывают наиболее сильное влияние. Субъективно это воспринимается как неясность, тусклость, плохая четкость нижних частот. Попытки устранения этого дефекта путем подъема нижних частот в процессе частотной коррекции положительных результатов не дают. При записи ансамбля рядом с контрабасом обязательно должен быть установлен отдельный микрофон.

К наиболее популярным инструментам группы деревянных духовых инструментов относятся флейта и кларнет.

Особенность звучания флейты состоит в том, что даже в заглушенном помещении она сохраняет воздушность и ясность. Для инструмента характерно наличие регистров, в которых уровень звучания довольно слабый. Поэтому микрофон следует размещать ближе, но не настолько, чтобы в записи прослушивались специфические шумы: свистящие звуки струи воздуха, рассекаемой краями амбушюрного отверстия инструмента.

Наиболее популярны инструменты, входящие в группу медных духовых — труба и тромбон.

Труба обладает самым ярким по тембру звучанием среди инструментов медной духовой группы. При громкой игре в верхнем регистре она хорошо слышна даже на фоне мощно звучащего оркестра. При тихой игре или игре с сурдиной ее можно размещать вблизи микрофона. В общем случае из-за сильно выраженной направленности ее следует размещать сбоку от оси микрофона.

Тромбон обладает более низким по регистру звучанием, чем труба. Громкость звучания особенно велика в диапазоне от 2 000 до 3 000 Гц. Так как в этом диапазоне находится максимум спектральной чувствительности уха, то при одновременной записи нескольких инструментов тромбон желательно располагать в стороне от микрофона и на достаточном расстоянии от него.

Из инструментов, не входящих в оркестровые группы, рассмотрим лишь р о яль. Его важнейшей частью, определяющей акустические свойства инструмента, является резонансная дека, установленная под струнами и рамой, вклеенная краями в корпус инструмента.

Звуки рояля издаются в основном верхней стороной деки и после отражения от крышки инструмента направлены преимущественно параллельно струнам. Однако общая направленность инструмента зависит от частоты звука и особенно ощущается при больших расстояниях до микрофона. У рояля различают несколько характерных зон направленности (рис. 1.11).

Звуковысотный диапазон певческого голоса определяется интервалом между наиболее низкой и высокой нотами, которые певец в состоянии воспроизвести. Певческие голоса делятся по высоте на мужские (бас, баритон и тенор) и женские (контральто, меццо-сопрано, сопрано и колоратурное сопрано) . Диапазоны основных групп певческих голосов распределяются следующим образом: 82—349 Гц для баса, 110—392 Гц для баритона, 132—523 Гц для тенора, 165—698 Гц для контральто, 220—880 Гц для меццо-сопрано, 262— 1046 Гц для сопрано и 330—1397 Гц для колоратурного сопрано [39]. Такие “некруглые” цифры обусловлены тем, что классификация певческих голосов, сложившаяся в далеком историческом прошлом, была привязана вовсе не к частотам, измеряемым в герцах, а к определенным нотам определенных октав.

Голоса певцов, несмотря на все их разнообразие, характеризуются общими закономерностями: сильной выраженностью высоких обертонов с частотами 2 500—3 000 Гц (верхняя певческая форманта) и наличием низкой певческой форманты в области 300—600 Гц. Верхняя певческая форманта придает голосу певца серебристый оттенок, нижняя — впечатление мягкости и массивности. Даже небольшой завал этих частот трактом звукозаписи приводит к значительному искажению тембра голоса. Недостаток в голосе певца этих частот можно попытаться компенсировать частотной коррекцией с помощью соответствующих фильтров.

Хороший певец должен владеть приемом вибрато: интенсивность извлекаемого звука при этом колеблется с частотой 5—7 Гц. Это позволяет не только обогатить тембр голоса, придать ему особую окраску, но и скрыть некоторые характерные недостатки: небольшие неровности звука по интенсивности, неточность интонации, гнусавость. При отсутствии вибрато или недостаточно хорошей технике исполнения микрофон подчеркнет все указанные недостатки.

Пение отличается от обычной разговорной речи большей мощностью и громкостью. Если запись проводится в заглушенном помещении, то исполнителю кажется, что его голос звучит слабо и тихо. Невольно он будет стараться достичь привычной громкости и форсировать звук. Микрофон неизбежно подчеркнет неестественность пения.

Динамический диапазон (максимальная разница в силе голоса между форте и пиано) у профессиональных певцов достигает 20—45 дБ. Динамический диапазон певцов-любителей не превышает 10 дБ.

Маловероятный вариант записи пения в сопровождении аккомпанирующего инструмента мы не станем рассматривать, т. к. в случае использования компьютерной звуковой студии можно предварительно создать фонограмму аккомпанемента.

В процессе общения с читателями книги “Персональный оркестр... в персональном компьютере” нам приходилось слышать приблизительно такое мнение: “Из контекста книги следует, что авторы ориентируют читателей не на самые совершенные звуковые карты. Многие примеры относятся к картам Sound Blaster AWE32 и Sound Blaster AWE64, хотя известно, что для этих звуковых карт характерен относительно большой уровень собственных шумов”. На это замечание можно ответить следующим образом.

Да, действительно, заявленный изготовителем уровень шумов SB AWE32 (— 80 дБ) выше, чем, например, заявленный (другим изготовителем) уровень шумов Turtle Beach Multisound Pinnacle (—96 дБ). Но, во-первых, для новой модели Sound Blaster фирмы Creative Technology Ltd. — звуковой карты SB AWE64 Gold — заявлен уровень собственных шумов — 90 дБ.

Во-вторых, многие заявления любых производителей о тех или иных возможностях своих продуктов требуют дополнительной проверки. Для ее проведения требуются измерительные приборы, способные оценить столь высокие параметры, не внося погрешностей, вызванных их собственными шумами. Не случайно в рамках соответствующей конференции FIDO на месяцы и уже даже на годы растянулись дискуссии поклонников звуковых карт различных фирм. Если научиться улавливать смысл этих высказываний, замаскированный специфическим жаргоном, то можно узнать много интересного. Например, можно встретить оценки реальных шумовых характеристик звуковых карт, которые сильно отличаются (в худшую сторону) от заявленных всеми без исключения производителями.

В-третьих, мы и не утверждаем, что продукция фирмы Creative Technology Ltd., безусловно, самая лучшая в мире. Мы убеждены только в том, что звуковые карты класса SB AWE32 обладают достаточно высокими показателями при цене, делающей их доступными для массового пользователя компьютера и не очень богатого любителя компьютерной музыки.

MIDI-КОМПОЗИЦИИ можно делать на чем угодно. Шумовые свойства звуковой карты на качество MIDI-КОМПОЗИЦИИ (в процессе ее создания) не влияют. От них зависит только качество ее воспроизведения. А уж готовый MIDI-файл можно 'проигрывать на самом дорогом и малошумящем MIDI-синтезаторе. С записью живого звука дело обстоит, конечно, не так хорошо. Если уж звук записан с повышенным уровнем шума, то избавиться от него будет очень непросто. Поэтому мы не устаем повторять, что наши книги не для профессионалов, а для любителей, и эта книга не о том, как выпустить альбом на CD, а как научиться решать основные проблемы при создании демонстрационной версии композиции, с которой не стыдно будет, предъявляя ваши творческие возможности, обращаться к профессионалам в области звукозаписи и шоу-бизнеса.

> разрядность АЦП/ЦАП звуковой карты;

> диапазон частот дискретизации.

О методах синтеза музыкальных звуков мы достаточно подробно рассказывали в [63]. В современных звуковых картах по-прежнему применяется частотный синтез звуков (FM-синтез), но это делается в основном в целях обеспечения поддержки старых игр. Основным методом синтеза в настоящее время является волновой метод, или, как его еще называют, метод волновых таблиц (WT-синтез).

Возможно, это несколько субъективно, и кто-то с нами не согласится, но после первого же сравнения звучания MIDI-инструментов в FM- и WT-вариан-тах мы безоговорочно решили для себя, что FM-инструменты не стоят того, чтобы тратить на них время. Поэтому дальше речь пойдет только о WT-синте-заторах звуковых карт.

Разрядность звуковой карты существенно влияет на качество звука. Однако перед тем как перейти к более детальному обсуждению этого вопроса, следует пояснить, что речь идет о разрядности АЦП и ЦАП. Звуковые карты двойного назначения имеют в своем составе одновременно два функционально независимых узла: WT-синтезатор и устройство оцифровки звуковых сигналов, поступающих с внешнего источника. В каждый из узлов входит как минимум по одному ЦАП. В устройстве оцифровки, кроме того, имеется АЦП. В недавнем прошлом прямое указание на разрядность звуковой карты содержалось в ее названии в виде числа 16. Тем самым изготовители подчеркивали, что в их продукции качество цифрового звука как бы соответствует качеству звука лазерного проигрывателя, а не какой-нибудь там 8-битной карты. В дальнейшем 16 разрядов в ЦАП/АЦП стали нормой, а числа “32” или “64” в названиях стали означать совсем другое — максимальное количество одновременно звучащих голосов синтезатора звуковой карты (полифонию).

Некоторые высококачественные звуковые карты оборудованы 18-битными и даже 20-битными ЦАП/АЦП. Звуковые редакторы, работая с любыми звуковыми картами, в том числе и 16-битными, в процессе преобразований отсчетов сигнала используют арифметику с разрядностью двоичного представления числа, превышающей 16. Это позволяет уменьшить погрешность, накапливающуюся в процессе выполнения сложных алгоритмов обработки, которая в противном случае проявлялась бы как искажение звука.

В звуковых редакторах существует операция нормализации амплитуды сигнала. После ее применения наименьшее значение сигнала станет равным верхнему уровню младшего кванта, а наибольшее — нижнему уровню старшего кванта (на рис. 1.12 — это числа 6 и 1). Таким образом, от ограничения сигнал сверху и снизу будет защищен промежутками, шириной в один квант. Разумеется, если при записи уже имело место ограничение амплитуды, то нормализация не избавит сигнал от искажения.

