Musiqa yaratish. O'zlashtirish - 2-qism

Musiqa ishlab chiqarish jarayonida o'zlashtirish musiqa g'oyasidan tortib uni oluvchiga yetkazish yo'lidagi so'nggi qadam ekanligi haqida oldingi sonda yozgan edim. Raqamli yozib olingan audioni ham diqqat bilan ko'rib chiqdik, lekin AC kuchlanish konvertorlariga aylantirilgan bu audio qanday qilib ikkilik shaklga aylantirilganini hali muhokama qilmadim.

1. Har bir murakkab tovush, hatto juda yuqori darajadagi murakkablik, aslida juda ko'p oddiy sinusoidal tovushlardan iborat.

Oldingi maqolani savol bilan yakunladim, qanday qilib bunday to'lqinli to'lqinda (1) barcha musiqiy tarkiblar kodlangan bo'lishi mumkin, hatto polifonik qismlarni o'ynaydigan ko'plab asboblar haqida gapiradigan bo'lsak ham? Mana javob: bu har qanday murakkab tovush, hatto juda murakkab, haqiqatan ham bo'lishi bilan bog'liq u juda ko'p oddiy sinusoidal tovushlardan iborat.

Ushbu oddiy to'lqin shakllarining sinusoidal tabiati vaqt va amplitudaga qarab o'zgaradi, bu to'lqin shakllari bir-birining ustiga chiqadi, qo'shadi, ayiradi, bir-birini modulyatsiya qiladi va shu tariqa avval individual asbob tovushlarini yaratadi, so'ngra to'liq mikslar va yozuvlarni yaratadi.

2-rasmda biz ko'rib turgan narsa - bu bizning tovush materiyamizni tashkil etuvchi ma'lum atomlar, molekulalar, ammo analog signal bo'lsa, bunday atomlar yo'q - keyingi o'qishlarni belgilaydigan nuqtalarsiz bitta tekis chiziq mavjud (farqni quyidagicha ko'rish mumkin). Shakl tegishli vizual effektni olish uchun grafik jihatdan yaqinlashtirilgan bosqichlar shaklida).

Biroq, analog yoki raqamli manbalardan yozilgan musiqani tinglash karnay yoki eshitish vositasi kabi mexanik elektromagnit transduser yordamida amalga oshirilishi kerakligi sababli, sof analog audio va raqamli qayta ishlangan audio xiraliklari o'rtasidagi farq ko'p hollarda juda katta. Yakuniy bosqichda, ya'ni. tinglashda musiqa bizga transduserdagi diafragma harakatidan kelib chiqadigan havo zarralarining tebranishlari kabi etib boradi.

2. Tovushimizni tashkil etuvchi molekulalar

analog raqam

Sof analog audio (ya'ni, analog magnitafonda yozilgan analog, analog konsolda aralashgan, analog diskda siqilgan, analog pleerda ijro etilgan va kuchaytirilgan analog kuchaytirgich) va raqamli audio o'rtasida ovozli farqlar mavjudmi? analog raqamli, qayta ishlangan va raqamli aralashgan va keyin yana analog shaklga qayta ishlanadi, bu to'g'ridan-to'g'ri kuchaytirgichning oldidami yoki deyarli dinamikning o'zidami?

Aksariyat hollarda, aksincha, agar biz bir xil musiqiy materialni ikkala usulda yozib olib, keyin uni qayta ijro qilsak, farqlar albatta eshitiladi. Biroq, bu analog yoki raqamli texnologiyalardan foydalanish haqiqatidan ko'ra, ushbu jarayonlarda ishlatiladigan asboblarning tabiati, ularning xususiyatlari, xususiyatlari va ko'pincha cheklovlari bilan bog'liq bo'ladi.

Shu bilan birga, biz ovozni raqamli shaklga keltirish, ya'ni. aniq atomizatsiya qilish, yozib olish va qayta ishlash jarayonining o'ziga sezilarli ta'sir ko'rsatmaydi, ayniqsa, bu namunalar hech bo'lmaganda nazariy jihatdan biz eshitadigan chastotalarning yuqori chegaralaridan ancha yuqori bo'lgan chastotada sodir bo'lganligi sababli va shuning uchun aylantirilgan tovushning o'ziga xos nozikligi. raqamli shaklga, biz uchun ko'rinmas. Biroq, tovush materialini o'zlashtirish nuqtai nazaridan, bu juda muhim va biz bu haqda keyinroq gaplashamiz.

