Музыканы құру. Меңгеру - 2 бөлім

Мен музыканы шығару процесінде меңгеру музыка идеясынан оны алушыға жеткізу жолындағы соңғы қадам екендігі туралы өткен шығарылымда жазған болатынмын. Біз сондай-ақ сандық түрде жазылған дыбысты мұқият қарастырдық, бірақ мен айнымалы ток түрлендіргіштеріне түрлендірілетін бұл дыбыстың екілік пішінге қалай түрленетінін әлі талқылаған жоқпын.

1. Кез келген күрделі дыбыс, тіпті күрделілігі өте жоғары болса да, шын мәнінде көптеген қарапайым синусоидалы дыбыстардан тұрады.

Мен алдыңғы мақаланы сұрақпен аяқтадым, мұндай толқынды толқында (1) барлық музыкалық мазмұн, тіпті полифониялық бөліктерде ойнайтын көптеген аспаптар туралы айтсақ, қалай кодталады? Жауап мынау: бұл кез келген күрделі дыбыстың, тіпті өте күрделі дыбыстың шынымен де болатындығына байланысты ол көптеген қарапайым синусоидалы дыбыстардан тұрады.

Бұл қарапайым толқын пішіндерінің синусоидалы табиғаты уақыт пен амплитудаға байланысты өзгереді, бұл толқын пішіндері бір-бірін қабаттаса, қосады, азайтады, модуляциялайды және осылайша алдымен жеке аспаптық дыбыстарды жасайды, содан кейін қоспалар мен жазбаларды аяқтайды.

2-суретте көретініміз - бұл біздің дыбыстық затты құрайтын белгілі атомдар, молекулалар, бірақ аналогтық сигнал жағдайында мұндай атомдар жоқ - кейінгі көрсеткіштерді белгілейтін нүктелерсіз бір жұп сызық бар (айырмашылықты мына жерден көруге болады). сәйкес көрнекі әсерді алу үшін графикалық түрде жақындатылған қадамдар түрінде сурет).

Дегенмен, аналогтық немесе сандық көздерден жазылған музыканы ойнату дыбыс зорайтқыш немесе құлаққап түрлендіргіші сияқты механикалық электромагниттік түрлендіргіштің көмегімен орындалуы керек болғандықтан, таза аналогтық дыбыс пен сандық түрде өңделген дыбыс бұлыңғырлығы арасындағы айырмашылық көп жағдайда өте үлкен. Соңғы кезеңде, яғни. тыңдаған кезде музыка бізге түрлендіргіштегі диафрагманың қозғалысынан туындаған ауа бөлшектерінің тербелісі сияқты жетеді.

2. Дыбысымызды құрайтын молекулалар

аналогтық цифр

Таза аналогтық дыбыс (яғни аналогтық магнитофонға жазылған аналогтық, аналогтық консольде араласқан, аналогтық дискіде сығымдалған, аналогтық ойнатқышта ойнатылатын және күшейтілген аналогтық күшейткіш) және сандық дыбыс арасында дыбыстық айырмашылықтар бар ма? аналогты сандық, сандық түрде өңделеді және араласады, содан кейін аналогтық пішінге қайта өңделеді, бұл күшейткіштің дәл алдында ма, әлде іс жүзінде динамиктің өзінде ме?

Көптеген жағдайларда, керісінше, егер біз бір музыкалық материалды екі жолмен де жазып алып, оны қайта ойнатсақ, айырмашылықтар естілетін болар еді. Дегенмен, бұл аналогтық немесе цифрлық технологияны пайдалану фактісінен гөрі, осы процестерде қолданылатын құралдардың табиғатына, олардың сипаттамаларына, қасиеттеріне және жиі шектеулеріне байланысты болады.