Для нормированного сигнала относительная величина максимальной погрешности квантования равна 1/N, где N — число уровней квантования. Этой же величиной, представленной в логарифмических единицах (децибелах), оценивается уровень шумов квантования АЦП звуковой карты. Уровень шумов квантования определяется по формуле: Д = 201д(1/1\1).ДлятрехразрядногоАЦП (см. рис. 1.12) N=8, иД= — 18 дБ; для восьмиразрядного—М==256,Д= —48дБ;

для шестнадцатиразрядного — N=65 536, Д= —96 дБ; для восемнадцатиразрядного АЦП N=262 144, Д= — 108 дБ; и для двадцатиразрядного АЦП N= 1 648 576, Д= — 120дБ. Эти цифры наглядно демонстрируют, что с ростом разрядности АЦП шум квантования уменьшается. Приемлемым считается 16-разрядное представление сигнала, являющееся в настоящее время стандартным для воспроизведения звука, записанного в цифровой форме. С точки зрения снижения уровня шумов квантования дальнейшее увеличение разрядности АЦП нецелесообразно, т. к. уровень шумов, возникших по другим причинам (тепловые шумы, а также импульсные помехи, генерируемые элементами схем компьютера и распространяющиеся либо по цепям питания, либо в виде электромагнитных волн), все равно оказывается значительно выше, чем —96дБ.

Однако увеличение разрядности АЦП обусловлено еще одним фактором — стремлением расширить его динамический диапазон. Мы уже говорили о динамическом диапазоне звука. Динамический диапазон некоторого устройства обработки может быть определен выражением D=201g(Smax/S,nin), где S^ax и Smin — максимальное и минимальное значения сигнала, который может быть преобразован в цифровую форму без искажения и потери информации. Вы уже, наверное, догадались, что минимальный сигнал не может быть меньше, чем напряжение, соответствующее одному кванту, а максимальный — не должен превышать величины напряжения, соответствующего N квантам. Поэтому выражение для динамического диапазона АЦП звуковой карты примет вид:

В принципе, существуют методы и устройства сжатия (компрессии) динамического диапазона звука, и мы еще будем говорить о них. Но то, что они проделывают со звуком, как ни смягчай формулировки, все равно искажает его. Именно поэтому так важно для оцифровки звука использовать АЦП, имеющий максимальное количество разрядов. Владелец 16-битной звуковой карты может еще раз взглянуть на табл. 1.1. с тем, чтобы убедиться в отсутствии особых причин для расстройства: динамические диапазоны большинства источников звука вполне соответствуют динамическому диапазону такой звуковой карты. Кроме того, 18-битное или 20-битное представление сигнала применяется только на этапе обработки звука. Конечная аудиопродукция (CD и DAT) реализуется в 16-битном формате.

После того как мы немного разобрались с разрядностью звуковой карты, пришло время поговорить о частоте дискретизации.

В процессе работы АЦП происходит не только квантование сигнала по уровню, но и его дискретизация во времени. Сигнал, непрерывно изменяющийся во времени, заменяют рядом отсчетов этого сигнала. Обычно отсчеты сигнала берутся через одинаковые промежутки времени. Интуитивно ясно, что если отсчеты отстоят друг от друга на слишком большие интервалы, то при дискретизации может произойти потеря информации: если важные изменения сигнала произойдут не в те моменты, когда были взяты отсчеты, они могут быть “пропущены” преобразователем. Получается, что отсчеты следует брать с максимальной частотой. Естественным пределом служит быстродействие преобразователя. Кроме того, чем больше отсчетов приходится на единицу времени, тем больший размер памяти необходим для хранения информации.

Проблема отыскания разумного компромисса между частотой взятия отсчетов сигнала и расходованием ресурсов трактов преобразования и передачи информации возникла задолго до того, как на свет появились первые звуковые карты. В результате исследований было сформулировано правило, которое в отечественной научно-технической литературе принято называть теоремой Котельникова [Котельников В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости.— М., Госэнергоиздат, 1956].

Из сказанного следует, что восстановить без искажений можно только сигнал, спектр которого ограничен некоторой частотой F^ax- Теоретически все реальные сигналы имеют бесконечные спектры. Для того чтобы при дискретизации избежать искажений, вызванных этим обстоятельством, сигнал вначале пропускают через фильтр, подавляющий в нем все частоты, которые превышают заданное значение Fmaxi и лишь затем производят дискретизацию. Согласно теореме Котел-ьникова частота, с которой следует брать отсчеты, составляет Рд = 2Fmax- Теорема получена для идеализированных условий. Если учесть некоторые реальные свойства сигналов и устройств преобразования, то частоту дискретизации следует выбирать с некоторым запасом по сравнению со значением, полученным из предыдущего выражения.

В стандарте CD частота дискретизации равна 44,1 кГц. Для цифровых звуковых магнитофонов [25] стандартная частота дискретизации составляет 48 кГц. Звуковые карты, как правило, способны работать в широком диапазоне частот дискретизации. Важно, чтобы максимальное значение частоты дискретизации было не менее 44,1 кГц, в противном случае качества звучания CD достичь не удастся. Следует различать частоту дискретизации в АЦП/ЦАП, предназначенных для оцифровки внешних сигналов, и частоту дискретизации в ЦАП WT-синтезатора звуковой карты. Значение последней может не совпадать с указанными стандартными значениями.

Довольно часто изготовители, доказывая преимущество своих звуковых карт, подчеркивают еще два обстоятельства:

> наличие у звуковой карты выхода, на котором информация представлена в цифровой форме;

> наличие дуплексного режима прямого доступа к памяти.

Действительно, если звуковая карта имеет выход, на который сигналы поступают не в аналоговой (после ЦАП), а в цифровой форме, то это позволяет уменьшить искажения, связанные с дополнительными преобразованиями при дальнейшей цифровой обработке сигнала вне звуковой карты. Это становится актуальным при записи композиции на CD или DAT.

Начнем с критики микрофона, который прилагается к современным моделям Sound Blaster. Микрофон так и называется: Creative Microphone. И хотя он имеет неплохие частотные характеристики — диапазон частот от 100 до 16 000 Гц, при неравномерности частотной характеристики ±4дБ — использовать его для записи музыки не следует. Он может служить средством общения при голосовой модемной связи или источником сигналов для подачи команд компьютеру, но для звукозаписи он имеет слишком много недостатков:

легкая подставка без амортизаторов, жесткое крепление к ней микрофона, отсутствие на микрофоне ветрозащиты, короткий кабель. Поэтому приобретите микрофон посолиднее. Но при этом учтите ряд обстоятельств.

Имейте в виду, что микрофонный вход большинства звуковых карт (в частности, семейства Sound Blaster AWE) рассчитан на подключение конденсаторного электретного микрофона. Это означает, что, во-первых, входное сопротивление звуковой карты соответствует выходному сопротивлению электретного микрофона, во-вторых, чувствительность входного усилителя соответствует уровню напряжения на выходе электретного микрофона. Кроме того, в целях создания удобства пользования электретным микрофоном, требующим для своей работы внешнего питания, для подключения единственного монофонического микрофона используется трехконтактный разъем, который в стандартном варианте применения служит для подключения источника стереосигналов. В данном случае его контакты выполняют следующие функции: через концевой контакт к звуковой карте подключается сигнальный провод микрофонного кабеля, на средний контакт подается питающее микрофон напряжение +5 В, оставшийся третий контакт соединяет экран кабеля с общим проводом звуковой карты. Из сказанного следует, что при подключении “неродного” микрофона необходимо разобраться в схеме распайки проводников микрофонного кабеля на контактах его разъема.

Использовать микрофоны других типов со звуковыми картами, рассчитанными на электретные микрофоны, не рекомендуется, т. к. из-за несоответствия входного и выходного сопротивлений, чувствительности микрофонного входа карты и уровня выходного сигнала микрофона могут возникнуть значительные частотные и нелинейные искажения.

Некоторые звуковые карты имеют переключатели Dynamic/Condenser для выбора типа микрофона.

Перейдем к вопросу о количестве микрофонов, которые можно подключить к звуковой карте.

После внимательного изучения технической документации на звуковую карту вы можете разочароваться: на карте удалось найти только один разъем для подключения микрофона, да и тот, как только что мы выяснили, имеет лишь один сигнальный контакт. Значит, к звуковой карте можно подключить только один микрофон. Самое интересное, что подавляющее большинство звуковых карт других типов (за исключением нескольких самых дорогих, специально предназначенных для многоканальной записи) имеют по одному микрофонному входу. Выходит, что с мечтой о сте-реозаписи голоса певца или акустических музыкальных инструментов нужно расстаться? И да,и нет.

ная технология в наши дни применяется не так часто, как раньше: пожалуй, лишь при записи оркестров, театральных постановок, т. е. в тех случаях, когда необходимо обеспечить высокую верность воспроизведения имеющегося звукового материала с сохранением естественной акустики помещения.

Основу современной технологии записи голосов певцов и акустических музыкальных инструментов составляет монофоническая запись с последующим расщеплением моносигнала на два канала и применением различных эффектов: задержки сигнала, реверберации и т. д. — в целях получения эффекта распределения источников звука по стереопанораме. Эти и им подобные операции выполняются с помощью специального дорогостоящего студийного оборудования, но их может проделать и компьютер, оснащенный звуковой картой и звуковым редактором. Если вы сомневаетесь в реальности получения стереозаписей такого рода с помощью единственного микрофона, обратите внимание на многочисленные музыкальные видеоклипы. Аппаратура студии звукозаписи имеет столь привлекательный вид, что приобрела не только техническую но и эстетическую ценность. Редкий певец или композитор откажет себе в удовольствии поместить в клип кадры, снятые непосредственно в студии. Вот и припомните, сколько микрофонов размещено, например, перед поющими в студии (разумеется, не одновременно) И. Аллегровой или А. Апиной? Большой, красивый, с защитой от любых вибраций, дорогой, но... один.

В наши дни несколько трансформировались художественные цели, которые ставят перед собой творцы музыкальных произведений, записанных и тиражированных на современных носителях. На второй план ушло стремление к точности передачи звуковой атмосферы зала и голоса певца. Появились технические возможности для того, чтобы получить из исходного аудиоматери-ала звук, обладающий почти любыми заранее заданными свойствами.

