Osnovna sredstva i metode obrade zvuka. Temeljna istraživanja

1

Teorija modulacije ima širok raspon primjena na temelju obrade signala u vremenskoj domeni; posebice se može koristiti kao osnova za rješavanje problema obrade širokopojasnih audio signala kada se prenose uskopojasnim radio kanalom, uklj. putem kanala telefonska komunikacija. U teoriji modulacije signal se opisuje kao složeno moduliran (istodobno amplituda i frekvencija) proces u obliku umnoška ovojnice (amplitudno modulirajuća funkcija signala) i kosinusa faze (frekvencijsko modulirajuća funkcija signala). signal). Karakteristična značajka ove teorije je odabir informacijskih parametara signala, čiji se broj povećava nakon svake sljedeće faze njegove dekompozicije na modulirajuće funkcije (višestupanjska dekompozicija). Time se otvara mogućnost utjecaja na odabrane informacijske parametre različite razine i postići željeni tip obrade signala. Primjena teorije modulacije uz implementaciju višestupanjske dekompozicije omogućit će provođenje novih istraživanja proučavanja prirodnih modulacija zvučnih signala u cilju poboljšanja tehnička sredstva radiokomunikacije koje koriste govorne signale kao glavnu odaslanu informaciju. Pregled je omogućio izvođenje zaključka o važnosti mogućnosti korištenja modulacijskih funkcija za obradu audio signala. Otkrivaju se izgledi za korištenje operacije dijeljenja-množenja trenutne frekvencije signala bez izdvajanja modulacijskih funkcija u svrhu smanjenja šuma. Dani su preduvjeti za njegovu primjenu i razvijene metode za proučavanje mogućnosti korištenja operacije trenutne frekvencijske diobe za smanjenje šuma pri prijenosu frekvencijski komprimiranih signala u dvije inačice: smanjenje šuma praćenja frekvencije i dinamičko filtriranje.

modulacijska analiza-sinteza

trenutna frekvencija

smanjenje buke

1. Ablazov V.I., Gupal V.I., Zgursky A.I. Konverzija, snimanje i reprodukcija govornih signala. – Kijev: Lybid, 1991. – 207 str.

2. Ageev D.V. Aktivni pojas frekvencijskog spektra vremenske funkcije // Proceedings of GPI. – 1955. – T. 11. – 1. br.

3. Gippernreiter Yu.B. Percepcija visine zvuka: autorski sažetak. dis. dr.sc. Psihol.sc. – M.: 1960. – 22 str.

4. Ishutkin Yu.M. Razvoj teorije modulacijske analize-sinteze zvučnih signala i njezina praktična primjena u tehnologiji snimanja filmskog zvuka: Sažetak diplomskog rada. dis.za akademske kvalifikacije Umjetnost. Doktor tehničkih znanosti – M.: NIKFI, 1985. – 48 str.

5. Ishutkin Yu.M., Uvarov V.K. Osnove modulacijskih transformacija audio signala / Ed. Uvarova V.K. – St. Petersburg: SPbGUKiT, 2004. – 102 str.

6. Ishutkin V.M. Perspektive obrade audio signala na temelju njihovih modulacijskih funkcija / U zborniku: Problemi zvučne tehnike // Zbornik radova LIKI, sv. XXXI. – L.: LIKI, 1977. – S. 102–115.

7. Korsunsky S.G. Utjecaj spektra percipiranog zvuka na njegovu visinu // Problems of Physiol.Acoust. – 1950. – T. 2. – P. 161–165.

8. Markel J.D., Gray A.H. Linearno predviđanje govora: Trans. s engleskog / Ed. Yu.N. Prokhorova, V.S. 3 zvjezdice. – M.: Komunikacija, 1980. – 308 str.

9. Markin D.N., Uvarov V.K. Rezultati praktičnih istraživanja odnosa između spektra signala, njegove ovojnice, faznog kosinusa i trenutne frekvencije. Dep. ruke br. 181kt-D07, ONTI NIKFI, 2007. – 32 str.

10. Markin D.N. Razvoj metode i tehničkih sredstava za kompaniranje spektra govornih signala. Autorski sažetak. dis. za akademsko natjecanje Umjetnost. k.t. n. – St. Petersburg: SPbGUKiT, 2008. – 40 str.

11. Muravjev V.E. O trenutnom stanju i problemima vokoderske tehnologije // Moderne govorne tehnologije, zbornik radova IX sjednice Ruskog akustičkog društva, posvećen 90. obljetnici M.A. Sapožkova. – M.: GEOS, 1999. – 166 str.

12. Orlov Yu.M. Dinamički filter-prigušivač šuma // TKiT. – 1974. – br. 10. – str. 13–15.

13. Sapožkov M.A. Govorni signal u kibernetici i komunikacijama. Pretvorba govora u odnosu na probleme komunikacijske tehnologije i kibernetike. – M.: Svyazizdat, 1963. – 452 str.

14. Uvarov V.K., Plyushchev V.M., Chesnokov M.A. Primjena modulacijskih transformacija audio signala / Ed. VC. Uvarov. – St. Petersburg: SPbGUKiT, 2004. – 131 str.

15. Uvarov V.K. Kompresija frekvencijskog raspona zvučnih signala za poboljšanje kvalitete zvuka tijekom filmske projekcije: Sažetak diplomskog rada. dr. tehni. Sci. – L.: LIKI, 1985. – 22 s.

16. Zwicker E., Feldkeller R. Uho kao prijemnik informacija: Trans. s njim. – M.: Komunikacija, 1971. – 255 str.

17. Gabor D. Teorija komunikacija. – Časopis Instituta elektrotehnike, III. dio (Radijska i komunikacijska tehnika), Vol. 93, br. 26, studeni 1946. – R. 429–457.

18. Ville J.A. Théorie et application de la notion de signal analytique. – Kablovi i prijenosi, 2A, br. 1, siječanj 1948. – R. 61–74; prevedeno s francuskog u I. Selin, “Teorija i primjene pojma složenog signala.” – Tehnički rep. T-92, The RAND Corporation, Santa Monica, CA, kolovoz 1958.

Teorija modulacije ima širok raspon primjena na temelju obrade signala u vremenskoj domeni; posebice se može koristiti kao osnova za rješavanje problema obrade širokopojasnih audio signala kada se prenose uskopojasnim radio kanalom, uklj. preko telefonskog kanala.

Pregled metoda za obradu audio signala otkrio je mogućnost modulacijske analize-sinteze koju je razvio Yu.M. Ishutkin 70-ih godina prošlog stoljeća za obradu i mjerenje izobličenja. Kasnije je teorija modulacije razvijena u djelima njegovih učenika i sljedbenika.

Modulacijske funkcije oscilacija složenog oblika

Sredinom dvadesetog stoljeća, dva znanstvenika, D. Gabor i J. Wie, neovisno su stvorili teoriju analitičkog signala, koja omogućuje opis bilo kojeg slučajnog procesa kao eksplicitne funkcije vremena. Upravo je ta teorija postala matematička osnova na kojoj je kasnije nastala teorija modulacije zvučnih signala.

Pod nekim nekrutim ograničenjima, sve oscilacije složenog oblika mogu se prikazati kao proizvod dviju eksplicitnih funkcija vremena

gdje je s(t) izvorni audio signal,

S(t) - nenegativna ovojnica signala, funkcija modulacije amplitude;

cos φ(t) - kosinus faze signala, frekvencijski modulirana funkcija;

φ(t) - trenutna faza signala, fazno modulirajuća funkcija signala.

Trenutna frekvencija signala, funkcija modulacije frekvencije signala.

Modulirajuće funkcije S(t), φ(t) i ω(t) signala su stvarne funkcije stvarnog argumenta t. U općim slučajevima modulacijske funkcije ne mogu se odrediti na temelju izvornog signala s(t): on se mora nadopuniti drugim signalom, koji se naziva referentni s1(t) i za par ovih signala (, ) mogu se odrediti modulacijske funkcije . Pojava ovih funkcija jednako ovisi o oba signala.