Keling, analog signalni raqamli shaklga, ya'ni nol-birga, ya'ni qanday qilib aylantirilishini aniqlaylik. kuchlanish faqat ikkita darajaga ega bo'lishi mumkin bo'lgan biri: raqamli bir daraja, bu kuchlanish degani va raqamli nol darajasi, ya'ni. bu keskinlik amalda yo'q. Raqamli dunyoda hamma narsa bitta yoki nolga teng, oraliq qiymatlar yo'q. Albatta, "yoqilgan" yoki "o'chirilgan" holatlar o'rtasida hali ham oraliq holatlar mavjud bo'lgan loyqa mantiq ham mavjud, ammo bu raqamli audio tizimlarga taalluqli emas.

3. Ovoz manbasidan kelib chiqqan havo zarralarining tebranishi membrananing juda yengil strukturasini harakatga keltirdi.

Transformatsiyalar Birinchi qism

Har qanday akustik signal, xoh vokal, xoh akustik gitara, xoh baraban, kompyuterga raqamli shaklda yuboriladi. u birinchi navbatda o'zgaruvchan elektr signaliga aylantirilishi kerak. Bu, odatda, tovush manbasidan kelib chiqqan havo zarralarining tebranishlari juda engil diafragma strukturasini harakatga keltiradigan mikrofonlar bilan amalga oshiriladi (3). Bu kondensator kapsulasiga kiritilgan diafragma, lenta mikrofonidagi metall plyonkali lenta yoki dinamik mikrofonda unga bog'langan spiralli diafragma bo'lishi mumkin.

Ushbu holatlarning har birida mikrofonning chiqishida juda zaif, tebranuvchi elektr signali paydo bo'laditebranuvchi havo zarralarining bir xil parametrlariga mos keladigan chastota va daraja nisbatlarini katta yoki kamroq darajada saqlaydi. Shunday qilib, bu o'zgaruvchan elektr signalini qayta ishlaydigan qurilmalarda qayta ishlanishi mumkin bo'lgan o'ziga xos elektr analogidir.

Boshida mikrofon signalini kuchaytirish kerakchunki u har qanday tarzda foydalanish uchun juda zaif. Odatda mikrofonning chiqish kuchlanishi millivoltlarda ifodalangan voltning mingdan bir qismi va ko'pincha mikrovolt yoki milliondan bir voltda ifodalanadi. Taqqoslash uchun, an'anaviy barmoq tipidagi akkumulyator 1,5 V kuchlanish ishlab chiqarishini qo'shamiz va bu modulyatsiyaga tobe bo'lmagan doimiy kuchlanish, ya'ni u hech qanday tovush ma'lumotlarini uzatmaydi.

Biroq, har qanday elektron tizimda energiya manbai bo'lishi uchun doimiy kuchlanish kerak bo'ladi, bu esa keyinchalik AC signalini modulyatsiya qiladi. Bu energiya qanchalik toza va samarali bo'lsa, u joriy yuk va buzilishlarga qanchalik kam ta'sir qilsa, elektron komponentlar tomonidan qayta ishlangan AC signali toza bo'ladi. Shuning uchun har qanday analog audio tizimda quvvat manbai, ya'ni quvvat manbai juda muhimdir.

4. Mikrofon kuchaytirgichi, shuningdek, oldindan kuchaytirgich yoki oldindan kuchaytirgich sifatida ham tanilgan

Mikrofon kuchaytirgichlari, shuningdek, oldindan kuchaytirgichlar yoki oldindan kuchaytirgichlar sifatida ham tanilgan, mikrofonlardan signalni kuchaytirish uchun mo'ljallangan (4). Ularning vazifasi signalni ko'pincha hatto bir necha o'nlab desibellarga kuchaytirishdir, bu ularning darajasini yuzlab yoki undan ko'proq oshirishni anglatadi. Shunday qilib, oldingi kuchaytirgichning chiqishida biz kirish kuchlanishiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'lgan o'zgaruvchan kuchlanishni olamiz, lekin undan yuzlab marta oshib ketadi, ya'ni. kasrlardan volt birliklarigacha bo'lgan darajada. Ushbu signal darajasi aniqlanadi chiziq darajasi va bu audio qurilmalarda standart ish darajasi.