Таким образом, наличие только одного микрофонного входа у звуковой карты не препятствует дополнению композиций, исполненных MIDI-инструмен-тами, стереофоническими записями вокала и акустических инструментов.

Мысль написать этот маленький параграф возникла у нас после общения с несколькими самодеятельными музыкантами, выступающими в составе рок-группы. Как оказалось, эти ребята хотели бы использовать в своем творчестве компьютер, но, непременно, сочетая MIDI-КОМПОЗИЦИИ с записью партий в исполнении электрогитар. Они задали нам довольно много вопросов, ответы на которые содержатся на страницах этой книги. А самый первый и самый несложный вопрос касался того, каким образом подключить электрогитару к звуковой карте.

Частично ответом на этот вопрос можно считать материал о подключении микрофона к звуковой карте. Выходное напряжение некоторых электрогитар сравнимо с выходным напряжением микрофона, поэтому они могут быть подключены у. микрофонному входу звуковой карты. Если при этом не слышны искажения, вызванные ограничением амплитуды из-за перегрузки микрофонного входа, то все в порядке. Если нелинейные искажения заметны, подключать такую гитару к микрофонному входу нельзя. Для гитар с большим уровнем сигнала на выходе (содержащих встроенные предварительные усилители), так же как и для гитар, к которым подключены педали, управляющие различными эффектами, существуют другие способы подключения к звуковой карте.

Мы уже говорили, что у рассматриваемых в качестве примера звуковых карт семейства AWE имеется линейный стереовход. Это еще одна возможность подключения одной гитары со стереофоническим выходом или двух монофонических гитар. Разъем линейного входа [Jack) размещен на задней планке звуковой карты. Для подключения электрогитары к линейному входу карты ее сигнальный шнур должен оканчиваться штекером, идентичным штекеру головных телефонов, подключаемых к обычному плейеру.

Возможно, до подключения внешнего микшера с целью увеличения числа сигнальных входов звуковой карты дело у вас дойдет не очень скоро. А вот микшером, встроенным в звуковую карту, придется пользоваться частенько. О нем сейчас и пойдет речь, но не сразу, а после того, как мы уясним, что в процессе работы с компьютерной музыкой приходится использовать микшеры двух разновидностей: виртуальные и аппаратные.

Виртуальные микшеры существуют в виде составных частей музыкальных редакторов. Суть работы этих микшеров сводится к преобразованию ваших манипуляций мышью в соответствующие MIDI-сообщения или команды, запускающие подпрограммы математической обработки записанных аудиодан-ных. Число каналов в таких микшерах практически не ограничено. Особенности работы с виртуальным микшером одного из музыкальных редакторов мы рассмотрим ниже.

Сейчас же речь пойдет о микшере, реализованном аппаратным путем. Подобные узлы, незначительно отличающиеся друг от друга, имеются в каждой звуковой карте. Как мы и предупреждали, в качестве основы для анализа взята звуковая карта семейства Sound Blaster AWE. Возможности аппаратного микшера звуковой карты следующие:

^ раздельная регулировка тембра по низким и высоким частотам (многие считают наличие этих регулировок недостатком SB AWE, так как велика вероятность того, что вы можете забыть вернуть регуляторы тембра в нейтральное положение, и запись будет выполнена с частотными искажениями);

> общая регулировка уровня суммарного звукового сигнала, поступающего на линейный выход звуковой карты (Master);

> общая регулировка уровня звукового сигнала, поступающего к динамику PC (весьма бесполезная возможность, которая годится лишь для управления громкостью звука метронома музыкального редактора, если вы направили его в динамик PC);

> раздельные регулировки стереобаланса для всех звуковых источников и выходов за исключением микрофона и спикера.

Следует сразу же оговориться, что использовать аппаратный микшер можно только для предварительной установки тех или иных параметров. Его применению в процессе собственно записи препятствует недостаточное количество уровней квантования регулируемых с его помощью величин. Поэтому регулировка громкости в процессе воспроизведения, например, компакт-диска будет осуществляться скачками. Заметим, что ничего подобного при работе с виртуальными микшерами звуковых редакторов (на той же самой звуковой карте) не происходит. Однако без аппаратного микшера все равно не обойтись.

Для управления микшером служат специальные программы. Они могут немного отличаться друг от друга по внешнему виду панели управления, но суть у всех одна и та же. Поэтому рассмотрим одну из наиболее популярных подобных программ — Creative Mixer. Программа поставляется вместе со звуковыми картами фирмы Creative Labs. Запустив программу, вы увидите изображение панели микшера, показанное на рис. 1.13.

При этом возможны три основных режима отображения информации: отображение уровней суммарных сигналов в правом и левом каналах (рис. 1.14);

Режимы переключаются щелчком левой кнопкой мыши по полю индикатора. В последнем режиме существует три варианта отображения информации:

Заметим, что использовать индикаторную панель в процессе записи в звуковых редакторах не следует.

С помощью кнопок, находящихся в левой части панели, можно оптимизировать площадь, занимаемую микшером на экране.

Верхняя кнопка сворачивает панель. Следующая за ней — минимизирует, превращая его в иконку.

Микшер с регуляторами уровней

Всплывающее меню установок

Детальному анализу способов сэмплирования посвящена гл. 3. Сейчас же наша задача состоит лишь в том, чтобы уяснить смысл этого слова.

Сэмплирование — это запись образцов звучания (сэмплов) того или иного реального музыкального инструмента. Сэмплирование является основой волнового синтеза (WT-синтеза) музыкальных звуков. Если при частотном синтезе (FM-синтезе) новые звучания получают за счет разнообразной обработки простейших стандартных колебаний, то основой WT-синтеза являются заранее записанные звуки традиционных музыкальных инструментов или звуки, сопровождающие различные процессы в природе и технике. С сэмплами можно делать все, что угодно. Можно оставить их такими, как есть, и WT-синтезатор будет звучать голосами, почти неотличимыми от голосов инструментов-первоисточников. Можно подвергнуть сэмплы модуляции, фильтрации, воздействию эффектов и получить самые фантастические, неземные звуки.

В принципе, сэмпл — это ни что иное, как сохраненная в памяти синтезатора последовательность цифровых отсчетов, получившихся в результате анало-го-цифрового преобразования звука музыкального инструмента. Если бы не существовала проблема экономии памяти, то звучание каждой ноты можно было бы записать в исполнении каждого музыкального инструмента. А игра на таком синтезаторе представляла бы собой воспроизведение этих записей в необходимые моменты времени. Но если идти по такому пути, то пришлось бы хранить в памяти множество вариантов звучания каждой ноты, причем все они должны отличаться протяженностью звучания, динамикой звукоизв-лечения и т. д. На это не хватит никакого объема памяти. Поэтому сэмплы хранятся в памяти не в том виде, в каком они получаются сразу же после прохождения АЦП. Запись подвергается хирургическому воздействию, делится на характерные части [фазы): начало, протяженный участок, завершение звука. В зависимости от применяемой фирменной технологии эти части могут делиться на еще более мелкие фрагменты. В памяти хранится не вся запись, а лишь минимально необходимая для ее восстановления информация о каждом из фрагментов. Изменение протяженности звучания производится за счет управления числом повторений отдельных фрагментов.

В целях еще большей экономии памяти был разработан способ синтеза, позволяющий хранить сэмплы не для каждой ноты, а лишь для некоторых. В этом случае изменения высоты звучания достигается путем изменения скорости воспроизведения сэмпла.

В звуковых картах находят применение несколько синтезаторов различных фирм. В гл. 3 мы подробно рассмотрим наиболее распространенный в наши дни синтезатор EMU8000. Популярность этого устройства не случайна. Достаточно высокое качество работы сочетается в нем с относительно небольшой ценой. О перспективности EMU8000 свидетельствует тот факт, что для него разработано программное обеспечение, позволяющее не только эксплуатировать готовые сэмплы, но и создавать свои собственные.

Рассматривая требования к АЦП и ЦАП звуковой карты, мы уже коснулись двух проблем: борьбы с искажениями и борьбы с шумами. Эти проблемы тесно связаны друг с другом.

Конечно, природа искажений многообразна. В тракте запись-передача-воспроизведение звук подвергается амплитудным, частотным, фазовым и нелинейным искажениям. Сейчас речь пойдет о компрессии динамического диапазона сигнала, как о способе борьбы с нелинейными искажениями, вызванными ограничением амплитуды звуковых колебаний из-за перегрузки элементов звукового тракта. Причина возникновения таких искажений заключается в несоответствии динамических диапазонов звукового сигнала и аппаратуры, по которой этот сигнал проходит. Если бы звуковой сигнал можно было заранее проанализировать, выявить те фрагменты, где он достигает максимумов, то, в принципе, перегрузку тракта можно было бы исключить. Для этого достаточно было бы так отрегулировать уровень сигнала, поступающего, например, от микрофона, чтобы даже пиковые его уровни находились в пределах динамического диапазона. Правда, здесь имеется сразу два “но”.

За много лет до того, как впервые прозвучало словосочетание “звуковая карта”, аналогичные проблемы были вынуждены решать разработчики магнитофонов, аппаратуры озвучивания кинофильмов, а затем и вообще звуко-усилительных устройств студий и концертных залов. В результате настойчивых изысканий было предложено несколько способов решения проблемы, которые отличаются деталями, но имеют общую сущность. Идея очень проста, и может быть выражена буквально одной фразой: для того чтобы не происходило ни перегрузки тракта сильными сигналами, ни маскирования слабых сигналов шумами, следует слабые сигналы усиливать, а сильные ослаблять, т. е. сужать динамический диапазон.

Сужение динамического диапазона перед записью сигнала обеспечивает прибор, называемый компандером. При воспроизведении записи для восстановления прежнего динамического диапазона используют прибор, носящий название экспандер.