Бұл ретте дыбысты цифрлық түрге келтіру, яғни. анық атомизацияланған, жазу және өңдеу процесінің өзіне айтарлықтай әсер етпейді, әсіресе бұл үлгілер, ең болмағанда, теориялық тұрғыдан - біз естіген жиіліктердің жоғарғы шегінен әлдеқайда жоғары жиілікте болатындықтан, сондықтан түрленетін дыбыстың осы ерекше түйіршіктілігі сандық пішінге, бізге көрінбейді. Дегенмен, дыбыстық материалды меңгеру тұрғысынан алғанда, бұл өте маңызды және бұл туралы кейінірек айтамыз.

Енді аналогтық сигналдың цифрлық түрге, атап айтқанда нөл-бірге қалай түрленетінін анықтайық, яғни. кернеудің тек екі деңгейі болуы мүмкін біреуі: кернеуді білдіретін цифрлық бір деңгей және цифрлық нөлдік деңгей, яғни. бұл шиеленіс іс жүзінде жоқ. Цифрлық әлемде барлығы бір немесе нөл, аралық мәндер жоқ. Әрине, «қосу» немесе «өшіру» күйлері арасында әлі де аралық күйлер болатын анық емес логика деп аталатындар да бар, бірақ ол сандық аудио жүйелерге қолданылмайды.

3. Дыбыс көзінен туындаған ауа бөлшектерінің тербелісі мембрананың өте жеңіл құрылымын қозғалысқа келтіреді.

Трансформациялар Бірінші бөлім

Кез келген акустикалық сигнал, мейлі ол вокал болсын, акустикалық гитара немесе барабан болсын, компьютерге цифрлық түрде жіберіледі. ол алдымен айнымалы электрлік сигналға айналуы керек. Бұл әдетте дыбыс көзінен туындаған ауа бөлшектерінің тербелісі өте жеңіл диафрагма құрылымын басқаратын микрофондармен жасалады (3). Бұл конденсатор капсуласына кіретін диафрагма, таспа микрофонындағы металл фольга жолағы немесе динамикалық микрофонда оған катушка бекітілген диафрагма болуы мүмкін.

Осы жағдайлардың әрқайсысында микрофонның шығысында өте әлсіз, тербелмелі электрлік сигнал пайда боладытербелмелі ауа бөлшектерінің бірдей параметрлеріне сәйкес жиілік пен деңгейдің пропорцияларын көп немесе аз дәрежеде сақтайды. Осылайша, бұл айнымалы электр сигналын өңдейтін құрылғыларда одан әрі өңдеуге болатын оның электрлік аналогының бір түрі.

Басынан бастап микрофон сигналын күшейту керекөйткені ол кез келген жолмен қолдануға тым әлсіз. Микрофонның әдеттегі шығыс кернеуі милливольтпен және көбінесе микровольтпен немесе миллионнан бір вольтпен көрсетілген вольттың мыңнан бір бөлігін құрайды. Салыстыру үшін кәдімгі саусақ типті аккумулятордың 1,5 В кернеу беретінін және бұл модуляцияға жатпайтын тұрақты кернеу екенін қосайық, яғни ол ешқандай дыбыстық ақпаратты жібермейді.

Дегенмен, энергия көзі болу үшін кез келген электрондық жүйеде тұрақты кернеу қажет, ол кейін айнымалы ток сигналын модуляциялайды. Бұл энергия неғұрлым таза және тиімдірек болса, соғұрлым ол ағымдағы жүктемелер мен бұзылуларға аз ұшыраса, электронды компоненттер өңдейтін айнымалы ток сигналы соғұрлым таза болады. Сондықтан кез келген аналогтық аудио жүйеде қуат көзі, атап айтқанда қуат көзі өте маңызды.

4. Алдын ала күшейткіш немесе алдын ала күшейткіш ретінде белгілі микрофон күшейткіші

Алдын ала күшейткіштер немесе алдын ала күшейткіштер деп те белгілі микрофон күшейткіштері микрофондардан келетін сигналды күшейтуге арналған (4). Олардың міндеті - сигналды, көбінесе бірнеше ондаған децибелге күшейту, бұл олардың деңгейін жүздеген немесе одан да көп арттыруды білдіреді. Осылайша, алдын ала күшейткіштің шығысында біз кіріс кернеуіне тікелей пропорционалды, бірақ одан жүздеген есе асатын айнымалы кернеуді аламыз, яғни. фракциялардан вольт бірліктеріне дейінгі деңгейде. Бұл сигнал деңгейі анықталады сызық деңгейі және бұл дыбыс құрылғыларындағы стандартты жұмыс деңгейі.