Transformatsiya ikkinchi qism

Ushbu darajadagi analog signal allaqachon o'tkazilishi mumkin raqamlashtirish jarayoni. Bu analog-raqamli konvertorlar yoki transduserlar (5) deb ataladigan asboblar yordamida amalga oshiriladi. Klassik PCM rejimida konvertatsiya qilish jarayoni, ya'ni. Hozirgi vaqtda eng mashhur ishlov berish rejimi bo'lgan impuls kengligi modulyatsiyasi ikkita parametr bilan belgilanadi: namuna olish tezligi va bit chuqurligi. Siz haqli ravishda gumon qilganingizdek, bu parametrlar qanchalik baland bo'lsa, konvertatsiya qanchalik yaxshi bo'lsa va signal raqamli shaklda kompyuterga uzatiladi.

5. Konverter yoki analog-raqamli konvertor.

Ushbu turdagi konvertatsiya qilishning umumiy qoidasi namuna olish, ya'ni analog materialdan namunalar olish va uning raqamli tasvirini yaratish. Bu erda analog signaldagi kuchlanishning bir lahzalik qiymati talqin qilinadi va uning darajasi ikkilik tizimda raqamli ravishda ifodalanadi (6).

Biroq, bu erda matematika asoslarini qisqacha esga olish kerak, unga ko'ra har qanday raqamli qiymatni ifodalash mumkin. har qanday sanoq tizimi. Insoniyat tarixi davomida turli xil sanoq sistemalaridan foydalanilgan va hozir ham foydalanilmoqda. Masalan, o‘nlab (12 dona) yoki bir tiyin (12 dona, 144 dona) kabi tushunchalar o‘n ikkilik tizimga asoslanadi.

6. Analog signaldagi kuchlanish qiymatlari va uning darajasini ikkilik tizimda raqamli shaklda ifodalash

Vaqt uchun biz aralash tizimlardan foydalanamiz - soniyalar, daqiqalar va soatlar uchun sexagesimal, kunlar va kunlar uchun o'n ikkilik hosilasi, haftaning kunlari uchun ettinchi tizim, oyda haftalar uchun to'rtta tizim (shuningdek o'n ikkilik va seksagesimal tizim bilan bog'liq), o'n ikkilik tizim yil oylarini ko'rsatish uchun, so'ngra biz o'nlik tizimga o'tamiz, bu erda o'nlab yillar, asrlar va ming yilliklar paydo bo'ladi. O'ylaymanki, vaqt o'tishini ifodalash uchun turli tizimlardan foydalanish misoli sanoq tizimlarining mohiyatini juda yaxshi ko'rsatadi va konvertatsiya bilan bog'liq masalalarni yanada samaraliroq boshqarish imkonini beradi.

Analogdan raqamliga o'tkazish holatida biz eng keng tarqalgan bo'lamiz kasr qiymatlarini ikkilik qiymatlarga aylantiring. O'nlik, chunki har bir namuna uchun o'lchov odatda mikrovolt, millivolt va voltlarda ifodalanadi. Keyin bu qiymat ikkilik tizimda ifodalanadi, ya'ni. unda ishlaydigan ikkita bit yordamida - 0 va 1 ikkita holatni bildiradi: kuchlanish yo'q yoki uning mavjudligi, o'chirilgan yoki yoqilgan, oqim yoki yo'q va hokazo. Shunday qilib, biz buzilishdan qochamiz va barcha harakatlarni qo'llash orqali amalga oshirish ancha osonlashadi masalan, ulagichlar yoki boshqa raqamli protsessorlarga nisbatan biz ishlayotgan algoritmlarning o'zgarishi deb ataladigan narsa.

Siz nolsiz; yoki bitta

Ushbu ikkita raqam, nol va birlar bilan siz ifodalashingiz mumkin har bir raqamli qiymathajmidan qat'iy nazar. Misol tariqasida, 10 raqamini ko'rib chiqing. O'nli kasrni ikkilikka o'tkazishni tushunishning kaliti shundan iboratki, ikkilik tizimdagi 1 soni, xuddi o'nlik kasrdagi kabi, uning raqamlar qatoridagi o'rniga bog'liq.