В рамках общей идеи шумоподавления придумано много конкретных методов и устройств, отличающихся друг от друга деталями. Некоторые методы предполагают деление всего спектра сигнала на несколько диапазонов и раздельную регулировку уровня различных спектральных составляющих. Методы отличаются и алгоритмами вычисления пороговых уровней, после сравнения с которыми вырабатывается решение о том или ином преобразовании сигнала.

Так, например, наиболее распространенная система шумопонижения типа Dolby А позволяет существенно улучшить эффективность магнитных и оптических носителей аналоговых записей и систем связи, служащих для передачи звуковых программ [78]. Система Dolby А основана на принципе компан-дирования, но только для сигналов низкого уровня и раздельно в четырех частотных поддиапазонах. В каждом из поддиапазонов определяется общий уровень частотных составляющих сигнала. Если он оказывается ниже порогового значения, то в процессе записи сигнал усиливается, а при воспроизведении, наоборот,ослабляется.

Система Dolby А базируется на полученном экспериментально так называемом спектральном окне аналоговой ленты. Вид спектрального окна представлен на рис. 1.25.

шумам ленты. Закрашенная область в верхней части рисунка — область значительных нелинейных искажений. При записи сигнала, используя систему шумоподавления, следует стремиться к тому, чтобы значения спектральных составляющих находились в незакрашенной области рисунка.

Поскольку ныне применяются цифровые носители записи, практически свободные от того, что принято называть собственными шумами, изменяются и подходы к шумоподавлению. На первый план теперь выдвигаются ограничения, обусловленные не свойствами материала носителя записи, а особенностями слухового аппарата человека. Новая система шумопонижения Dolby SR, основанная на так называемом принципе наименьшего воздействия, учитывает не только спектральное окно носителя, но и окно слышимости человека, представленное на рис. 1.26.

Верхняя граница окна соответствует оглушительному звуку, соседствующему с болевым ощущением. Нижняя граница определяется порогом слышимости.

Если микрофон подключен ко входу звуковой.карты, то она оказывается совершенно незащищенной от опасности перегрузки. Делать нечего. Остается только воспитывать исполнителей, не устанавливать микрофон слишком близко к источнику звука и занижать уровень входного сигнала регулятором микшера.

Если в двух словах попытаться дать определение слову “фильтрация”, то оно будет выглядеть примерно так: фильтрация — это процесс обработки электрического звукового сигнала частотно-избирательными устройствами с целью изменения спектрального состава (тембра) сигнала. Задачами такой обработки могут быть:

> амплитудно-частотная коррекция сигнала (усиление или ослабление отдельных частотных составляющих);

^ полное подавление спектра сигнала или шумов в определенной полосе частот.

Основой фильтров, реализованных программным путем в составе звуковых редакторов, служит спектральный анализ. Как известно, любой реальный сигнал может быть представлен в виде набора коэффициентов разложения в ряд по гармоническим (синусоидальным и косинусоидальным) функциям. Фильтрация сводится к умножению спектральных коэффициентов на соответствующие значения передаточной функции фильтра. Если спектр представлен в комплексной форме, то сигнал описывается совокупностью амплитудного и фазового спектров (АС и ФС), а фильтры — амплитудно-частотными и фазочастотными характеристиками (АЧХ и ФЧХ). АЧХ представляет собой зависимость коэффициента передачи фильтра от частоты. ФЧХ отражает сдвиг фазы выходного сигнала по отношению к входному в зависимости от частоты. В этом случае фильтрация эквивалентна умножению АС на АЧХ и алгебраическому сложению ФС с ФЧХ.

Классический спектральный анализ из-за наличия большого количества операций умножения требует огромных затрат процессорного времени и при значительном числе отсчетов сигнала неосуществим в реальном масштабе времени. Для сокращения времени спектрального анализа дискретных сигналов разработаны специальные алгоритмы, учитывающие наличие связей между различными отсчетами сигнала и устраняющие повторяющиеся операции. Одним из таких алгоритмов является быстрое преобразование Фурье (БПФ). С применением БПФ вы познакомитесь в гл. 2. Особенность этого алгоритма состоит в том, что он допускает не любое, а лишь строго определенное количество отсчетов сигнала.

В зависимости от расположения полосы пропускания на оси частот фильтры подразделяются на:

> фильтры нижних частот (ФНЧ), типичные АЧХ и ФЧХ которых показаны на рис. 1.27;

> фильтры верхних частот (ФВЧ), их АЧХ и ФЧХ показаны на рис. 1.28;

> полоснопропускающие (полосовые) фильтры (рис. 1.29);

> полоснозадерживающие (режекторные) фильтры (рис. 1.30).

Использование звуковых карт, плат оцифровки звука и звуковых редакторов предоставляет компьютерному музыканту довольно широкие возможности по применению в музыкальных композициях различных звуковых эффектов и приемов обработки.

Звуковые эффекты могут быть реализованы аппаратным путем, и тогда их можно использовать в реальном времени, как, например, это сделано в высококачественных звуковых картах. Для этого в их состав включены цифровые сигнальные процессоры. Цифровой сигнальный процессор (Digital Signal Processor— DSP) позволяет обрабатывать звуковые сигналы в реальном времени. В основе его принципа действия лежит аналого-цифровое преобразование сигнала с последующей обработкой, основанной на нескольких алгоритмах цифровой фильтрации и задержки [12, 13]. Правда, полноценный DSP чрезвычайно дорог, поэтому применяется только в специализированных устройствах профессионального назначения. Звуковые процессоры звуковых карт представляют собой значительно упрощенные аналоги полноценных DSP. Обычно они не позволяют использовать одновременно большое число эффектов. Кроме того, почти все эффекты реализуются, к сожалению, одновременно для всех каналов. Выбор эффектов и управление их параметрами производится по интерфейсу MIDI с помощью MIDI-манипуляторов. В составе большинства музыкальных редакторов имеется соответствующий интерфейс, позволяющий управлять манипуляторами эффектов различными способами. Чаще всего это делается путем построения графика изменения параметра эффекта. Манипулятор эффекта может быть также связан с одним из регуляторов виртуального микшера, входящего в состав музыкального редактора.

В самом общем смысле суть эффекта вибрато заключается в периодическом изменении одного из параметров звукового колебания: амплитуды, частоты или фазы. Изменение (колебание) параметра происходит с очень малой частотой — единицы герц. Различают амплитудное, частотное и фазовое вибрато. В любом случае результатом является обогащение спектра исходного колебания. Читатели, знакомые с основами радиотехники, понимают, что, по сути дела, происходит модуляция звукового колебания низкочастотным сигналом. Законы физики неумолимы — спектр сигнала при этом действительно расширяется.

Кроме того, имеется еще и тембровое вибрато, о котором мы поговорим чуть позже.

Как и многие другие электронные звуковые эффекты, вибрато имеет свои естественные прототипы, уходящие корнями в народную и классическую инструментальную и вокальную музыку.

Владение приемом вибрато отличает очень хорошего певца от просто хорошего. Скрипка в руках талантливого музыканта потому и звучит так божественно, что, совершая едва заметные перемещения прижимающими струны пальцами вдоль грифа, он осуществляет частотное вибрато. Частотное вибрато — причина необычайно задушевного голоса балалайки при исполнении лирических мелодий. Тремоло (частный случай амплитудного вибрато) является основным приемом игры на мандолине, домре и балалайке.

Тембр сигнала с амплитудным вибрато богаче по сравнению с тембром исходного сигнала. С таким спектром можно проделывать различные манипуляции, например, изменять уровни спектральных составляющих с помощью фильтров.

Степень проявления эффекта характеризуется глубиной вибрато: m = ДЗ/S, где Д5 — максимальное изменение амплитуды сигнала с вибрато, S — амплитуда исходного сигнала. Диапазон допустимых значений глубины вибрато составляет от 0 до 1, а оптимальная с точки зрения художественного результата частота амплитудного вибрато — б—8 Гц.

Особой разновидностью амплитудного вибрато является тремоло. Отличительными признаками тремоло являются относительно высокая частота вибрации (10—12 Гц), максимальная глубина эффекта (m = 1) и импульсная форма результирующего сигнала.

В аналоговых устройствах амплитудное вибрато реализуется с помощью перемножителей сигналов. Существует множество различных принципиальных схем устройств вибрато [15, 16, 48, 100]. Основная проблема аналоговых устройств — неполное подавление управляющего сигнала. При большой глубине вибрато это проявляется в виде ясно прослушивающегося стука с частотой модуляции.

Компьютерные музыканты встретятся с двумя вариантами реализации амплитудного вибрато: аппаратным и программным. Аппаратный способ предполагает наличие в структуре звуковой карты усилителей с управляемым коэффициентом усиления. Программный способ заключается в перемножении значений цифровых отсчетов звуковых колебаний со значениями отсчетов функции (обычно синусоидальной), описывающей управляющий сигнал.

Суть частотного вибрато заключается в периодическом изменении частоты звукового колебания.

Красивое звучание получается только в том случае, когда глубина частотного вибрато (относительное изменение частоты звука) невелика. Как известно, в соответствии с хроматической гаммой введена единица музыкальных интервалов, в 1200 раз меньшая, чем октава — цент [II]. Интервал между соседними полутонами в темперированной гамме равен в точности 100 центам. Колебание высоты тона при частотном вибрато не должно превышать нескольких десятков центов. В противном случае, создается впечатление нарушения строя инструмента.

Частотное вибрато используется и само по себе, и входит в качестве составной части в более сложные звуковые эффекты.

С точки зрения технической реализации очень близким к частотному вибрато является эффект (точнее говоря, исполнительский прием) глиссандо. При игре, например, на фортепиано этот прием означает скольжение одного или нескольких пальцев по клавишам. В электронной музыке под глиссандо понимают перестройку высоты взятых нот. Диапазон перестройки может достигать интервала, превышающего октаву. Ручным регулятором изменяют или напряжение, или цифровой код, которые, в свою очередь, управляют частотой опорного генератора. В электронных музыкальных синтезаторах и MIDI-клавиатурах для исполнения глиссандо имеется специальный орган управления — колесо или рукоятка, а стандартом MIDI предусмотрено специальное сообщение — Pitch Bend Change, передаваемое при изменении состояния манипуляторов высоты тональной перестройки. Эти средства позволяют, в отличие от первых ЭМИ, выполнять не только глиссандо, но и ручное (иногда говорят — пальцевое) частотное вибрато. Закон колебания высоты звука подчиняется воле исполнителя, и эффект перестает быть механическим и монотонным.