J. Gabor prvi je 1946. godine pokazao potrebu za referentnim signalom pri određivanju modulacijskih funkcija i u tu svrhu primijenio izravnu Hilbertovu transformaciju na izvorni signal s(t). U teoretskom radiotehnici ovo je dovelo do koncepta analitičkog signala. Međutim, analitička teorija signala razvijena je za uskopojasne oscilacije.

Modulacijske funkcije širokopojasnog signala

Nakon toga, strogi matematički koncepti modulacijskih funkcija prošireni su na širokopojasne audio signale. Međutim, pretpostavlja se da je izbor referentnog signala proizvoljan, a postavljaju se samo zahtjevi za ortogonalnost glavnog i referentnog signala. Unatoč tome, trenutno se Hilbertova transformacija smatra tehnički prikladnim načinom za konstruiranje para ortogonalnih signala.

Budući da su u općem slučaju audio signali neperiodični i mogu se smatrati kvaziperiodičnima samo u određenim prilično kratkim vremenskim intervalima, u teoriji modulacije izravna Hilbertova transformacija s Cauchyjevom jezgrom koristi se za određivanje referentnog signala

, (2)

gdje je H operator Hilbertove transformacije, integral (2) je singularan, tj. ne postoji u uobičajenom smislu u točki t = τ, treba ga shvatiti kao Lebesgueov integral, a njegovu vrijednost u točki t = τ kao Cauchyjevu glavnu vrijednost.

Dvije funkcije međusobno povezane transformacijom (2) nazivaju se Hilbertova konjugata. Iz teorije Hilbertove transformacije poznato je da te funkcije zadovoljavaju uvjet ortogonalnosti, odnosno da je njihov skalarni umnožak jednak nuli u cijeloj domeni definicije.

. (3)

Izraz (3) je određeni integral shvaćen u Lebesgueovom smislu. T - označava raspon vrijednosti varijable t nad kojim se provodi integracija.

U geometrijskom prikazu, funkcija modulacije amplitude S(t) je vektor signala koji rotira oko ishodišta s kutnom frekvencijom ω(t), a signal se može razvijati brzo ili sporo, ali samo u smjeru prema naprijed, a ne u obrnuti smjer. To znači da obje modulirajuće funkcije mogu poprimiti bilo koje pozitivne i negativne vrijednosti (i nisu ničim ograničene) i svaka ima, u općem slučaju, konstantne i promjenjive komponente:

gdje je S0 konstantna komponenta (prosječna vrijednost) ovojnice signala;

SS(t) - omotnica varijabilne komponente omotnice signala;

cos ωS(t) - kosinus faze varijabilne komponente ovojnice signala;

ω0 - prosječna vrijednost trenutne frekvencije signala (frekvencija nositelja);

ωd(t) - odstupanje trenutne frekvencije signala;

ωm(t) - modulirajuća frekvencija signala.

Višestupanjska modulacijska pretvorba

Iz navedenog proizlazi da se proces dekompozicije signala na njegove modulacijske funkcije može nastaviti - provesti višestupanjsku modulacijsku dekompoziciju.

Prvi stupanj ekspanzije daje par modulirajućih funkcija prvog reda (vidi formulu 4)

Drugi stupanj proširenja daje dodatna dva para modulacijskih funkcija drugog reda. U ovom slučaju, ovojnica prvog reda S1(t) daje ovojnicu i trenutnu frekvenciju ovojnice: S21(t) i ω21(t).

Drugi stupanj proširenja prvog reda trenutne frekvencije ω1(t) daje omotnicu trenutne frekvencije i trenutnu frekvenciju: S22(t) i ω22(t).

Nakon treće ekspanzije dobivaju se još četiri para modulirajućih funkcija trećeg reda itd.

Parametri modulacijskih funkcija različitih redova navedeni nakon formule (4) važne su informacijske značajke audio signala, čiji utjecaj na vrijednosti i frekvencijski položaj otvara široke mogućnosti za obradu audio signala: kompresija spektra, promjena boje , pretvorba dinamičkog raspona i smanjenje šuma, transpozicija signala, itd. d.

Tehnički zadaci obrade audio signala utjecajem na njihove modulacijske funkcije su sljedeći:

● stvoriti višestupanjski demodulator (pretvarač), kada bi se na ulaz doveo napon u(t) = s(t), na izlazima bi se osigurali naponi proporcionalni modulacijskim funkcijama prvog, drugog itd. narudžbe;

● utjecati na vrijednosti i spektre ovih napona;

● vratiti audio signal pomoću obrađenih funkcija modulacije, tj. provoditi amplitudnu i frekvencijsku modulaciju oscilacija generatora.

Na primjer, korištenje nelinearnog korektivnog učinka na parametre funkcije modulacije amplitude omogućit će kompresiju i smanjenje šuma rekonstruiranog audio signala. Utječući na signal kanala s funkcijom moduliranja frekvencije pomoću nelinearnog kruga koji ima smanjenje koeficijenta diferencijalnog prijenosa s povećanjem trenutnih vrijednosti izlaznog napona, moguće je postići kompresiju frekvencijskog raspona obrađeni audio signal. Dijeljenjem frekvencije ωm(t) i uklanjanjem visokofrekventnog dijela njezinog spektra, spektar audio signala može se značajno komprimirati uz zadržavanje visoke otpornosti na šum.

Izgledi za korištenje dijeljenja-množenja trenutne frekvencije signala bez izolacijskih modulacijskih funkcija u svrhu smanjenja šuma

Formulacija problema

Kod prijenosa audio signala putem uskopojasnih komunikacijskih kanala, kompresija frekvencije dovodi do primjetnog ograničenja u širini trenutnog frekvencijskog spektra. Istražujemo mogućnost zamjene komponenti u spektru fonema takvih signala, uzrokovanih visokim frekvencijama frekvencijske modulacije, s drugim komponentama - smještenim na bliskim frekvencijama, ali uzrokovanim povećanjem odstupanja trenutne frekvencije fonema kada obnavljanje frekvencijski komprimiranih signala. Takva bi zamjena trebala poboljšati kvalitetu prijenosa zvuka zbog potpunije subjektivne percepcije.

Preduvjeti za ovakvu formulaciju problema mogu biti sljedeći:

1. Samoglasnici se većim dijelom svog trajanja mogu smatrati periodičnim signalom. Kako se odstupanje frekvencije povećava, povećavat će se i broj harmonika osnovnog tona. Posljedično, moguće je smanjiti broj harmonika temeljnog tona pri odašiljanju signala, te vratiti njihov broj na prijemnoj strani kanala povećanjem devijacije frekvencije.

2. Spektri bezvučnih suglasnika su kontinuirani. Spektri njihovih trenutnih frekvencija također su kontinuirani, u pojasu približno jednakom polovici frekvencijskog pojasa spektra signala. Stoga, kako se odstupanje frekvencije povećava, spektar trenutne frekvencije će ostati kontinuiran, ali će se spektar fonema proširiti.

3. Poznat je utjecaj spektralnog sastava složenih signala na percepciju njihove visine. Zvukovi bogati visokofrekventnim spektralnim komponentama percipiraju se kao viši u usporedbi sa zvukovima koji imaju istu osnovnu frekvenciju, ali sa slabim harmonicima visokog reda ili s manjim brojem njih.

4. Budući da će se zamjena spektralnih komponenti dogoditi na visokim frekvencijama, može se pretpostaviti da će takva zamjena biti neprimjetna ili gotovo neprimjetna za uho. Osnova za to je smanjena osjetljivost sluha na promjene visine tona u području visokih frekvencija.

Razvoj metodologije istraživanja

Smanjenje šuma praćenja frekvencije

Mogućnost korištenja rada trenutne frekvencijske podjele u svrhu redukcije šuma bit će kvantitativno opravdana nakon preliminarnih studija dopuštenih granica redukcije spektra modulacijskih funkcija audio signala za različite prijenosne kanale.

