Penciptaan Muzik. Menguasai - bahagian 2

Saya menulis tentang hakikat bahawa penguasaan dalam proses pengeluaran muzik adalah langkah terakhir dalam perjalanan dari idea muzik kepada penyampaian kepada penerima dalam isu sebelumnya. Kami juga telah melihat dengan teliti audio yang dirakam secara digital, tetapi saya masih belum membincangkan bagaimana audio ini, ditukar kepada penukar voltan AC, ditukar kepada bentuk binari.

1. Setiap bunyi kompleks, walaupun tahap kerumitan yang sangat tinggi, sebenarnya terdiri daripada banyak bunyi sinusoidal ringkas.

Saya mengakhiri artikel sebelum ini dengan soalan, bagaimana mungkin dalam gelombang beralun seperti itu (1) semua kandungan muzik dikodkan, walaupun kita bercakap tentang banyak alat memainkan bahagian polifonik? Inilah jawapannya: ini disebabkan oleh fakta bahawa mana-mana bunyi yang kompleks, walaupun sangat kompleks, adalah benar ia terdiri daripada banyak bunyi sinusoidal mudah.

Sifat sinusoidal bagi bentuk gelombang ringkas ini berbeza-beza mengikut masa dan amplitud, bentuk gelombang ini bertindih, menambah, menolak, memodulasi antara satu sama lain dan dengan itu mula-mula mencipta bunyi instrumen individu dan kemudian melengkapkan campuran dan rakaman.

Apa yang kita lihat dalam rajah 2 ialah atom tertentu, molekul yang membentuk bahan bunyi kita, tetapi dalam kes isyarat analog tidak ada atom sedemikian - terdapat satu garis genap, tanpa titik menandakan bacaan berikutnya (perbezaan boleh dilihat dalam angka dalam sebagai langkah, yang dianggarkan secara grafik untuk mendapatkan kesan visual yang sepadan).

Walau bagaimanapun, memandangkan main semula muzik yang dirakam daripada sumber analog atau digital mesti dilakukan menggunakan transduser elektromagnet mekanikal seperti pembesar suara atau transduser fon kepala, perbezaan antara audio analog tulen dan kabur audio yang diproses secara digital adalah amat ketara dalam kebanyakan kes. Pada peringkat akhir, i.e. apabila mendengar, muzik sampai kepada kita dengan cara yang sama seperti getaran zarah udara yang disebabkan oleh pergerakan diafragma dalam transduser.

2. Molekul yang membentuk jirim bunyi kita

digit analog

Adakah terdapat sebarang perbezaan yang boleh didengar antara audio analog tulen (iaitu analog yang dirakam pada perakam pita analog, dicampur pada konsol analog, dimampatkan pada cakera analog, dimainkan semula pada pemain analog dan penguat analog diperkuat) dan audio digital - ditukar daripada analog kepada digital, diproses dan dicampur secara digital dan kemudian diproses kembali kepada bentuk analog, adakah itu betul-betul di hadapan amp atau secara praktikal dalam pembesar suara itu sendiri?

Dalam kebanyakan kes, sebaliknya tidak, walaupun jika kita merakam bahan muzik yang sama dalam kedua-dua cara dan kemudian memainkannya semula, perbezaannya pasti boleh didengari. Walau bagaimanapun, ini lebih disebabkan oleh sifat alat yang digunakan dalam proses ini, ciri, sifat, dan selalunya batasannya, berbanding fakta menggunakan teknologi analog atau digital.

Pada masa yang sama, kami menganggap bahawa membawa bunyi ke bentuk digital, i.e. untuk diatomkan secara eksplisit, tidak memberi kesan ketara kepada proses rakaman dan pemprosesan itu sendiri, terutamanya kerana sampel ini berlaku pada frekuensi yang - sekurang-kurangnya secara teori - jauh melebihi had atas frekuensi yang kita dengar, dan oleh itu butiran khusus bunyi ini ditukar kepada bentuk digital, tidak kelihatan kepada kami. Walau bagaimanapun, dari sudut pandangan menguasai bahan bunyi, ia adalah sangat penting, dan kita akan membincangkannya kemudian.

Sekarang mari kita fikirkan bagaimana isyarat analog ditukar kepada bentuk digital, iaitu sifar satu, i.e. satu di mana voltan hanya boleh mempunyai dua tahap: tahap satu digital, yang bermaksud voltan, dan tahap sifar digital, i.e. ketegangan ini boleh dikatakan tidak wujud. Segala-galanya dalam dunia digital adalah sama ada satu atau sifar, tiada nilai perantaraan. Sudah tentu, terdapat juga apa yang dipanggil logik kabur, di mana masih terdapat keadaan perantaraan antara keadaan "hidup" atau "mati", tetapi ia tidak boleh digunakan untuk sistem audio digital.