Эффект тембрового вибрато также предназначен для изменения спектра звуковых колебаний. Физическая сущность этого эффекта состоит в том, что исходное колебание с богатым тембром пропускается через полосовой частотный фильтр, у которого периодически изменяется либо частота настройки, либо полоса пропускания, либо по различным законам изменяются оба параметра. При этом фильтр выделяет из всего спектра исходного колебания те частотные составляющие, которые попадают в “мгновенную” полосу его пропускания. Так как полоса пропускания изменяется по ширине и перемещается по частоте, то тембр сигала периодически изменяется.

Кроме автоматического тембрового вибрато, используют еще и ручное (чаще даже “ножное” — с управлением от педали). Такой вариант эффекта известен под названиями “Вау-вау” или “квакушка”.

Необыкновенно красиво звучит электрогитара, сигнал которой пропущен через блок тембрового вибрато, если цикл перестройки фильтра синхронизирован с моментом возникновения колебания струны. Звук каждого очередного аккорда перетекает от одного края своей спектральной области до другого.

Тембровое вибрато имеется в арсенале средств звуковых редакторов.

Дилэй (Delay) в переводе означает “задержка”. Необходимость в этом эффекте возникла с появлением стереофонии. Сама природа слухового аппарата человека предполагает в большинстве ситуаций поступление в мозг двух звуковых сигналов, отличающихся временем прихода. Если источник звука находится “перед глазами”, на перпендикуляре, проведенном к линии, проходящей через уши, то прямой звук от источника достигает обоих ушей в одно и то же время. Во всех остальных случаях расстояния от источника до ушей различны, поэтому либо одно, либо другое ухо воспринимает звук первым.

Дилэй применяется, прежде всего, в том случае, когда запись голоса или акустического музыкального инструмента, выполненную с помощью единственного микрофона, встраивают в стереофоническую композицию. Этот эффект служит основой технологии создания стереозаписей. Подробные рекомендации по применению задержки в этих целях приведены в очень интересной серии статей [82]. Но дилэй может применяться и для получения эффекта однократного повторения каких-либо звуков. Величина задержки между прямым сигналом и его задержанной копией в этом случае выбирается большей, чем естественная задержка в 8 мс. Какая именно задержка должна быть выбрана? Ответ на этот вопрос определяется несколькими факторами. Прежде всего, следует руководствоваться эстетическими критериями, художественной целью и здравым смыслом. Для коротких и резких звуков время задержки, при котором основной сигнал и его копия различимы меньше, чем для протяженных звуков. Для произведений, исполняемых в медленном темпе, задержка может быть больше, чем для быстрых композиций,

В работе [54] представлены данные исследований, из которых следует, что при определенных соотношениях громкостей прямого и задержанного сигнала может иметь место психоакустический эффект изменения кажущегося расположения источника звука на стереопанораме. Согласитесь, что, например, скачки рояля с места на место по ходу прослушивания произведения очень трудно обосновать как с эстетических позиций, так и с точки зрения верности воспроизведения реального звучания. Как и любой эффект, дилэй нужно применять в разумных пределах и не обязательно на протяжении всей композиции.

Этот эффект реализуется с помощью устройств, способных осуществлять задержку акустического или электрического сигналов. Таким устройством сейчас чаще всего служит цифровая линия задержки, представляющая собой цепочку из элементарных ячеек—триггеров задержки. Для наших целей достаточно знать, что принцип действия триггера задержки сводится к следующему: двоичный сигнал, поступивший в некоторый тактовый момент времени на его вход, появится на его выходе не мгновенно, а только в очередной тактовый момент. Общее время задержки в линии тем больше, чем больше триггеров задержки включено в цепочку, и тем меньше, чем меньше тактовый интервал (чем больше тактовая частота). В качестве цифровых линий задержки можно использовать запоминающие устройства. Известны специальные алгоритмы адресации ячеек запоминающих устройств, обеспечивающие “скольжение” информации “вдоль” адресного пространства.

В звуковых редакторах дилэй реализуется программным (математическим) путем за счет изменения относительной нумерации отсчетов исходного сигнала и его копии.

В основу звуковых эффектов флэнжер (Flanger) и фэйзер (Phaser) также положена задержка сигнала. В чем заключается отличие этих эффектов от дилэя?

Как мы уже сказали, дилэй имитирует эффект неодновременного восприятия мозгом человека звуковых сигналов, поступающих в уши. Эффект повторного звучания может быть вызван и распространением звука от источника к приемнику различными путями (например, звук может приходить, во-первых, напрямую и, во-вторых, отразившись от препятствия, находящегося чуть в стороне от прямого пути). И в том, и в другом случаях время задержки остается постоянным. В реальной жизни этому соответствует маловероятная ситуация, когда источник звука, приемник звука и отражающие предметы неподвижны относительно друг друга. При этом частота звука не изменяется, каким бы путем и в какое бы ухо он не приходил.

Если же какой-либо из трех элементов подвижен, то частота принимаемого звука не может оставаться той же, что и частота звука переданного. Это есть ни что иное, как проявление того самого эффекта Доплера, который в школьных учебниках традиционно поясняется на примере изменения высоты звучания гудка движущегося паровоза.

Итак, реальные музыкальные звуки при распространении претерпевают не только расщепление на несколько волн и различную (для каждой из них) задержку, но и неодинаковое для различных спектральных составляющих изменение частот.

Если же говорить серьезно, то упомянутые количественные отличия 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 многоотводные цифровые линии задержки. С каждого из отводов снимается свой сигнал, который в свою очередь подвергается частотной модуляции.

Для фэйзера, наоборот, характерно очень маленькое время задержки. Оно столь мало, что оказывается сравнимо с периодом звукового колебания. При столь малых относительных сдвигах принято говорить уже не о задержке копий сигнала во времени, а о разности их фаз. Если эта разность фаз не остается постоянной, а изменяется по периодическому закону, то мы имеем дело с эффектом фейзера. Так что можно считать фейзер предельным случаем флэнжера. Но если внимательно прочитать еще раз этот абзац, то можно увидеть, что фейзер — это ни что иное, как фазовое вибрато.

Чего только не придумывали в относительно старые времена, чтобы реализовать эти эффекты [16, 22]!

Например, чтобы получить флэнжер, вместо одной акустической системы использовали несколько систем, размещенных на различных расстояниях от слушателей. В необходимые моменты производили поочередное подключение источника сигнала к акустическим системам таким образом, что создавалось впечатление приближения или удаления источника звука. Задержку звука выполняли и с помощью магнитофонов со сквозным трактом запись/ воспроизведение. Одна головка записывает, другая — воспроизводит звук с задержкой на время, необходимое для перемещения ленты от головки к головке. Для частотной модуляции особых мер можно было и не придумывать. Каждому аналоговому магнитофону присущ естественный недостаток, называемый детонацией, которая проявляется в виде “плавания” звука. Стоило чуть-чуть специально усилить этот эффект, изменяя напряжение, питающее двигатель, и получалась частотная модуляция.

Хорус (Chorus) проявляется как эффект исполнения одного и того же звука или всей партии не одним-единственным инструментом или певцом, а несколькими.

Искусственно выполненный эффект является моделью звучания настоящего хора. В том, что хоровое пение или одновременное звучание нескольких музыкальных инструментов украшает и оживляет музыкальное произведение, сомнений, вероятно, нет ни у кого.

С одной стороны, голоса певцов и звуки инструментов при исполнении одинаковой ноты должны звучать одинаково, и к этому стремятся и музыканты, и дирижер. Но из-за индивидуальных различий источников звук все равно получается разным. В пространстве, тракте звукоусиления и в слуховом аппарате человека эти слегка неодинаковые колебания взаимодействуют, образуются так называемые биения. Спектр звука обогащается и, самое главное, течет, переливается.

Можно считать, что предельным случаем хоруса является одновременное звучание слегка отличающихся по частоте двух источников — унисон.

Унисон был известен задолго до появления синтезаторов. В основе сочного и живого звучания двенадцатиструнной гитары, аккордеона, баяна, гармони лежит унисон. В аккордеоне, например, звук каждой ноты генерируется узлом, содержащим два источника колебаний (язычка), специально настроенных в разлив — с небольшой (в единицы герц) разницей в частотах. В двенадцатиструнной гитаре звук извлекается одновременно из пары струн. Разница в частотах образуется естественным путем из-за невозможности идеально одинаково настроить струны инструмента.

Вот именно наличие этой ничтожной разницы в частотах голосов певцов или инструментов и служит причиной красивого звучания унисона (для двух голосов) или хоруса (для двух и более голосов).

В цифровых электромузыкальных инструментах, напротив, частоты пары вторичных генераторов могут быть сформированы абсолютно равными друг другу, В таком звучании отсутствует жизнь, потому что оно слишком правильное. Для оживления электронного звучания и для создания впечатления игры нескольких инструментов и используют хорус.

В итоге получается сигнал, в котором звуковые волны как бы “плывут” с разными скоростями. Один раз за время, пропорциональное произведению периодов колебаний разностных частот, сигналы складываются в фазе, и образуется “девятый вал” — максимум огибающей звуковых колебаний; один раз за это же время канальные сигналы складываются в противофазе, и получается “впадина между волнами” — минимум огибающей. В итоге образуется сигнал, спектр которого непрерывно изменяется, причем период полного цикла этого изменения столь велик, что повторяемость спектральных свойств сигнала не ощущается.