Pri korištenju trenutne frekvencijske podjele u svrhu prijenosa audio signala u frekvencijski komprimiranom obliku, očito je da je odaslani signal koncentriran u niskofrekventnom području. Štoviše, širina frekvencijskog pojasa, koja je neophodna za prijenos signala bez izobličenja, stalno će se mijenjati, zajedno s promjenom audio signala. Stoga se jedan od glavnih zadataka ovog istraživanja može identificirati kao utvrđivanje mogućnosti stvaranja pratećeg niskopropusnog filtra (LPSF), čija bi se gornja granična frekvencija mijenjala tijekom vremena, uzimajući vrijednosti u skladu s određenim dopuštenim granicama o frekvencijskom pojasu trenutne frekvencije i ovojnici, što će biti poznato nakon provođenja preliminarnih istraživanja. Čini se da će smanjenje propusnosti za uskopojasne signale, koji imaju malo ili nimalo maskiranja šuma prijenosnog kanala, biti vrlo značajno. Stoga će za takve signale dobitak u omjeru signal-šum biti značajan.

Drugi zadatak ovog istraživanja trebao bi biti određivanje upravljačkog signala za niskopropusni filtar. Kao prve kandidate za ulogu upravljačkog signala možemo predložiti signale proporcionalne ili ωn(t), ili derivaciji trenutne frekvencije signala u skladu s . Budući da se smanjenje šuma postiže razlikovanjem frekvencijskih područja signala i šuma, takvo se smanjenje šuma može nazvati smanjenjem frekvencije.

Kada se koristi ovojnica za smanjenje šuma praga amplitude ili za dinamičko filtriranje, dobivamo kombinirani prigušivač šuma za frekvencijski komprimirane signale.

Dinamičko filtriranje

Kao što je poznato, u postojećim verzijama dinamičkih filtara, svi Raspon frekvencija zvučni signali podijeljeni su u pojaseve, od kojih se svaki smanjuje buku pomoću prigušivača buke praga (obično su to inercijski uređaji). Nedostaci dinamičkih filtara obično uključuju složenost hardvera, budući da je dinamički filtar kombinacija nekoliko prigušivača šuma praga (obično četiri ili više). Osim toga, pojavljuju se poteškoće u osiguravanju linearnih frekvencijskih karakteristika.

Sada je moguće istražiti opciju dinamičkog filtriranja u jednom niskofrekventnom pojasu pri prijenosu frekvencijski komprimiranih signala, kontrolirajući širinu pojasa omotnice signala. Kao što je poznato, kada se razina zvučnog signala smanji, prvo se gornji harmonici zvuka utapaju u šumu kanala za prijenos zvuka, a na kraju, vibracija osnovnog tona. Ovo sugerira da je moguće, smanjenjem propusnosti filtra proporcionalno smanjenju ovojnice, osigurati učinak smanjenja šuma bez uobičajenih nedostataka dinamičkih filtara.

Zaključak

U teoriji modulacije signal se opisuje kao složeno moduliran (istodobno amplituda i frekvencija) proces u obliku umnoška ovojnice (amplitudno modulirajuća funkcija signala) i kosinusa faze (frekvencijsko modulirajuća funkcija signala). signal). Karakteristična značajka ove teorije je odabir informacijskih parametara signala, čiji se broj povećava nakon svake sljedeće faze njegove dekompozicije na modulirajuće funkcije (višestupanjska dekompozicija). Time se otvara mogućnost utjecaja na odabrane informacijske parametre različitih razina i postizanje željene vrste obrade signala.

Primjena teorije modulacije uz implementaciju višestupanjske dekompozicije omogućit će provođenje novih istraživanja proučavanja prirodnih modulacija zvučnih signala u cilju poboljšanja tehničkih sredstava radiokomunikacije koja koriste govorne signale kao glavnu odašiljanu informaciju.

Pregled je omogućio izvođenje zaključka o važnosti mogućnosti korištenja modulacijskih funkcija za obradu audio signala. Otkrivaju se izgledi za korištenje operacije dijeljenja-množenja trenutne frekvencije signala bez izdvajanja modulacijskih funkcija u svrhu smanjenja šuma. Dani su preduvjeti za njegovu primjenu i razvijene metode za proučavanje mogućnosti korištenja operacije trenutne frekvencijske diobe za smanjenje šuma pri prijenosu frekvencijski komprimiranih signala u dvije inačice: smanjenje šuma praćenja frekvencije i dinamičko filtriranje.

Recenzenti:

Smirnov N.V., doktor fizikalnih i matematičkih znanosti, izvanredni profesor, profesor na Katedri za modeliranje ekonomskih sustava, primijenjenu matematiku procesa upravljanja, Državno sveučilište St. Petersburg, St.

Starichenkov A.L., doktor tehničkih znanosti, izvanredni profesor Instituta za prometne probleme nazvan. N.S. Solomenko Ruska akademija znanosti, Sankt Peterburg.

Bibliografska poveznica

Uvarov V.K., Redko A.Yu. MODULACIJSKA ANALIZA-SINTEZA ZVUČNIH SIGNALA I PERSPEKTIVA NJENE UPORABE U SVRHU SMANJENJA ŠUMA // Temeljna istraživanja. – 2015. – br. 6-3. – Str. 518-522;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=38652 (datum pristupa: 26.04.2019.). Predstavljamo vam časopise izdavačke kuće "Akademija prirodnih znanosti"

Adapter

Budući da je linijski ulaz audio adaptera glavni prijemnik vanjskog signala prilikom snimanja, svaki proizvođač nastoji osigurati dovoljnu kvalitetu pojačanja signala na ovom ulazu. Osjetljivost linijskih ulaza većine zvučnih adaptera približno je ista, a parametri kvalitete proporcionalni su ukupnoj kvaliteti kartica. Situacija je potpuno drugačija s ulazima za mikrofon: ploča koja košta 100 USD može imati mnogo lošiji ulaz u smislu osjetljivosti i kvalitete od one potrošačke klase za 8 USD. Razlog je taj što je ulaz za mikrofon za zvučni adapter sekundaran i funkcionalnost je najčešće ograničena na spajanje najjednostavnijeg jeftinog mikrofona za davanje glasovnih naredbi, gdje razina buke i frekvencijski odziv nisu toliko kritični.

Mikrofonski ulazi modernih adaptera dizajnirani su, u pravilu, za povezivanje elektretnih mikrofona s ugrađenim pojačalom koje prima napajanje iz adaptera. Takav mikrofon ima visoku izlaznu impedanciju i razvija do 50-100 mV na izlazu, pa je za pojačanje signala na linearnu ulaznu razinu (oko 500 mV) dovoljno jednostavno pretpojačalo. Neki adapteri, prema dokumentaciji, omogućuju spajanje dinamičkih mikrofona koji ne zahtijevaju napajanje, ali takav mikrofon razvija samo 1-3 mV na izlazu i zahtijeva prilično osjetljivo i tiho pojačalo, što je prilično rijetko na zvuku kartice. Stoga vam tipična ploča u najboljem slučaju omogućuje da iz takvog mikrofona dobijete nedovoljno glasan, prigušen zvuk, prepun buke i smetnji, au najgorem slučaju, iz dinamičkog mikrofona uopće nećete dobiti zvuk. Prednost se daje elektretnim mikrofonima zbog činjenice da je računalo izvor mnogih elektromagnetska radijacija, stvarajući primjetne smetnje na osjetljivom ulazu mikrofona, s kojima se prilično teško nositi. Stvaranje tihog pojačala zahtijevalo bi poseban raspored ploče, pažljivo filtriranje napona napajanja, zaštitu područja ulaznog kruga i druge složene i skupe trikove.

Ulazni konektor mikrofona većine adaptera je monofonski; za prijenos signala koristi samo krajnji kontakt (TIP) utikača, koji je u stereo utičnici odgovoran za signal lijevog kanala. Srednji kontakt (RING), koji je odgovoran za desni kanal u stereo konektoru, ili se uopće ne koristi u konektoru mikrofona, ili služi za prijenos +5 V napona napajanja za elektretni mikrofon. Kada nema zasebnog kontakta za napajanje mikrofona, napon napajanja se dovodi direktno na ulaz signala, a pojačala u tom slučaju moraju imati kapacitivnu izolaciju ulaza i izlaza.