3. Getaran zarah udara yang disebabkan oleh sumber bunyi yang menggerakkan struktur membran yang sangat ringan.

Transformasi Bahagian Pertama

Sebarang isyarat akustik, sama ada vokal, gitar akustik atau dram, dihantar ke komputer dalam bentuk digital, ia mesti terlebih dahulu ditukar kepada isyarat elektrik berselang-seli. Ini biasanya dilakukan dengan mikrofon di mana getaran zarah udara yang disebabkan oleh sumber bunyi memacu struktur diafragma yang sangat ringan (3). Ini mungkin diafragma yang disertakan dalam kapsul pemeluwap, jalur kerajang logam dalam mikrofon reben, atau diafragma dengan gegelung dilekatkan padanya dalam mikrofon dinamik.

Dalam setiap kes ini isyarat elektrik yang sangat lemah dan berayun muncul pada output mikrofonyang pada tahap yang lebih besar atau lebih kecil mengekalkan perkadaran frekuensi dan tahap yang sepadan dengan parameter zarah udara berayun yang sama. Oleh itu, ini adalah sejenis analog elektriknya, yang boleh diproses selanjutnya dalam peranti yang memproses isyarat elektrik berselang-seli.

Pada mulanya isyarat mikrofon mesti dikuatkankerana ia terlalu lemah untuk digunakan dalam apa jua cara. Voltan keluaran mikrofon biasa adalah dalam susunan perseribu volt, dinyatakan dalam milivolt, dan selalunya dalam mikrovolt atau persejuta volt. Sebagai perbandingan, mari kita tambahkan bahawa bateri jenis jari konvensional menghasilkan voltan 1,5 V, dan ini adalah voltan malar yang tidak tertakluk kepada modulasi, yang bermaksud ia tidak menghantar sebarang maklumat bunyi.

Walau bagaimanapun, voltan DC diperlukan dalam mana-mana sistem elektronik untuk menjadi sumber tenaga, yang kemudiannya akan memodulasi isyarat AC. Semakin bersih dan cekap tenaga ini, semakin kurang ia tertakluk kepada beban dan gangguan semasa, semakin bersih isyarat AC yang diproses oleh komponen elektronik. Itulah sebabnya bekalan kuasa, iaitu bekalan kuasa, sangat penting dalam mana-mana sistem audio analog.

4. Penguat mikrofon, juga dikenali sebagai preamplifier atau preamplifier

Penguat mikrofon, juga dikenali sebagai preamplifier atau preamplifier, direka bentuk untuk menguatkan isyarat daripada mikrofon (4). Tugas mereka adalah untuk menguatkan isyarat, selalunya dengan beberapa puluh desibel, yang bermaksud untuk meningkatkan tahap mereka sebanyak ratusan atau lebih. Oleh itu, pada output preamplifier, kita mendapat voltan ulang-alik yang berkadar terus dengan voltan masukan, tetapi melebihinya dengan beratus-ratus kali, i.e. pada tahap daripada pecahan kepada unit volt. Tahap isyarat ini ditentukan aras garisan dan ini ialah tahap pengendalian standard dalam peranti audio.

Transformasi bahagian kedua

Isyarat analog tahap ini sudah boleh dilalui proses pendigitalan. Ini dilakukan menggunakan alat yang dipanggil penukar analog-ke-digital atau transduser (5). Proses penukaran dalam mod PCM klasik, i.e. Modulasi Lebar Nadi, pada masa ini mod pemprosesan yang paling popular, ditakrifkan oleh dua parameter: kadar persampelan dan kedalaman bit. Seperti yang anda syak dengan betul, lebih tinggi parameter ini, lebih baik penukaran dan lebih tepat isyarat akan disalurkan ke komputer dalam bentuk digital.

5. Penukar atau penukar analog-ke-digital.

Peraturan am untuk jenis penukaran ini pensampelan, iaitu, mengambil sampel bahan analog dan mencipta perwakilan digitalnya. Di sini, nilai serta-merta voltan dalam isyarat analog ditafsirkan dan tahapnya diwakili secara digital dalam sistem binari (6).

Di sini, walau bagaimanapun, adalah perlu untuk mengingati secara ringkas asas-asas matematik, mengikut mana sebarang nilai berangka boleh diwakili dalam sebarang sistem nombor. Sepanjang sejarah umat manusia, pelbagai sistem nombor telah dan masih digunakan. Sebagai contoh, konsep seperti sedozen (12 keping) atau sen (12 dozen, 144 keping) adalah berdasarkan sistem duodecimal.

6. Nilai voltan dalam isyarat analog dan perwakilan tahapnya dalam bentuk digital dalam sistem binari

Untuk masa, kami menggunakan sistem bercampur - sexagesimal untuk saat, minit dan jam, derivatif duodecimal untuk hari dan hari, sistem ketujuh untuk hari dalam seminggu, sistem quad (juga berkaitan dengan duodecimal dan sistem sexagesimal) untuk minggu dalam sebulan, sistem duodecimal untuk menunjukkan bulan dalam setahun, dan kemudian kita beralih ke sistem perpuluhan, di mana dekad, abad dan beribu tahun muncul. Saya berpendapat bahawa contoh menggunakan sistem yang berbeza untuk menyatakan peredaran masa dengan sangat baik menunjukkan sifat sistem nombor dan akan membolehkan anda menavigasi isu yang berkaitan dengan penukaran dengan lebih berkesan.