Трансформация екінші бөлім

Бұл деңгейдегі аналогтық сигналды жіберуге болады цифрландыру процесі. Бұл аналогты-цифрлық түрлендіргіштер немесе түрлендіргіштер (5) деп аталатын құралдардың көмегімен орындалады. Классикалық PCM режимінде түрлендіру процесі, яғни. Импульстік ені модуляциясы, қазіргі уақытта ең танымал өңдеу режимі екі параметрмен анықталады: іріктеу жылдамдығы және бит тереңдігі. Сіз дұрыс күдіктенсеңіз, бұл параметрлер неғұрлым жоғары болса, соғұрлым жақсы түрлендіру және сигнал компьютерге цифрлық түрде беріледі.

5. Түрлендіргіш немесе аналогты-цифрлық түрлендіргіш.

Бұл түрлендіру түріне арналған жалпы ереже сынама алу, яғни аналогтық материалдың үлгілерін алу және оның цифрлық бейнесін жасау. Мұнда аналогтық сигналдағы кернеудің лездік мәні интерпретацияланады және оның деңгейі екілік жүйеде цифрлық түрде көрсетіледі (6).

Бұл жерде, алайда, математиканың негіздерін қысқаша еске түсіру қажет, оған сәйкес кез келген сандық мәнді көрсетуге болады. кез келген санау жүйесі. Адамзат тарихында әртүрлі санау жүйелері қолданылған және әлі де қолданылуда. Мысалы, ондық (12 дана) немесе пенни (12 он, 144 дана) сияқты ұғымдар он екі ондық жүйеге негізделген.

6. Аналогтық сигналдағы кернеу мәндері және оның деңгейін екілік жүйеде цифрлық түрде көрсету

Уақыт үшін біз аралас жүйелерді қолданамыз - секундтар, минуттар және сағаттар үшін сексастық жүйе, күндер мен күндер үшін он екі ондық туынды, апта күндері үшін жетінші жүйе, айдағы апталар үшін төрттік жүйе (сонымен бірге он екілік және сексастық жүйеге қатысты), он екі ондық жүйе жыл айларын көрсету үшін, содан кейін ондық жүйеге көшеміз, онда онжылдықтар, ғасырлар және мыңжылдықтар пайда болады. Уақыттың өтуін білдіру үшін әртүрлі жүйелерді пайдалану мысалы санау жүйелерінің табиғатын өте жақсы көрсетеді және түрлендіруге қатысты мәселелерді тиімдірек шарлауға мүмкіндік береді деп ойлаймын.

Аналогты сандық түрлендіру жағдайында біз ең кең таралған боламыз ондық мәндерді екілік мәндерге түрлендіру. Ондық, өйткені әрбір үлгі үшін өлшем әдетте микровольтпен, милливольтпен және вольтпен көрсетіледі. Сонда бұл мән екілік жүйеде көрсетіледі, яғни. онда жұмыс істейтін екі битті пайдалану - 0 және 1, олар екі күйді білдіреді: кернеу жоқ немесе оның болуы, өшірулі немесе қосулы, ток немесе жоқ және т.б.. Осылайша, біз бұрмалауды болдырмаймыз және барлық әрекеттерді қолдану арқылы жүзеге асыру әлдеқайда оңайырақ болады. мысалы, қосқыштарға немесе басқа цифрлық процессорларға қатысты біз айналысатын алгоритмдердің өзгеруі деп аталады.

Сіз нөлсіз; немесе біреуі

Осы екі цифрмен, нөлдер мен бірліктер арқылы сіз өрнектей аласыз әрбір сандық мәнкөлеміне қарамастан. Мысал ретінде 10 санын қарастырайық. Ондық жүйенің екілік санау жүйесіне түрлендіруді түсінудің кілті екілік жүйедегі 1 санының ондық жүйедегі сияқты оның сандар жолындағы орнына байланысты болуы.