Mikrofon

Kao što smo saznali, za izravno povezivanje s adapterom najprikladniji su elektret mikrofoni, koji su obično dostupni u prilično minijaturnim verzijama: u obliku "olovki" s stalcima ili "kopčama" pričvršćenim na odjeću ili na tijelo monitora. Oni su jeftini i prodaju se u trgovinama računalne opreme; Ako vam nije potrebna visoka kvaliteta snimanja blizu profesionalne, možete se snaći s takvim mikrofonom. U suprotnom, potreban vam je kvalitetan profesionalni mikrofon, za koji ćete morati otići u dućan s glazbenom opremom, a cijena će mu biti otprilike red veličine viša.

Sa spajanjem profesionalnog mikrofona sigurno će se pojaviti brojni problemi. Takvi mikrofoni su najčešće dinamički i proizvode signal s amplitudom od nekoliko milivolti, a mikrofonski ulaz većine zvučnih adaptera, kao što je već spomenuto, nije u stanju normalno percipirati takve slabe signale. Mogu postojati dva izlaza: ili kupiti pretpojačalo za mikrofon u istoj glazbenoj trgovini (što se može pokazati prilično skupom igračkom) i spojiti njegov izlaz ne na mikrofon, već na linijski unos adapter; ili koristite mikrofon s ugrađenim pretpojačalom i napajanjem (baterija). Ako imate vještine radijskog inženjeringa, možete sami sastaviti jednostavno pojačalo - opcije sklopova često se nalaze u knjigama i na Internetu.

Osim toga, profesionalni mikrofoni obično imaju XLR konektore, dok računalni audio adapteri obično imaju mini-DIN konektore, tako da će biti potreban adapter; Ponekad se takvi adapteri prodaju u glazbenim trgovinama, ali možda ćete ih morati sami lemiti.

I na kraju, može se dogoditi da bilo koji profesionalni mikrofon bude puno bolji od vašeg zvučnog adaptera u pogledu parametara kvalitete, a zvuk koji dobijete s takvim mikrofonom u konačnici neće biti ništa bolji od onoga što može pružiti obični elektret. Stoga, ako sumnjate u visoku kvalitetu svog adaptera (a jednostavni adapteri koji koštaju oko 10 USD, posebno ugrađeni, imaju vrlo osrednje parametre), onda ima smisla pregovarati s trgovinom o mogućem povratu kupljeni mikrofon ako ga ne možete dobiti s prilično visokokvalitetnim zvukom.

Tehnologija snimanja

Za razliku od fiksnih izvora signala, mikrofon ima niz značajki koje se moraju uzeti u obzir pri radu s njim. Prije svega, on voli "fononirati": ako pojačani signal iz mikrofona stigne do zvučnika, onda ga mikrofon percipira, signal se ponovno pojačava itd., odnosno stvara se tzv. pozitivna povratna sprega, koji “zaljulja” putanju zvuka, uvodi ga u način samopobude, što se očituje kroz glasan zvižduk, zvonjavu ili tutnjavu. Čak i ako staza ne uđe u način samopobude, pozitivna veza može proizvesti zvuk zvona ili zviždanja, što značajno kvari signal. Istodobno, osjetljivi mikrofon može uspješno uhvatiti signal čak i iz slušalica, ako je zvuk u njima dovoljno glasan, a vanjska zvučna izolacija slaba. Stoga je potrebno eksperimentalno odrediti položaj/smjer mikrofona i glasnoću pojačanog zvuka pri kojoj je pozitivan odnos najmanje vidljiv. Završnu snimku preporuča se napraviti s isključenim zvučnicima ili barem što je više moguće stišanim.

Osjetljivi mikrofoni, posebno jednostavni i jeftini, savršeno percipiraju strane zvukove, poput šuštanja prstiju na tijelu mikrofona ili laganog škripanja samog tijela, čak i od laganog kompresije (vjerojatno ste čuli slične zvukove tijekom telefonskih razgovora). Kako biste izbjegli takve smetnje, bolje je instalirati mikrofon na udobno postolje ili ga slobodno držati bez stiskanja prstima.

Još jedan neugodan moment u korištenju mikrofona je takozvano pljuvanje zraka koje je posebno izraženo na eksplozivnim suglasnicima kao što su “p”, “b”, “t” i sl. Kao rezultat intenzivnog zvučnog impulsa koji udara u membranu, formira se nagli skok amplitude signala, preopterećujući pojačalo i/ili ADC. Profesionalni mikrofoni imaju zaštitu od vjetra protiv toga - mrežastu ili mekanu podlogu koja se nalazi na određenoj udaljenosti od kapsule, ali ni to ne štedi uvijek, pa se morate naviknuti na svaki mikrofon, naviknuti ga držati ili pod pravim kutom da prolaze izravni zračni tokovi ili dovoljnu udaljenost da dođu do mikrofona u već oslabljenom stanju.

Dok eksperimentirate s mikrofonom, otkrit ćete da boja snimljenog glasa dosta ovisi o udaljenosti od usta do mikrofona i o kutu mikrofona u odnosu na lice. To je zbog činjenice da su niskofrekventne komponente glasa najviše raspršene i prigušene s udaljenošću, dok su visokofrekventne komponente manje prigušene, ali imaju izraženiju usmjerenost. Najsočniji i baršunasti ton glasa može se dobiti postavljanjem mikrofona izravno na usta, ali tada ćete morati puno petljati s kutom nagiba i puno vježbati kako biste izbjegli "pljuvanje".

Snimanje putem vanjskih uređaja

Nedavno su se pojavili vrlo egzotični načini snimanja zvuka s mikrofona i njegovog prijenosa na računalo. Stoga Creative izdaje digitalni player, Jukebox, koji sadrži minijaturni tvrdi disk, samostalni kontroler I USB sučelje. Glavna funkcija playera je reprodukcija zvučnih datoteka koje se na njega prenose s računala, ali ugrađeni mikrofon omogućuje vam da ga koristite kao samostalni diktafon: zvuk se snima na tvrdi disk, što osigurava kontinuirano snimanje nekoliko sati, a zatim se zvučni zapis može prenijeti na računalo. Još jedan Creative proizvod, PC Cam, hibrid je digitalne kamere, kamkordera i diktafona i omogućuje vam snimanje zvuka u ugrađenu Flash memoriju, odakle se dohvaća pomoću istog USB sučelja.

Uklanjanje buke i smetnji

Budući da glasovni signal ima prilično uzak spektar (stotine herca - nekoliko kiloherca), operacija uklanjanja šuma može se primijeniti na njega s većom dubinom nego u slučaju proizvoljnog glazbenog signala. Tijekom snimanja također se može ispostaviti da u najuspješnije snimljenom fragmentu (s umjetničke točke gledišta) mikrofon ipak ispadne "pljunut" na jednom ili više mjesta, te pokušava ponoviti frazu ili stih pjesme s jednako uspjelim rasporedom naglasaka ne daju željeni rezultat. U takvim slučajevima možete pokušati zaokružiti impulse preopterećenja, održavajući ili smanjujući njihovu amplitudu. S malim brojem impulsa, prikladno je to učiniti ručno, povećavajući sliku dok se ne pojave čvorne točke koje se mogu kliknuti mišem.

Metode obrade glasa

Kao što smo već rekli, složeni glazbeni signal sadrži mnogo heterogenih komponenti, na koje većina metoda obrade zvuka utječe s različitim efektima, pa je raspon univerzalnih metoda obrade signala vrlo uzak. Najpopularnija metoda reverberacije imitira višestruke refleksije zvučnih valova i stvara efekt prostora - sobe, dvorane, stadiona, planinskog kanjona itd.; Reverberacija vam omogućuje da dodate bogatstvo i glasnoću "suhom" zvuku. Ostale univerzalne metode obrade svode se na manipuliranje frekvencijskim odzivom (ekvilajzer), čišćenje fonograma od šuma i smetnji.