Ikkilik qatorning oxirida 1 bo'lsa, u holda 1, agar oxiridan ikkinchi bo'lsa - keyin 2, uchinchi holatda - 4 va to'rtinchi holatda - 8 - hammasi o'nli kasrda. O'nlik tizimda, oxirida bir xil 1 10, oxirgi 100, uchinchi 1000, to'rtinchi XNUMX o'xshashlikni tushunish uchun misoldir.

Shunday qilib, agar biz 10 ni ikkilik shaklda ifodalamoqchi bo'lsak, biz 1 va 1 ni ifodalashimiz kerak, shuning uchun men aytganimdek, u to'rtinchi o'rinda 1010 va ikkinchi o'rinda XNUMX bo'ladi, ya'ni XNUMX.

Agar biz kuchlanishlarni fraksiyonel qiymatlarsiz 1 dan 10 voltgacha aylantirishimiz kerak bo'lsa, ya'ni. faqat butun sonlardan foydalangan holda, ikkilik tizimda 4 bitli ketma-ketlikni ifodalay oladigan konvertor etarli. 4-bit, chunki ikkilik sonni bu konvertatsiya qilish uchun to'rttagacha raqam kerak bo'ladi. Amalda u quyidagicha ko'rinadi:

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

10 1010

1 dan 7 gacha bo'lgan raqamlar uchun bosh nollar satrni to'liq to'rt bitga to'ldiradi, shunda har bir ikkilik raqam bir xil sintaksisga ega va bir xil joy egallaydi. Grafik ko'rinishda butun sonlarni o'nlik sistemadan ikkilik tizimga bunday tarjimasi 7-rasmda ko'rsatilgan.

7. O‘nlik sistemadagi butun sonlarni ikkilik sistemaga o‘tkazish

Ikkala yuqori va pastki to'lqin shakllari bir xil qiymatlarni ifodalaydi, faqat birinchisi tushunarli, masalan, chiziqli kuchlanish darajasi o'lchagichlari kabi analog qurilmalar uchun, ikkinchisi esa raqamli qurilmalar, shu jumladan bunday tilda ma'lumotlarni qayta ishlaydigan kompyuterlar uchun. Ushbu pastki to'lqin shakli o'zgaruvchan to'ldiruvchi kvadrat to'lqinga o'xshaydi, ya'ni. vaqt davomida maksimal qiymatlarning minimal qiymatlarga har xil nisbati. Ushbu o'zgaruvchan tarkib konvertatsiya qilinadigan signalning ikkilik qiymatini kodlaydi, shuning uchun "impuls kodining modulyatsiyasi" nomi - PCM.

Endi haqiqiy analog signalni aylantirishga qayting. Biz allaqachon bilamizki, uni silliq o'zgaruvchan darajalarni tasvirlaydigan chiziq bilan tasvirlash mumkin va bu darajalarning sakrash tasviri kabi narsa yo'q. Biroq, analogdan raqamli o'zgartirish ehtiyojlari uchun biz vaqti-vaqti bilan analog signal darajasini o'lchash va har bir o'lchangan namunani raqamli shaklda ko'rsatish uchun bunday jarayonni joriy qilishimiz kerak.

Ushbu o'lchovlarni amalga oshirish chastotasi odam eshitishi mumkin bo'lgan eng yuqori chastotadan kamida ikki baravar bo'lishi kerak deb taxmin qilingan va u taxminan 20 kHz bo'lganligi sababli, eng ko'p 44,1 kHz mashhur namuna tezligi bo'lib qolmoqda. Namuna olish tezligini hisoblash juda murakkab matematik operatsiyalar bilan bog'liq bo'lib, konversiya usullari haqidagi bilimimizning ushbu bosqichida mantiqiy emas.

Ko'proq yaxshiroqmi?

Yuqorida aytib o'tganimning barchasi, namuna olish chastotasi qanchalik yuqori ekanligini ko'rsatishi mumkin, ya'ni. analog signal darajasini muntazam oraliqlarda o'lchash, konvertatsiya sifati qanchalik yuqori bo'lsa, chunki u - hech bo'lmaganda intuitiv ma'noda - aniqroq. Haqiqatan ham rostmi? Bu haqda bir oy ichida bilib olamiz.