Реверберация [Reverb] относится к наиболее интересным и популярным звуковым эффектам. Сущность реверберации заключается в том, что исходный звуковой сигнал смешивается со своими копиями, задержанными относительно него на различные временные интервалы. Этим реверберация напоминает дилэй. Однако при реверберации число задержанных копий сигнала может быть значительно больше, чем для дилэя. Теоретически число копий может быть бесконечным. Кроме того, при реверберации, чем больше время запаздывания копии сигнала, тем меньше ее амплитуда (громкость). Эффект зависит от того, каковы временные промежутки между копиями сигналов и какова скорость уменьшения уровней их громкости. Если промежутки междукопиями малы, то получается собственно эффект реверберации. Возникает ощущение объемного гулкого помещения. Звуки музыкальных инструментов становятся сочными, объемными, с богатым тембровым составом. Голоса певцов приобретают напевность, недостатки, присущие им, становятся малозаметными.

Основным элементом, реализующим эффект реверберации, является устройство, создающее эхо-сигнал.

Интересна история развития таких устройств. Первоначально радиостудии и солидные концертные залы содержали эхо-камеры. Эхо-камера представляет собой комнату с сильно отражающими стенами, в которую помещен источник звукового сигнала (громкоговоритель) и приемник (микрофон). По сути дела, такая эхо-камера является уменьшенной моделью реального зрительного зала, в котором не всегда удается создать необходимую акустическую атмосферу. В эхо-камере с трудом, но можно было в некоторых пределах управлять распределением интенсивностей и времени распространения переотраженных сигналов, устанавливая отражающие или поглощающие звук перегородки. Преимущество эхо-камеры состоит в том, что затухание звука происходит в ней естественным путем (что очень трудно обеспечить другими способами). В то время как звук продолжает реверберировать в трех измерениях, исходная волна разбивается на множество отраженных, которые достигают микрофона за уменьшающиеся промежутки времени. Недостатки эхо-камер связаны с их относительно малыми размерами, при этом вследствие собственных резонансов, о которых мы уже говорили, рассматривая вопросы применения микрофонов, спектр сигнала искажается в области средних частот. Определенную проблему представляет надежная звукоизоляция помещения эхо-камеры. Но самое главное заключается в том, что эхо-камера не может служить распространенным инструментом получения искусственной реверберации, т. к. она слишком дорога.

Наряду с эхо-камерами для имитации реверберации использовали стальные пластины, точнее, довольно большие по размеру листы. Колебания в них вводили и снимали с помощью устройств, по конструкции и принципу действия похожих на электромагнитные головные телефоны. Для получения удовлетворительной равномерности амплитудно-частотной характеристики толщина листа должна быть выдержана с точностью, которую не обеспечивают обычные технологии проката стали. Реверберация здесь была не трехмерной, а плоской. Сигнал имел характерный металлический оттенок.

На смену этим несовершенным устройствам пришли ревербераторы магнитофонные. Принцип формирования в них эхо-сигнала состоит в том, что исходный сигнал записывается на ленту записывающей магнитной головкой, а через время, необходимое для перемещения ленты к воспроизводящей головке, считывается ею. Через цепь обратной связи уменьшенный по амплитуде задержанный сигнал вновь подается на запись, что и создает эффект многократного отражения звука с постепенным затуханием. Качество звука определяется параметрами магнитофона. Недостаток магнитофонного ревербератора заключается в том, что при приемлемых скоростях протяжки ленты удается получить только эффект эха. Для получения собственно реверберации требуется либо еще сильнее сблизить магнитные головки (чего не позволяет сделать их конструкция), либо значительно увеличить скорость движения ленты.

С развитием цифровой техники и появлением интегральных микросхем, содержащих в одном корпусе сотни и тысячи цифровых триггеров (о которых мы уже говорили) появилась возможность создавать высококачественные цифровые ревербераторы. В таких устройствах сигнал может быть задержан на любое время, необходимое как для получения реверберации, так и для получения эха. Ревербератор отличается от рассмотренного выше цифрового устройства, реализующего дилэй, только тем, что содержит обратную связь, необходимую для формирования затухающих повторений сигнала. Такие ревербераторы широко используются сейчас не только музыкантами и звукорежиссерами [12, 45, 48, 69], но и любителями радиосвязи [2], установившими, что умеренная реверберация способствует повышению разборчивости речи.

Наблюдая этапы развития средств реверберации, можно предположить, что когда-нибудь появятся и математические модели пружинных и магнитофонных ревербераторов. Ведь не исключено, что есть люди, испытывающие ностальгические чувства по отношению к звукам музыки, окрашенным дребезгом пружин или шипением магнитной ленты. В этом нет ничего удивительного, ведь, скажем, предусмотрен для чего-то среди эффектов стандарта GM звук, сопровождающий перемещение пальцев по грифу гитары при переходе от одного аккорда к другому. Выходит, что это и не посторонняя помеха вовсе, а неотъемлемый элемент голоса гитары.

Конечной целью сведения стереозаписи является придание ей той формы, которая пригодна для тиражирования на стандартных носителях, таких, например, как магнитная лента компакт-кассет или компакт-диски. Тиражирование производится с образцовой фонограммы. Она является как бы эталоном, записью максимально высокого качества. В остальном эта фонограмма полностью совпадает со своими копиями, поступающими в продажу. Для записи, например, на магнитную ленту эталонная фонограмма должна содержать две дорожки с сигналами левого и правого каналов. А исходный материал, накапливающийся в процессе работы над композицией, может быть рассосредоточен по самым различным носителям и средствам записи и обработки звука: аналоговым и цифровым магнитофонам, секвенсорам, реализованным “в железе”, MIDI-и WAVE-трекам музыкальных и звуковых редакторов. Число треков, хранящих фрагменты фонограмм или отдельные партии, может доходить до нескольких десятков, и для их воспроизведения необходимо иметь большой набор различной аппаратуры. Суть сведения стереозаписи и состоит в преобразовании исходного материала в единую образцовую фонограмму.

Под микшированием понимают процесс смешивания в определенных пропорциях звуковых сигналов, записанных на различных треках или поступающих от различных источников. Исходные сигналы могут быть записаны с разными уровнями громкости. В результате микширования должен быть установлен оптимальный баланс уровней громкости инструментов, голосов, эффектов. Оптимальность заключается в том, что:

> одни источники звука не должны заглушаться другими;

> запись должна сопровождаться минимальными амплитудно-частотны-ми и нелинейными искажениями.

Панорамирование — регулировка кажущихся положений источников звука на стереопанораме.

Источники звука могут быть как монофоническими, так и стереофоническими. В конечном счете, сигналы всех источников должны быть записаны на двух дорожках, соответствующих левому и правому каналам. Панорамирование служит цели создания эффекта размещения источников звука в различных точках пространства. Кроме достижения чисто художественных результатов, это способствует улучшению различимости звуков вообще и разборчивости речи и пения в частности.

Регулятор уровня громкости в микшере устроен так же, как и подобный регулятор в любом вашем бытовом радиоприборе. С точки зрения схемотехни-ки — это делитель напряжения с переменным коэффициентом деления, который способен изменять амплитуду сигнала, поступающего от источника в микшер. Чем больше амплитуда сигнала, тем громче звук и наоборот.

Регулятор панорамы — это, по сути дела, пара регуляторов уровня сигнала. Но вот между собой они связаны своеобразно: когда в результате изменения положения регулятора панорамы уровень сигнала в одном из стереоканалов возрастает, то в другом он уменьшается. Громкость звука, скажем, правой акустической системы становится больше, чем громкость звука левой. Кажущееся положение источника смещается от центра стереобазы в правую сторону. Заметим, что стереоэффект наблюдается лишь в том случае, когда уровни сигналов в стереоканалах близки друг к другу. Поэтому регулировка панорамы — дело довольно тонкое.

Аппаратно реализованные микшеры, кроме регулировки уровней сигналов и панорамы каждого источника звука, позволяют выполнять еще ряд операций:

> согласование чувствительности входа канала микшера с уровнем напряжения, развиваемого на выходе источника сигнала (существует несколько значений стандартных уровней);

> коммутацию источников звуковых сигналов с выходами микшера;

^" отключение любого из каналов;

> частотную коррекцию сигналов в каждом канале;

> наложение на канальные сигналы эффектов (например, реверберации) и регулировку их уровней.

Лучшие образцы современных микшеров допускают программное управление положениями регуляторов с использованием MIDI-интерфейса.

При работе с виртуальными микшерами музыкальных и звуковых редакторов доступны все перечисленные функции и еще очень много других возможностей.

Итак, что же это такое — звуковой план? На слушателя (или микрофон), расположенного (ный) в некоторой точке помещения одновременно воздействует энергия Едр прямого звука источника и энергия Едтр звука, рассеянного в результате многочисленных отражений. Энергия прямого звука с увеличением расстояния до источника очень быстро уменьшается (обратно пропорционально квадрату расстояния). Поэтому можно считать, что если вблизи от источника на микрофон действует прямой звук, а отраженным можно пренебречь, то на значительных расстояниях преобладает отраженный звук.

Соотношение между отраженным и прямым звуками называется акустическим отношением и выражается формулой А=Ео^р/Е„р. Значение А зависит от расстояния от микрофона до источника звука.

Для каждого помещения характерен свой уровень реверберации. В одном помещении эхо от резкого звука (хлопка в ладоши, выстрела) затухает быстро, это помещение с малым уровнем или временем реверберации. С точки зрения физики это означает, что энергия звуковых колебаний в значительной мере поглощается материалом стен или предметами. Если звукопоглощающие свойства помещения невелики, то колебания будут переотражаться длительное время, и для такого помещения будет характерен высокий уровень реверберации, Реверберация зала, заполненного зрителями, всегда меньше, чем пустого.

От расстояния между источником и приемником звука зависит субъективное ощущение уровня реверберации помещения.

С точки зрения соотношения между прямым и отраженным звуками различают три звуковых плана: крупный, средний и удаленный.

Крупный план имеет место тогда, когда А “ 1. В этом случае преобладает прямой звук, а действие отраженных волн чрезвычайно мало. Крупному звуковому плану соответствует четкое, сухое звучание. При прослушивании создается впечатление, что источник звука имеет большие размеры и находится перед акустической системой. Звуковое пространство кажется очень маленьким, как будто сжато в точку. В звучании голоса человека слышны малейшие оттенки (и недостатки тоже). Голос близок и интимен.