U odnosu na primarni, jednostavni zvučni signal, može se vrlo uspješno primijeniti cijeli niz postojećih metoda obrade - amplituda, frekvencija, faza, vrijeme, formant itd. Te metode koje dovode do kakofonije na složenom signalu često mogu dovesti do stvaranja vrlo zanimljivih i upečatljivih efekata na jednostavnim signalima, naširoko korištenih u audio industriji.

Montaža

Računalna montaža govornih fonograma - tipična novinarska aktivnost nakon snimanja intervjua - istovremeno je jednostavna i složena. Isprva se čini jednostavnim, zahvaljujući strukturi govora koja je pogodna za vizualnu analizu, prisutnosti primjetnih pauza između riječi, izbijanja amplitude na mjestima naglaska itd. Međutim, kada pokušate, na primjer, preurediti dvije fraze razdvojene doslovno sekundama, ispada da se one ne žele spojiti - promijenila se intonacija, faza disanja, pozadinska buka i jasno se čuje ispuna spoj. Ovakvi prekidi lako su uočljivi u gotovo svakom radijskom intervjuu, kada se snima govor osobe koja nije profesionalni radijski novinar, pa stoga ne zna reći samo ono što bi trebalo ići u eter. Iz govora se izrezuje nepotrebno, neki se fragmenti preuređuju kako bi bolje odgovarali značenju, zbog čega je uho stalno “iznenađeno”, budući da se takvi intonacijski i dinamički prijelazi ne događaju u tijeku prirodnog ljudskog govora.

Da biste izgladili efekte prijelaza, možete koristiti metodu crossfade, iako će vam omogućiti usklađivanje fragmenata govora samo po amplitudi, ali ne i po intonaciji i pozadinskom šumu. Stoga smatramo potrebnim upozoriti one kojima je računalna montaža zgodan način krivotvorenja snimke, na primjer, pregovora: pregledom se lako mogu identificirati i mjesta lijepljenja koja se uhu ne mogu razaznati, kao što je slučaj s krivotvorenjem dokumenata pomoću skenera i pisača.

Obrada amplitude

Najjednostavnija vrsta dinamičke amplitudne obrade glasa je njegova modulacija s periodičkim signalom, kada se amplitude signala umnožavaju i glas poprima amplitudne karakteristike modulirajućeg signala. Moduliranjem niskofrekventnim (jedinice herca) sinusoidnim signalom dobivamo “grgljajući” glas, povećavajući frekvenciju signala – vibriranje. Korištenjem pravokutnog, trokutastog ili pilastog oblika umjesto sinusnog vala, svom glasu možete dati metalnu, iskrivljenu, "robotsku" intonaciju.

Amplitudna modulacija odabranog fragmenta fonograma izvodi se u sklopu operacije Generate g Tones za generiranje periodičnih signala. U polju Base Frequency glavna frekvencija signala postavljena je u hercima, u polju Flavor - vrsta pulsa, u polju Duration - trajanje u sekundama. Kontrole glasnoće postavljaju razinu signala.

Grupa klizača Frequency Components određuje harmonijske razine glavnog signala s brojevima navedenim na klizačima. Frekvencijska modulacija signala može se dobiti pomoću polja Modulate By - pomak od osnovne frekvencije u hercima - i Modulation Frequency - frekvencija modulacije. Kada je polje Lock... označeno, svi ti parametri, uključujući osnovnu frekvenciju, su stacionarni; Kada nije označeno, možete postaviti njihove početne/konačne vrijednosti na karticama Početne/Konačne postavke - mijenjat će se linearno tijekom generiranog segmenta.

Grupa polja Source Modulation određuje kako će se generirani signal koristiti. Prema zadanim postavkama, kada nijedno od ovih polja nije označeno, signal se umeće u zvučni zapis ili zamjenjuje odabrani fragment; inače se koristi za izvođenje zadane operacije s odabranim fragmentom: Modulate - normalna modulacija (množenje), Demodulate - demodulacija (dijeljenje), Overlap (mix) - jednostavno miješanje signala. Uzastopna modulacija i demodulacija istog signala vraća izvorni signal (moguće s modificiranom ukupnom razinom). Eksperimentiranje s različitim kombinacijama parametara ponekad daje vrlo smiješne i neočekivane rezultate.

Privremena obrada

Ova vrsta obrade temelji se na pomaku izvornog signala u vremenu i miješanju rezultata s originalnim signalom, nakon čega se pomak i miješanje mogu ponovno primijeniti. Kada se pomaci dogode u kratkim vremenskim razdobljima, usporedivim s trajanjem razdoblja originalnog signala, pojavljuju se fazni efekti kao što su smetnje, uzrokujući da zvuk dobije određenu boju; Taj se učinak naziva flanger i koristi se i s fiksnom vrijednošću pomaka i s onom koja se povremeno mijenja ili čak potpuno nasumičnom. S pomacima u intervalima koji prelaze trajanje razdoblja, ali ne više od 20 ms, javlja se koralni učinak (zbor). Zbog sličnosti tehnologije, ova dva učinka često se implementiraju jednim programskim blokom s različitim parametrima.

S višestrukim pomacima u intervalima od 20...50 ms javlja se efekt reverberacije - booming, glasnoća, jer slušni aparat tumači odgođene kopije signala kao refleksije od okolnih objekata. U intervalima većim od 50 ms, uho više ne povezuje jasno pojedinačne kopije jedne s drugima, što rezultira efektom jeke.

U Cool Edit 2000, efekti koji se temelje na vremenskoj odgodi grupirani su pod grupom Transform g Delay Effects. Flanger i chorus efekti stvaraju se operacijom flangera:

Motor Original/Delayed kontrolira omjer izvornog i odgođenog signala (intenzitet ili dubina efekta). Initial/Final Mix Delay - početna i završna odgoda kopije - mijenja se ciklički unutar ovih ograničenja. Stereo Phasing - kut faznog pomaka između kanala - omogućuje vam stvaranje neobičnog efekta "uvijanja" zvuka, posebno u slušalicama. Povratna informacija - dubina povratne informacije (količina rezultirajućeg signala pomiješana s izvornim prije primjene operacije) - omogućuje vam kontrolu ozbiljnosti i oštrine učinka.

Grupa Stopa određuje ciklične parametre efekta. Period - vremenski interval tijekom kojeg flanger prolazi od početnog kašnjenja do konačnog kašnjenja i natrag; Frekvencija - recipročna vrijednost, učestalost povratnih putovanja; Ukupni ciklusi - broj potpunih prolaza kroz odabrani fragment. Postavljanje bilo kojeg parametra uzrokuje automatski ponovni izračun ostatka.

Grupa Mode kontrolira značajke efekta: Inverted - inverzija odgođenog signala, Special EFX - dodatna inverzija izvornog i odgođenog signala, Sinusoidal - sinusoidalni zakon promjene kašnjenja od početnog do konačnog (ako je onemogućen, kašnjenje se mijenja linearno).

Skup unaprijed postavljenih postavki omogućuje vam vizualno proučavanje značajki operacije. Pokušajte odabrati nekoliko unaprijed postavljenih postavki, mijenjajući unaprijed postavljene parametre u svakoj od njih i ne zaboravite poništiti svaki put kako biste usporedili učinak različitih kombinacija parametara na zvuk.

Efekt odjeka u Cool Edit 2000 može se implementirati na dva načina: korištenjem Echo Chambera, simulatora prostorije s zadane dimenzije i akustična svojstva te Reverb - generator efekta glasnoće temeljen na algoritmu ugrađenom u editor za simulaciju višestrukih refleksija u prostoru. Jer ovaj tip obrada je univerzalna i odnosi se na bilo koji zvučni materijal, ukratko ćemo opisati drugu metodu kao najpopularniju.

Polje/klizač Total Reverb Length određuje vrijeme reverberacije tijekom kojeg su reflektirani signali potpuno prigušeni; neizravno je povezan s volumenom prostora u kojem putuje zvuk. Attack Time - vrijeme potrebno da dubina odjeka poraste na nominalnu razinu; služi za glatku manifestaciju efekta kroz cijeli obrađeni fragment. Vrijeme apsorpcije visoke frekvencije - vrijeme apsorpcije visokofrekventnih komponenti volumenom, proporcionalno "mekoći" i "prigušenosti" volumena. Percepcija - stupanj razumljivosti: niže vrijednosti (glatke) - slabe i meke refleksije koje ne prekidaju glavni signal, veće vrijednosti (eho) - jasne i jake, jasno čujne refleksije koje mogu pogoršati razumljivost govora.