Егер 1 екілік жолдың соңында болса, онда 1, егер екіншіде соңынан бастап болса - онда 2, үшінші орында - 4, ал төртінші орында - 8 - барлығы ондық бөлшекте. Ондық жүйеде бірдей 1 соңында 10, соңғы 100, үшінші 1000, төртінші ХNUMX аналогияны түсінуге мысал болып табылады.

Сонымен, егер біз 10-ды екілік түрде көрсеткіміз келсе, 1 мен 1-ні көрсетуіміз керек, сондықтан мен айтқанымдай, ол төртінші орында 1010 және екінші орында XNUMX болады, бұл XNUMX.

Егер кернеуді бөлшек мәндерсіз 1-ден 10 вольтке дейін түрлендіру қажет болса, яғни. тек бүтін сандарды пайдалану арқылы екілік жүйеде 4 разрядтық тізбектерді көрсете алатын түрлендіргіш жеткілікті. 4-бит, себебі бұл екілік сандарды түрлендіру төрт санға дейін қажет болады. Іс жүзінде ол келесідей болады:

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

10 1010

1-ден 7-ге дейінгі сандар үшін жетекші нөлдер жолды толық төрт битке толтырады, осылайша әрбір екілік сан бірдей синтаксиске ие және бірдей орын алады. Графикалық түрде бүтін сандарды ондық жүйеден екілік санау жүйесіне мұндай аудару 7-суретте көрсетілген.

7. Ондық жүйедегі бүтін сандарды екілік жүйеге түрлендіру

Жоғарғы және төменгі толқын пішіндері бірдей мәндерді білдіреді, тек біріншісі түсінікті, мысалы, сызықтық кернеу деңгейін өлшегіштер сияқты аналогтық құрылғылар үшін, екіншісі цифрлық құрылғылар үшін, соның ішінде осындай тілдегі деректерді өңдейтін компьютерлер үшін. Бұл төменгі толқын пішіні айнымалы толтырылған шаршы толқынға ұқсайды, яғни. уақыт бойынша максималды мәндердің ең төменгі мәндерге әртүрлі қатынасы. Бұл айнымалы мазмұн түрлендірілетін сигналдың екілік мәнін кодтайды, сондықтан «импульстік код модуляциясы» атауы - PCM.

Енді нақты аналогтық сигналды түрлендіруге қайта оралыңыз. Біз оны біркелкі өзгеретін деңгейлерді бейнелейтін сызықпен сипаттауға болатындығын білеміз және бұл деңгейлердің секіру көрінісі сияқты ештеңе жоқ. Дегенмен, аналогты цифрға түрлендіру қажеттіліктері үшін біз аналогтық сигналдың деңгейін мезгіл-мезгіл өлшей алатындай және әрбір осындай өлшенген үлгіні цифрлық түрде көрсету үшін осындай процесті енгізуіміз керек.

Бұл өлшеулер жасалатын жиілік адам ести алатын ең жоғары жиіліктен кем дегенде екі есе болуы керек деп болжанған және ол шамамен 20 кГц болғандықтан, ең көп 44,1 кГц танымал таңдау жиілігі болып қала береді. Таңдау жылдамдығын есептеу өте күрделі математикалық операциялармен байланысты, бұл түрлендіру әдістерін білуіміздің осы кезеңінде мағынасы жоқ.

Көбірек жақсырақ па?

Жоғарыда айтқанымның бәрі іріктеу жиілігі неғұрлым жоғары екенін көрсетуі мүмкін, яғни. аналогтық сигналдың деңгейін тұрақты аралықтарда өлшеу, түрлендіру сапасы соғұрлым жоғары болады, өйткені ол - кем дегенде интуитивті мағынада - дәлірек. Бұл шынымен солай? Бұл туралы бір айдан кейін білетін боламыз.