Dalam kes penukaran analog kepada digital, kami akan menjadi yang paling biasa menukar nilai perpuluhan kepada nilai binari. Perpuluhan kerana ukuran bagi setiap sampel biasanya dinyatakan dalam mikrovolt, milivolt dan volt. Kemudian nilai ini akan dinyatakan dalam sistem binari, i.e. menggunakan dua bit yang berfungsi di dalamnya - 0 dan 1, yang menandakan dua keadaan: tiada voltan atau kehadirannya, mati atau hidup, semasa atau tidak, dll. Oleh itu, kita mengelakkan herotan, dan semua tindakan menjadi lebih mudah dalam pelaksanaan melalui penggunaan apa yang dipanggil perubahan algoritma yang kita berurusan, sebagai contoh, berkaitan dengan penyambung atau pemproses digital lain.

Anda sifar; atau satu

Dengan dua digit ini, sifar dan satu, anda boleh menyatakan setiap nilai angkatanpa mengira saiznya. Sebagai contoh, pertimbangkan nombor 10. Kunci untuk memahami penukaran perpuluhan-ke-perduaan ialah nombor 1 dalam perduaan, sama seperti dalam perpuluhan, bergantung pada kedudukannya dalam rentetan nombor.

Jika 1 berada di hujung rentetan binari, maka 1, jika di kedua dari hujung - maka 2, di kedudukan ketiga - 4, dan di kedudukan keempat - 8 - semuanya dalam perpuluhan. Dalam sistem perpuluhan, 1 yang sama pada penghujungnya ialah 10, 100 terakhir, 1000 ketiga, XNUMX keempat adalah contoh untuk memahami analogi.

Jadi, jika kita ingin mewakili 10 dalam bentuk binari, kita perlu mewakili 1 dan 1, jadi seperti yang saya katakan, ia akan menjadi 1010 di tempat keempat dan XNUMX di kedua, iaitu XNUMX.

Jika kita perlu menukar voltan dari 1 hingga 10 volt tanpa nilai pecahan, i.e. menggunakan hanya integer, penukar yang boleh mewakili urutan 4-bit dalam binari adalah mencukupi. 4-bit kerana penukaran nombor binari ini memerlukan sehingga empat digit. Dalam amalan ia akan kelihatan seperti ini:

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

10 1010

Sifar pendahuluan untuk nombor 1 hingga 7 hanya meletakkan rentetan kepada empat bit penuh supaya setiap nombor binari mempunyai sintaks yang sama dan menggunakan jumlah ruang yang sama. Dalam bentuk grafik, terjemahan integer sedemikian daripada sistem perpuluhan kepada perduaan ditunjukkan dalam Rajah 7.

7. Menukarkan Integer dalam Sistem Perpuluhan kepada Sistem Perduaan

Kedua-dua bentuk gelombang atas dan bawah mewakili nilai yang sama, kecuali yang pertama boleh difahami, contohnya, untuk peranti analog, seperti meter aras voltan linear, dan yang kedua untuk peranti digital, termasuk komputer yang memproses data pada bahasa tersebut. Bentuk gelombang bawah ini kelihatan seperti gelombang persegi isian berubah-ubah, i.e. nisbah berbeza nilai maksimum kepada nilai minimum dari semasa ke semasa. Kandungan pembolehubah ini mengekod nilai perduaan isyarat yang hendak ditukar, maka dinamakan "modulat kod nadi" - PCM.

Sekarang kembali kepada menukar isyarat analog sebenar. Kita sudah tahu bahawa ia boleh diterangkan oleh garis yang menggambarkan tahap yang berubah-ubah dengan lancar, dan tidak ada perkara seperti perwakilan melompat tahap ini. Walau bagaimanapun, untuk keperluan penukaran analog kepada digital, kita mesti memperkenalkan proses sedemikian untuk dapat mengukur tahap isyarat analog dari semasa ke semasa dan mewakili setiap sampel yang diukur sedemikian dalam bentuk digital.

Diandaikan bahawa kekerapan pengukuran ini akan dibuat hendaklah sekurang-kurangnya dua kali ganda frekuensi tertinggi yang boleh didengari oleh seseorang, dan kerana ia adalah lebih kurang 20 kHz, oleh itu, yang paling 44,1kHz kekal sebagai kadar sampel yang popular. Pengiraan kadar pensampelan dikaitkan dengan operasi matematik yang agak kompleks, yang, pada peringkat pengetahuan kami tentang kaedah penukaran, tidak masuk akal.

Lebih adakah lebih baik?

Semua yang saya nyatakan di atas mungkin menunjukkan bahawa semakin tinggi kekerapan pensampelan, i.e. mengukur tahap isyarat analog pada selang masa yang tetap, semakin tinggi kualiti penukaran, kerana ia - sekurang-kurangnya dalam erti kata intuitif - lebih tepat. Adakah ia benar-benar benar? Kita akan tahu tentang perkara ini dalam masa sebulan.