Klizači/polja za miješanje određuju omjer izvornog (suhog) i obrađenog (mokrog) signala u rezultatu.

Efekt jeke implementiran je operacijom Echo i signalu dodaje njegove kopije koje postupno blijede, pomaknute za jednaka vremenska razdoblja. Decay regulator postavlja količinu prigušenja - razinu svake sljedeće kopije kao postotak razine prethodne. Initial Echo Volume - razina prve kopije kao postotak razine izvornog signala. Odgoda - odgoda između kopija u milisekundama. Grupa kontrola Successive Echo Equalization kontrolira ekvilizator kroz koji prolazi svaka uzastopna kopija, što vam omogućuje postavljanje različitih akustičnih karakteristika simuliranog prostora.

Budući da je učinak "u tijeku" u vremenu, može stvoriti zvučni fragment koji je dulji od originalnog. U tu svrhu postoji stavka Continue echo after selection - dopuštenje za miješanje echo signala u dio fonograma koji se nastavlja izvan granice odabranog fragmenta. U tom slučaju samo odabrani fragment će se uzeti kao izvorni signal, a preostali dio fonograma će se koristiti isključivo za postavljanje "repa". Ako u fonogramu nema dovoljno mjesta za "rep", prikazat će se poruka o pogrešci i morat ćete dodati dio tišine na kraj fonograma pomoću operacije Generate g Silence.

Učinak se najbolje uočava na relativno kratkim zvukovima. Na dugim riječima ili frazama, kako bi se isključila pojava "blebetanja" - višestrukog ponavljanja različitih slogova ili riječi koje prekidaju jedna drugu, bolje je učiniti efekt "kraj", birajući za ponavljanje samo kratki završni fragment fraze ili čak zadnji naglašeni slog riječi. Pokušajte eksperimentirati s različitim riječima i izrazima kako biste stekli osjećaj koji je završni dio najbolje koristiti za "razmnožavanje" u svakom pojedinom slučaju.

Spektralna obrada

Najupečatljiviji i najzanimljiviji efekt iz ove klase, implementiran u Cool Edit 2000, je promjena visine i brzine. Svima je poznat učinak povećanja ili smanjenja visine signala pri promjeni brzine vrpce u magnetofonu ili rotacije ploče. S razvojem metoda digitalne obrade signala, postalo je moguće uvjerljivo implementirati svaki od ovih učinaka zasebno - mijenjajući visinu uz zadržavanje vremenskih karakteristika, ili obrnuto.

Ova vrsta obrade u Cool Edit 2000 provodi se operacijom Transform g Time/Pitch g Stretch. Postoje dvije mogućnosti - s konstantnim ili s kliznim koeficijentom. Koeficijenti su postavljeni poljima Initial/Final Ratio, koja su također povezana s motorima radi lakše promjene. Koeficijent se može, osim toga, posredno namjestiti poljem Transpose u obliku broja glazbenih kromatskih polutonova gore (sharp) ili dolje (flat). U načinu promjene trajanja dostupno je i polje Duljina u kojem možete postaviti potrebnu duljinu rezultirajućeg fragmenta.

Prekidač Precision postavlja točnost obrade: nisku (Low), srednju (Medium) i visoku (High) - ovo je neophodno jer operacija spektralne obrade zahtijeva mnogo izračuna, a smanjenje točnosti omogućuje bržu obradu - barem na eksperimentalnoj pozornici. Prekidač Stretching Mode postavlja vrstu obrade: Time Stretch - ubrzanje/usporavanje u vremenu, Pitch Shift - pomak visine tona, Resample - jednostavno ponovno uzorkovanje, slično promjeni brzine vrpce/ploče.

Skupina parametara Pitch and Time Settings kontrolira specifičnosti operacije. Obrada se izvodi razbijanjem fragmenta u male zvučne blokove; Parametar Frekvencija spajanja određuje broj takvih blokova u jednoj sekundi fragmenta. Povećanje ove "frekvencije uzorkovanja" čini blokove manjim, povećavajući prirodnost obrade, ali se u isto vrijeme povećava učinak drobljenja, što dovodi do neugodnih prizvuka. Parametar preklapanja postavlja stupanj preklapanja susjednih blokova prilikom sastavljanja rezultirajućeg signala - malo međusobno preklapanje omogućuje vam da izgladite preklapajuće zvukove od njihovog spajanja. Stavka Odaberite odgovarajuće zadane postavke koristi se za automatska instalacija te parametre na najprikladnije, s gledišta urednika, vrijednosti.

Ovaj članak dovršava kratki niz o snimanju i obradi zvuka na kućnom računalu.

ComputerPress 12"2002

Pretvarači dinamičkog raspona audio signala temeljeni na O ve modul I funkcije

Haritonov Vladimir Borisovič,

kandidat tehničkih znanosti, Profesor

Zirova Julija Konstantinovna,

apsolvent ods h audiotehničari

Državno sveučilište St. Petersburg Sveučilište za film i televiziju.

Pretvorba dinamičkog raspona audio signala na temelju modulacijskih funkcija u teoriji modulacijske analize-sinteze je bez inercije. Štoviše, ne govorimo o nelinearnoj obradi trenutnih vrijednosti signala, koja je bez inercije, ali unosi nelinearna izobličenja u obrađeni signal. Obrada signala prema njihovim modulacijskim funkcijama teoretski u nizu slučajeva rješava problem pretvorbe dinamičkog raspona signala bez unošenja izobličenja u njih. U praksi, kako navode autori koji su izvršili analognu implementaciju modulirajućih funkcija obradnih uređaja, nemoguće je postići teoretske rezultate zbog ograničene točnosti i nestabilnosti parametara analognih uređaja za izdvajanje i obradu modulirajućih funkcija. U ovom članku prikazani su rezultati istraživanja digitalne implementacije uređaja za pretvorbu dinamičkog raspona na teoretskoj osnovi modulacijske analize-sinteze, što je omogućilo razjašnjavanje potencijala metode pomoću precizne digitalne obrade signala.

U početku su se pretvarači dinamičkog raspona (DRC) audio signala koristili u radijskom emitiranju kako bi zaštitili audio staze od preopterećenja, uskladili raspon razina signala s dinamičkim rasponom kanala preko kojih se prenose i smanjili utjecaj šuma od snimanja. medijima. Iz sličnih razloga komprimiran je zvuk za kinematografski audiokanal prijenosa, budući da je dinamički raspon analognih fotofonograma obično 35–45 dB, a raspon razina zvučnog programa (sluhom percipiranog) može doseći gotovo 110 dB. Često pribjegavaju kompresiji i govora i glazbe kako bi izgladili dinamiku zvuka i povećali razumljivost govora na nastupima uživo kada se, na primjer, govornik iz nekog razloga znatno udalji od mikrofona ili mu se približi. Ima još mnogo primjera korištenja samo amplitudnih kompresora. Ali pretvorba dinamičkog raspona nije ograničena na njegovu kompresiju, već također uključuje ograničavanje, smanjenje šuma i proširenje audio signala. Sve ove vrste obrade zvuka sada su naširoko korištene i vjerojatno će pomoći inženjerima zvuka da realiziraju svoje kreativne ideje i dugotrajno rješavaju tehničke probleme.