При дальнейшем увеличении акустического отношения (А ” 1) степень относительного влияния отраженных звуков растет. Средний план трансформируется в удаленный. Кажущиеся размеры источников звука уменьшаются, а пространства достигают максимальных величин. Группа инструментов воспринимается как единое целое.

Для фиксированного объема и акустических свойств помещения каждый музыкальный инструмент можно охарактеризовать индивидуальными значениями расстояний, при которых для него происходит смена звуковых планов. Поэтому (особенно до появления компьютерных методов обработки звука) запись оркестров представляла собой очень нелегкую задачу. Управление звуковым планом однозначно связывалось только с изменением расстояния между инструментом (или певцом) и микрофоном.

Вопросы, которые мы сейчас рассматриваем, в большей степени относятся к таким композициям, при создании которых в качестве основной цели выдвигается достижение высокой степени приближения к естественному звучанию. Разумеется, такая задача решается непросто. Но традиционная (докомпьютерная) звукорежиссура других задач перед собой и не могла ставить, ибо была ограничена возможностями техники. Почитайте книги и статьи 70-х и 80-х годов, например, [Нисбет А. Звуковая студия. Техника и методы использования. — М.: Связь, 1979. — 464 с.]. Что ни попытка получить необычный эффект — то настоящий подвиг инженеров и операторов. Ныне все в корне изменилось. Та техника и те программы, на которых базируется наша книга, предоставляют звукорежиссеру практически неограниченные возможности. Чтобы успеть перебрать в своих композициях все доступные варианты обработки звука, вам нужно прожить несколько жизней.

Имея в своем распоряжении арсенал средств звуковых редакторов, можно управлять звуковыми планами без изменения фактического расположения микрофонов. Разумеется, целесообразно первичную запись осуществлять в крупном звуковом плане. Микрофон должен быть расположен на минимальном расстоянии, лишь бы не было искажений, связанных с его перегрузкой в моменты достижения звуком наибольшей громкости. Ощущение различных звуковых планов для каждого из источников может быть создано в процессе микширования, панорамирования и регулирования уровней дилэя и реверберации.

^ Лидер-вокал лучше выставить поближе к центру, так как именно на нем концентрируется основное внимание слушателей. Для него целесообразно выбрать крупный звуковой план. С панорамированием аккомпанирующего вокала можно поэкспериментировать. Для него естественными будут средний или удаленный звуковые планы.

> Если нужно переместить инструмент с середины стереобазы, то не обязательно помещать его в одно из крайних положений. Можно попытаться раскрасить картину звуками, которые размыты в пространстве различными способами, но при этом основные источники должны размещаться поближе к середине.

> Не следует панорамировать инструмент настолько широко, что впоследствии у слушателей создастся впечатление, будто инструмент занимает всю сцену.

> Сигналы, обработанные стереоэффектами (такими как хорус или ди-лэй), лучше панорамировать не по всей стереобазе, а хотя бы от одного крайнего положения до середины.

> При панорамировании MIDI-инструментов звуковых карт следует учитывать наличие определенного панорамирования некоторых из них, проведенного на этапе создания сэмплов.

Конечно же, для того чтобы организовать настоящую студию звукозаписи, неплохо бы иметь реализованный аппаратно микшер, подключенный ко входам высококачественной платы оцифровки звука. Сейчас предложение продавцов звукотехнической аппаратуры существенно превышает спрос. Чего только нет! Но все очень дорого. Поэтому в домашних условиях, до тех пор, пока звукозапись не станет окупающим себя источником ваших доходов, можно обойтись и минимумом средств, реализованных в звуковой карте.

Проблема микширования при создании композиций (сонгов), включающих в себя MIDI- и WAVE-файлы, может быть разделена на три составляющие части:

> микширование в процессе записи и редактирования MIDI-файлов;

> микширование в процессе записи и обработки WAVE-файлов;

> сведение MIDI-КОМПОЗИЦИЙ и WAVE-дорожек в единый сонг.

Перед тем, как перейти к рассмотрению перечисленных проблем, напомним, что мы понимаем под словом “сонг”. Сонг—это совокупность оцифрованного звука, последовательности MIDI-сообщений и дополнительной информации, формируемой музыкальным редактором [63].

Первая задача относительно несложная, и мы ее рассмотрим сейчас.

Вторую — также можно было бы решать без особых мук при наличии устройств, способных производить одновременную многоканальную оцифровку звуковых сигналов. Звуковые карты семейства AWE годятся только для одноканальной записи звука. Разумеется, последовательная запись звуковых сигналов нескольких источников с их помощью возможна. Дальнейшая обработка звуковых дорожек производится не в реальном времени, а средствами звуковых и музыкальных редакторов. Об этом пойдет речь в гл. 2 и частично в гл. 4.

Третья задача: объединение MIDI- и WAVE-файлов решается с помощью современных музыкальных редакторов, содержащих, как правило, в своем названии слово “audio”. Одним из наиболее совершенных и удобных музыкальных редакторов, на наш взгляд, является Cakewalk Pro Audio. Поэтому в гл. 4 решение этой задачи рассматривается применительно к последней (шестой) версии этой программы.

Но для того чтобы вы были готовы к решению таких сложных задач, как сведение сонга, для начала мы должны научить вас элементарному: микширо-ванию MIDI-дорожек с помощью виртуальных микшеров музыкальных редакторов. Вероятно, вы согласитесь с тем, что, поскольку спустя некоторое время вам все равно придется работать с Cakewalk Pro Audio 6.0, было бы неразумно сейчас знакомиться с микшером какого-нибудь другого музыкального редактора.

В нашей предыдущей книге [63] вы имели возможность познакомиться с версией 5,0 этого редактора. Версия 6.0 отличается от нее немногим, но часть этого “немногого” сосредоточена как раз в тех элементах, которые понадобятся именно сейчас.

Далее необходимо щелкнуть правой кнопкой мыши по полю секции треков. Это вызовет появление всплывающего меню (рис. 1.32).

В нем нужно выбрать команду Panel. При этом откроется окно диалога виртуального микшера (рис. 1.33), в котором будут видны линейки регуляторов, относящиеся только к выбранным каналам. Следует предупредить, что если вы работаете с разрешением 800х600, изображение всего окна микшера не уместится по вертикали на экране монитора.

Пример окна диалога

Проблема обеспечения привязки каких-либо событий к единой временной шкале — одна из наиболее сложных в ряду актуальных проблем современной науки и техники. Чего только ни придумало человечество для ее решения: от наручных часов до атомных эталонов частоты, от “шести точек”, передаваемых радиовещательными станциями, до кодированных псевдослучайных сигналов навигационных космических аппаратов!

Не обошла стороной проблема синхронизации и музыку, создаваемую в компьютерных студиях. Выделим три основных ее аспекта:

> синхронизация, звуковых и MIDI-сообщений, записанных на треках музыкальных редакторов;

> синхронизация MIDI-инструментов, подключенных к звуковой карте;

> синхронизация композиции, созданной средствами музыкального редактора, с аудио- и видеосредствами студии.

Инструменты, снабженные MIDI-интерфейсом, объединяются в сеть. В соответствии со стандартом MIDI, ведущим может быть только один источник MIDI-сообщений. Когда в сеть включены только два инструмента, выход MIDI OUT ведущего инструмента соединяется со входом MIDI IN инструмента ведомого. Если инструментов много, то для образования сети используются либо дополнительные ретрансляционные выходы MIDI THRU, либо специальные размножители выходных сигналов. Варианты соединения MIDI-устройств в сеть приведены в работе [63]. Аппаратные или программные секвенсоры ведомых MIDI-устройств должны работать в режиме внешней MIDI-синхронизации.

> System Reset (сброс системы) — устанавливает все программные и аппаратные средства в исходное состояние, загруженные файлы из оперативной памяти удаляются, органы управления устанавливаются в положения по умолчанию.

Отметим, что большинство других MIDI-сообщений несут в себе информацию о времени. В этом можно убедиться, возвратившись к рис. 1.35. Целых три столбца таблицы содержат временные параметры.

Третий слева столбец информирует о времени наступления события в формате Hr:Mn:Sc:Fr (часы:минуты:секундь1:кадры). Четвертый слева столбец содержит ту же самую информацию, но в формате Meas:Beat:Tick (такт-.до-ля:тик). Правый столбец определяет продолжительность MIDI-события,

Кроме проблемы синхронизации MIDI-устройств, существует и более сложная проблема, связанная с интегрированием различных элементов оборудования студий звуко- и видеозаписи. При создании различной аудио- и видеопродукции возникает необходимость сведения в единое целое информации, поступающей от различных источников. Процессы, протекающие в этих источниках, могут иметь различную периодичность и оцениваться различными единицами измерения времени.

Например, изображение на кинопленке записывается со скоростью 24 кадра в секунду, а единицей измерения времени звучания музыки в MIDI-секвен-соре служит тик. Если звуковое сопровождение записано на том же носителе, что и изображение, то проблем с синхронизацией не будет. Но ведь на этапе создания кинофильма съемка и звукозапись ведутся разными устройствами — кинокамерой и магнитофоном. После проявления пленки изображение воспроизводится уже не на том аппарате, на котором оно записывалось. То же самое, скорее всего, относится и к воспроизведению звука. Как ни стремится промышленность соблюдать стандарты, но двух абсолютно идентичных по скорости записи/воспроизведения приборов все равно не найти. Для нашего примера эти различия выльются в расхождение скоростей воспроизведения изображения и звука. Сначала они будут проявляться незначительно, но со временем может накопиться такое рассогласование, что сначала мы услышим: “Чмок” — и лишь спустя несколько секунд герой наконец-то поцелует героиню.

При сведении в единую фонограмму записей отдельных партий, выполненных различными магнитофонами, или при наложении голоса певца, записанного на магнитофоне, на фонограмму оркестра, воспроизводимую MIDI-сек-венсором, проблема синхронизации стоит еще острее, т. к. в этих случаях расхождение, составляющее доли такта и даже такты, может накопиться гораздо быстрее. А это уже явный брак. Наиболее распространенное средство синхронизации аналоговых видео- и аудиомагнитофонов между собой и с цифровой аппаратурой — SMPTE Time Code.