Neki razlozi za uključivanje prometnih pravila u audio staze s prelaskom na digitalne metode snimanja izgubili su na važnosti: dinamički raspon digitalnih medija za snimanje i audio staza usporediv je s dinamičkim rasponom ljudskog sluha. Ali u kinu, ako ne komprimirate dinamički raspon zvučnog zapisa filma dok ga slušate, tada će se tihi fragmenti jednostavno utopiti u buci gledališta. Također, ostavljanje gornje granice razine signala može zaglušiti publiku ili preopteretiti pojačala snage i zvučnike u kinu. Stoga je transformacija dinamičkog raspona kinematografskog zvuka neophodna kako bi se osiguralo ugodno slušanje u kino dvorani. U digitalnom audio formatu Dolby Digital , koji se koristi za snimanje zvučnih zapisa većine modernih filmova, omogućuje formiranje posebnog signala za kontrolu dinamičkog raspona. Oprema za reprodukciju omogućuje korištenje ovog signala za reguliranje dinamičkog raspona, a moguće je mijenjati i stupanj kompresije ovisno o uvjetima pojedinog gledališta. U tom pogledu ostaje relevantno razviti pretvarače dinamičkog raspona koji pružaju visokokvalitetnu obradu audio signala uz minimalnu intervenciju inženjera zvuka.

Prema kriteriju izvedbe prometna se pravila dijele u dvije skupine: inercijska (s dinamički promjenjivim prijenosnim koeficijentom) i bestromna (trenutačno djelovanje).

Inercijalni pretvarači koriste se u audiotehnici već desetljećima; načelo njihovog rada, prednosti i nedostaci dovoljno su detaljno opisani u literaturi. Njihov se rad temelji na izoliranju ovojnice od signala, generiranju kontrolnog signala na temelju ovojnice, a zatim množenju ova dva signala: ulaznog audio signala i kontrolnog signala:

gdje je ulazni signal, je kontrolni signal, je izlazni signal.

Množenje u vremenskoj domeni odgovara konvoluciji spektara imenovanih signala u frekvencijskoj domeni.

gdje je frekvencijski spektar ulaznog signala, je frekvencijski spektar upravljačkog signala, je frekvencijski spektar izlaznog signala.

Za generiranje upravljačkog signala koristi se niskofrekventno filtriranje maksimalnih ili korijenskih srednjih kvadratnih vrijednosti ulaznog signala. Kao rezultat takvog filtriranja, upravljački signal mijenja inerciju u odnosu na promjene amplitude ili srednje kvadratne vrijednosti signala. Zbog kontradiktornih zahtjeva za filtriranje funkcije koeficijenta prijenosa, javljaju se nedostaci inercijskih pretvarača:

· Glatko povećanje upravljačkog signala dovodi do prenapona u izlaznom signalu kada se ulazni signal naglo poveća. Ove emisije mogu nadilaziti linearni dio prijenosnih karakteristika audioputa. U tom će se slučaju pojaviti nelinearna izobličenja;

· naglo povećanje kontrolnog signala eliminiraće emisije, ali u isto vrijeme kontrolni signal će dobiti strmi rub - to će obogatiti njegov spektar, što znači da će nakon konvolucije spektra ulaznog signala i kontrolnog signala, spektar izlaznog signala značajno će se obogatiti. To će uzrokovati pojavu zvučnih učinaka prometnih pravila;

· spor proces obnove koeficijenta prijenosa s oštrim smanjenjem signala dovodi do pojave učinka "šuma pauze disanja". Taj se učinak izražava u zvučno primjetnom smanjenju glasnoće tihog fragmenta signala s postupnim naknadnim povećanjem;

· oštro vraćanje koeficijenta prijenosa uzrokovat će pojavu valova u kontrolnom signalu pri obradi audio signala s intenzivnim niskofrekventnim komponentama. Ove pulsacije uzrokuju modulaciju amplitude obrađenog signala i dovode do pojave nelinearnih izobličenja.

Kako navedena izobličenja ne bi bila vidljiva uhu, potrebno je odabrati optimalne parametre filtra za određenu vrstu audio materijala: govor ili glazbu.

Poznati su limitatori razine signala bez inercije, u njima su trenutne vrijednosti signala koje prelaze određenu zadanu vrijednost praga signala podložne ograničenju. U tom se slučaju mijenja oblik signala i pojavljuju se velika nelinearna izobličenja, pa se takvi uređaji praktički ne koriste. Koriste se uglavnom kao sredstvo zaštite od preopterećenja putanje prijenosa signala.

Bezinercijska pretvorba dinamičkog raspona audio signala temeljena na modulacijskim funkcijama u teoriji modulacijske analize-sinteze lišena je navedenih nedostataka inercijskih uređaja i gore navedenih bezinercijskih limitatora razine signala. U teoriji modulacijske analize-sinteze, sve transformacije, uključujući transformaciju dinamičkog raspona, temelje se na izdvajanju iz signala i naknadnoj obradi modulacijskih funkcija: amplitude i/ili frekvencije. Osim transformacije dinamičkog raspona signala, na temelju modulacijskih transformacija moguće je izvršiti: bezinercijsku kontrolu tona audio signala, kompresiju frekvencijskog raspona audio signala na temelju selekcije i nelinearnu obradu njihovih trenutna frekvencija i druge vrste transformacija.

Pokazalo se da je analogni spin-off kompresor temeljen na modulirajućim funkcijama prilično teško implementirati. Rezultati njegova rada, prikazani u, pokazuju da su svi nedostaci inercijskih kompresora u u ovom slučaju nedostaju. Ali zbog ograničene točnosti i nestabilnosti parametara analognih uređaja za izolaciju i obradu modulirajućih funkcija, rezultati su daleko od teoretski mogućih. Zbog složenosti analogne implementacije, naravno, od velikog je interesa stvaranje digitalnog sustava upravljanja prometom bez inercije koji se temelji na modulirajućim funkcijama. Prvo, ovo će poboljšati kvalitetu obrade zvuka korištenjem algoritama za pretvorbu dinamičkog raspona koji su nedostupni ili ih je teško implementirati sa potrebnom točnošću u analognom obliku. Drugo, zbog široke upotrebe digitalne načine Za audio snimanje, obradu i reprodukciju najprirodnije je izvršiti pretvorbu dinamičkog raspona također u digitalnom obliku. Precizna digitalna implementacija PDD-a temeljena na modulacijskoj analizi-sintezi omogućit će potpuno razjašnjavanje potencijalnih mogućnosti metode, koja je do sada bila ometana fundamentalno neuklonjivim pogreškama u analognoj implementaciji.

Prije prikaza rezultata rada digitalnog bezinercijskog kompresora ima smisla detaljnije razmotriti modulacijske funkcije i osnove pretvorbe modulacijskih signala.

Prema teoriji modulacijske analize-sinteze proizvoljni signal može se prikazati kao rezultat kombinirane primjene amplitudne i frekvencijske modulacije:

,

ako ste uspješno odabrali par modulacijskih funkcija - amplitudnu modulirajuću funkciju i - frekvencijsku modulirajuću funkciju. U teoriji je dokazano da je za jedinstven odabir ovog para funkcija potrebno izvorni signal dopuniti referentnim signalom pomoću Hilbertove transformacije. Pojmove modulirajućih funkcija signala uveo je još 1945. D. Gabor.

Envelopa (funkcija moduliranja amplitude) para signala konjugiranih prema Hilbertu naziva se nenegativna funkcija vremena

.(1)

Trenutna frekvencija (funkcija modulacije frekvencije) para signala derivacija je trenutne faze:

Koncepti koje je uveo D. Gabor našli su široku primjenu u opisivanju transformacija uskopojasnih signala.

Yu.M. Ishutkin predložio je generalizaciju definicija modulirajućih funkcija koje je uveo D. Gabor, bez nametanja ograničenja na širinu frekvencijskog spektra signala.

Ideja obrade audio signala utjecajem na njegove modulacijske funkcije, koju je predložio Yu. M. Ishutkin, je da:

1. Na temelju poznatog stvarnog signala koristiti Hilbertovu transformaciju za stvaranje složenog signala

,

Gdje – Hilbertovo preslikavanje signala.

2. Za ovaj par signala izračunajte modulacijske funkcije: modulacijsku funkciju amplitude i modulacijsku funkciju frekvencije signala.