В начале 70-х годов был принят стандарт, названный SMPTE. Название стандарта произошло от названия Международного общества инженеров кино и телевидения (Society of Motion Picture and Television Engineers).

Временная информация закодирована в двоично-десятичной системе. Вместе с системной информацией пользователь может записать свои собственные данные (примечания, небольшие тексты). Если информация не помещается в одну кодовую группу, она должна быть разделена на несколько частей.

SMPTE-сигнал должен записываться при выключенном подавлении шумов. Соседние дорожки должны быть либо свободными, либо не должны содержать записей сигналов с большим уровнем высокочастотных составляющих. В противном случае из-за перекрестного влияния дорожек возможно искажение информации.

В музыкальной системе, синхронизируемой SMPTE-кодом, должен быть лишь один прибор, генерирующий этот код (SMPTE-Masterj. Он является опорным, а ведомые устройства должны, исходя из этого, генерировать музыкальный такт. Так как деление времени на кадры в секунду (24 в кино, 25 (PAL) или 30 (NTSC) в телевидении) для музыкальных применений слишком грубо, устройство SMPTE-синхронизации должно интерполировать временную шкалу между кадрами с помощью системы фазовой автоподстройки частоты.

Появлению виртуальных, или программных (soft) WT-синтезаторов способствовал целый ряд объективных предпосылок, Возможно, многие читатели знакомы с одним, а может быть и с целым рядом когда-то достаточно популярных музыкальных редакторов, родоначальником которых считается программа ScreamTraker. Перечислим особенности этих редакторов:

> Их нельзя называть секвенсорами, т. к. большинство из них не может работать с интерфейсом MIDI и, следовательно, управлять внешними MIDI-инструментами они тоже не в состоянии.

> Большинство из них работают под управлением DOS. При этом они задействуют практически все вычислительные ресурсы компьютера. Это обусловлено тем, что синтезатор, генерирующий звуки, выполнен в программном виде, а синтезировать звук, как известно, дело нелегкое.

> Каждый из этих редакторов и по сей день обладает своим уникальным интерфейсом, работающим, как правило, в текстовом режиме. Отсутствует нотный интерпретатор.

>' Сонги хранятся в специфическом уникальном формате (а таких форматов на сегодняшний день существует уже с десяток). Наверное, вам попадались файлы с расширениями '.MOD, ".STM, '.S3M, ".ХМ, ".IT и т. д.?

> Даже современные и наиболее совершенные из этих редакторов только начали “обучаться” использованию возможностей WT-синтезаторов (вернее, только части этих возможностей).

Как может показаться на первый взгляд, список особенностей содержит одни лишь недостатки. Но на самом деле это не так. Музыкальные редакторы типа ScreamTraker сыграли свою историческую роль. В то время, когда звуковых карт с WT-синтезаторами для PC не было и в помине, а великим достижением считалось наличие FM-синтезатора OPL-3, такие программы все же позволяли прикоснуться к возможностям сэмплера.

С тех пор прошло очень много времени (по меркам истории компьютерной музыки), звуковые карты с шестнадцатибитными АЦП/ЦАП стали такими же привычными, как и динамик в корпусе PC. В несколько раз выросла производительность процессоров, появился и стал доступным процессор Pentium. Последнее и сыграло роль детонатора бомбы, взрыв которой выплеснул множество виртуальных синтезаторов.

Самое главное достоинство виртуальных синтезаторов — они не нуждаются в дорогостоящих звуковых картах. Подойдет любая шестнадцатибитная.

Самый главный недостаток — потребность в мощном процессоре. Приемлемое качество звука достигается только на процессорах Intel Pentium-200 и выше. В настоящее время некоторые современные виртуальные синтезаторы обращаются к возможностям технологии ММХ, что позволяет существенно расширить возможности синтеза даже на процессорах с более низкой частотой (например, Intel Pentium MMX-166). Но и сейчас виртуальные синтезаторы не создают серьезной конкуренции синтезаторам аппаратным. Тот же EMU8000 (с этим синтезатором вам еще предстоит познакомиться поближе) синтезирует звук с качеством, превосходящим качество синтеза любого виртуального синтезатора, существующего на момент написания этой книги. При этом процессор остается совершенно свободным от каких-либо расчетов и может использоваться для других целей, в том числе и музыкальных, например, для мик-ширования звуковых дорожек в музыкальном редакторе.

Но виртуальные синтезаторы просто не появились бы на свет, если бы в них не было потребности. Кто же основной потребитель таких программ? Скорее всего, это человек, использующий мощный PC в основном только для деловых целей. По этой причине его PC не содержит таких серьезных устройств, как звуковые карты с WT-синтезаторами. В его распоряжении имеется только заурядная шестнадцатибитная звуковая карта с FM-синтезатором. Лучшей звуковой карты ему просто не нужно. “Все эти дорогие AWE для тех, кто сидит часами с MIDI-клавиатурой и сочиняет музыку”, — думает он. Мысли этого воображаемого человека не являются нашей фантазией, нам не раз приходилось слышать такое мнение, высказанное вслух. И не нужно обижаться на таких людей, скорее их стоит пожалеть. Чего-то они все-таки недопонимают.

Но хорошую музыку хочется слушать всем. Поэтому наш воображаемый человек при случае обязательно установит на свой “деловой” PC виртуальный синтезатор. Это позволит ему хотя бы узнавать звучание знакомых инструментов в MIDI-файле (ведь в веселом “поквакивании” OPL-3 трудно расслышать фортепиано или скрипичный оркестр).

Величина задержки может изменяться для разных процессоров и разных настроек виртуальных синтезаторов. Но, как правило, эта задержка не менее 0,5 с. Это небольшое на первый взгляд неудобство на практике приводит к невозможности игры на MIDI-клавиатуре в реальном времени. Неужели программистам трудно переделать виртуальный синтезатор так, чтобы не было этой задержки? Да, действительно трудно, хотя бы по той причине, что архитектура PC не рассчитана на синтез звука с помощью центрального процессора.

Для любознательных читателей поделимся нашими мыслями по поводу того, откуда возникает эта злополучная задержка. Если вам неинтересно — переходите к следующему абзацу.

Еще один недостаток — незначительное повышение качества звука требует значительного повышения быстродействия процессора. Поясним это на примере. Предположим, какой-либо из виртуальных синтезаторов нормально (с допустимой загрузкой процессора) работает на Intel Pentium-100, но частота дискретизации воспроизводимого звука составляет всего 22,05 кГц. Допустим, вы захотели поднять частоту дискретизации до 44,1 кГц. Чтобы загруженность процессора оставалась прежней (примерно 80 %) вам может потребоваться Intel Pentium-200. Частота дискретизации выросла в два раза, частота процессора — тоже в два раза, а его цена? На момент написания этой книги процессор Intel Pentium-200 стоил не в два, а в несколько раз дороже своего предшественника, работающего на частоте 100МГц.

Последний из существенных недостатков — невозможность загрузки пользовательских сэмплов. Причиной этого служит целый ряд факторов, перечислять которые нет смысла.

Но все трудности в мире компьютеров рано или поздно преодолеваются, и мы верим в то, что ветвь виртуальных синтезаторов в дереве эволюции компьютерной музыки не оборвется и будет продолжать самостоятельное существование. Для этого предположения уже сейчас имеются некоторые основания: WT-синтезаторы и их виртуальные аналоги могут вместе “жить” на одном компьютере и даже не просто “жить”, но и взаимодополнять друг друга. Яркий тому пример — Sound Blaster AWE64. Эта звуковая карта по своим музыкальным возможностям и архитектуре ничем не отличается от своих предшественниц SB AWE32 и SB 32. А дополнительные 32 голоса обеспечиваются не аппаратно, а программно, с помощью виртуального синтезатора. Этот виртуальный синтезатор может, в принципе, работать с любой шестнадцатибитной картой. Но его создатели сделали так, чтобы он при запуске детектировал звуковую карту. Если она окажется не SB AWE64, то виртуальный синтезатор откажется работать. Однако существует и другое исполнение этого программного синтезатора, которое обеспечивает работу со звуковыми картами, отличными от SB AWE64. Благодаря этой программе, например, можно превратить SB AWE32 в SB AWE64.

В качестве примера рассмотрим виртуальный синтезатор Yamaha S-YXG50. Не станем скрывать причины выбора именно этой программы. Во-первых, она просто нам симпатична. Кроме того, S-YXG50 использует технологии ММХ и Direct Sound, поддерживает стандарт GX. Приведем характеристики этой программы:

> WT-синтезатор с банком инструментов объемом 2 Мбайт;

> максимальная полифония 128 нот;

)•* набор инструментов: 676 мелодических, 21 набор ударных инструментов и спецэффектов;

> максимальная частота сэмплирования 44/22/11 кГц;

> процессор Pentium-166 или лучше (настойчиво рекомендуется процессор с технологией ММХ);

> операционная система Windows 95;

> ОЗУ объемом не менее 16 Мбайт;

> 16-битная звуковая карта.

Приведенные требования являются минимальными. Это означает, что на таком PC программа будет работать, но не обязательно на полную мощность, заявленную в ее характеристиках. Пользователю предоставляется возможность настройки виртуального синтезатора в соответствии с производительностью своего компьютера.

После установки на PC программа идентифицируется системой как MIDI-yc-тройство. Вы можете использовать это виртуальное устройство в музыкальном редакторе точно так же, как использовали бы настоящий синтезатор.

О присутствии программного синтезатора в системе свидетельствует появление в Панели управления Windows новой иконки.

Щелчком по этой иконке вызывается окно настроек драйвера виртуального синтезатора, изображенное на рис. 1.37. Рассмотрим опции этого окна.

Настройка MIDI-проиг-

рывателя

Снова вернемся в главное окно MIDI-проигрывателя. С помощью кнопок со стрелками можно сменить темп воспроизведения (текущий темп отображается на “ЖК-индикаторе”). В правой части окна расположен движок регулятора громкости. Он управляет программной громкостью генерируемого звука. Громкость нужно установить так, чтобы не переполнялась разрядная сетка ЦАП звуковой карты.