3. Pretvorite modulacijske funkcije za potrebe obrade koristeći linearne i nelinearne sklopove.

4. Koristeći modificirane modulacijske funkcije, sintetizirajte novi audio signal.

Kombinacija prve dvije operacije, kao rezultat koje postaju poznate modulacijske funkcije signala, naziva se modulacijska analiza. Posljednja operacija naziva se modulacijska sinteza. Struktura kanala pune modulacijske analize-sinteze prikazana je na slici 1.

.

Za izgradnju digitalnog sustava potrebno je izvršiti potrebne transformacije digitalnog prikaza audio signala. Digitalni sustav upravljanja prometom bez inercije može se izgraditi pomoću sheme izravnog upravljanja. Uzimajući u obzir uzorkovanje analognih signala, njegov blok dijagram prikazan je na sl. 2.

sl.2. Strukturna shema digitalni kompresor bez inercije s izravnom regulacijom.

Izvorni signal je predstavljen kao

,

gdje je diskretna trenutna funkcija modulacije amplitude, a je diskretna trenutna faza signala. Demodulator ovojnice izvodi Hilbertovu transformaciju i izračunava funkciju modulacije amplitude. Frekvencijski spektar izvornog signala, u skladu sa svojstvom spektra umnoška slika, bit će jednak

,(2)

gdje je frekvencijski spektar funkcije modulacije amplitude, simbol izravne Fourierove transformacije, njegova implementacija u ovom izrazu tvori frekvencijski spektar kosinusa trenutne faze signala kao drugog operanda konvolucije, i frekvencijski spektar signala.

Kao rezultat nelinearne transformacije trenutne amplitudno modulirajuće funkcije, izvedene u bloku stepenovanja, dobivamo novu diskretnu amplitudno modulirajuću funkciju , Gdje - neka nelinearna funkcija, u ovom slučaju funkcija snage, koja ostvaruje amplitudnu karakteristiku prometnog toka tražene vrste. Nova funkcija modulacije amplitude odgovarat će novom frekvencijskom spektru. Frekvencijski spektar signala sintetiziranog korištenjem modificirane modulacijske funkcije amplitude imat će oblik

Uvođenje linije kašnjenja potrebno je za sinkronizaciju izvornog signala sa signalom omotnice, čiji izračun neizbježno prati vremensko kašnjenje.

Dodavanje konstantnog signala novoj omotnici je neophodno tako da pretvorba započne s vrijednošću ovojnice većom od razine praga specificirane konstantnim izrazom.

Za poseban slučaj implementacije amplitudne karakteristike kompresora s kompresijom dinamičkog raspona na pola, signal na izlazu SPD-a bez inercije može se prikazati sljedećom relacijom:

.

Većinu potrebnih matematičkih operacija izvodi digitalni sustav visoke točnosti. Možda je najsloženiji element digitalnog PDA širokopojasni digitalni Hilbertov pretvarač (DHC), koji je dio jedinice za demodulaciju ovojnice. O tome uvelike ovisi kvaliteta prometnih pravila. Za postizanje visoke kvalitete pretvorbe CPG mora u širokom frekvencijskom pojasu, od 32 Hz do 16000 kHz, osigurati frekvencijski neovisan fazni pomak signala s pogreškom reda veličine . Veličina fazne pogreške odabrana je tako da se pulsacije trenutne amplitude signala tona koje iz nje proizlaze ne mogu uho primijetiti. S takvom faznom pogreškom njihova razina neće premašiti -80 dB. Implementacija takvog pretvarača raspravlja se u [ 10 ].

Računalni model digitalnog kompresora bez inercije koji se temelji na modulirajućim funkcijama, izgrađen prema shemi na slici 2, pri ispitivanju njegove učinkovitosti na testnim jednotonskim signalima, dao je pozitivne rezultate, pokazujući time ispravnost pronađenih algoritamskih rješenja, kao i uspješno rješavanje problema koji se neminovno pojavljuju pri prijelazu s analognog prikaza signala na digitalni. Funkcija modulacije amplitude izvornog jednotonskog signala konstantna je funkcija vremena. Kao rezultat nelinearne transformacije funkcije amplitudne modulacije dobiva se nova funkcija vremenske amplitudne modulacije, ali će to u slučaju jednotonskog signala opet biti konstantna funkcija vremena. Spektar izvorne modulacijske funkcije amplitude i nelinearno transformirane za jednotonski signal sastoji se od jednog harmonika na frekvenciji signala. Rezultat konvolucije jednotonskog signala sintetiziranog korištenjem modificirane funkcije modulacije amplitude sigurno će biti sličnog oblika izvornom signalu.

Testiranje rada bezinercijskog motora za regulaciju prometa na stvarnom zvučnom signalu dalo je neočekivane rezultate, naime na trenutke vrlo lošu kvalitetu zvuka koji je prošao nelinearnu obradu. Kako bi se pronašao uzrok koji uzrokuje zvučno uočljive artefakte prilikom slušanja obrađenog složenog audio signala, provedena je analiza oblika modulacijskih funkcija (usporedbom vrijednosti na izlazu digitalnog modela s izračunatim vrijednostima), te kao usporedba oblika njihovih frekvencijskih spektara. Kao ispitni signal za takvo ispitivanje odabran je signal koji se sastoji od dvije harmonijske komponente s frekvencijama Hz i Hz:

gdje je frekvencija uzorkovanja signala jednaka 44,100 Hz.

Ispod je izračunati vremenski dijagram ispitnog signala i njegovog frekvencijskog spektra (Sl. 3a), kao i vremenski dijagrami i frekvencijski spektri njegove modulacijske funkcije amplitude (Sl. 3b) i faznog kosinusa (Sl. 3c). Spektri amplitudno modulirajuće funkcije i faznog kosinusa sastoje se od mnogo komponenti, ali kao rezultat konvolucije takvih spektara ostaju samo dvije komponente.

sl.3. Vremenske funkcije (desno) i frekvencijski spektri (lijevo): a) otkucajni signal s frekvencijama 1000 i 1500 Hz; b) funkcija modulacije amplitude signala otkucaja; c) kosinus faze signala otkucaja.

Analitički izraz za modulirajuću funkciju vremenske amplitude ima oblik:


Za izračun njegovog spektra prikladno je koristiti tabelarnu kosinusnu transformaciju Fourierove funkcije pri

(3)

Prikazane su tablične vrijednosti gama funkcije za argumente u rasponu od 0 do 2, kao i formule za izračunavanje gama funkcije za velike i negativne vrijednosti argumenata. Tablica 1 sažima rezultate analitičkog proračuna spektralnih komponenata modulirajuće funkcije amplitude na kutnim frekvencijama od 0 do s periodom jednakom . U diskretnoj domeni, frekvencija odgovara frekvenciji koja je jednaka omjeru frekvencije uzorkovanja i broja uzoraka u razdoblju signala. Gotovo potpuna podudarnost vrijednosti navedenih u dijagramima na Sl. 3, rezultatom analitičkog proračuna, potvrđuje ispravnost konstrukcija na sl. 3.

Stol 1.

Analitičke vrijednosti spektra modulirajuće funkcije amplitude.

Diskretna frekvencija

–3,93

–13,47

1000

–27,45

1500

–34,82

2000

–39,94

2500

–43,88

3000

–47,1

Sažimanje dinamičkog raspona na pola odgovara potencijskoj obradi funkcije modulacije amplitude s eksponentom jednakim 1/2. Za ovaj slučaj na Sl. Na slici 4 prikazane su razlike u vremenskim funkcijama i spektrima frekvencija izvornog (isprekidana linija) i obrađenih (puna linija) signala (slika 4a), kao i njihove modulacijske funkcije amplitude (slika 4c). Spektri izvornog i obrađenog signala pomaknuti su jedan u odnosu na drugi za 30 točaka u dijagramu radi vizualnijeg prikaza njihovih razlika.

U tablici Na slici 2 prikazani su rezultati analitičkog proračuna spektra nelinearno transformirane ovojnice, izračunate pomoću formule (3) za . Gotovo se točno podudaraju s vrijednostima navedenim u dijagramima na Sl. 4, što potvrđuje točnost potonjeg.

sl.4. Vremenske funkcije (desno) i frekvencijski spektri (lijevo): a) signali na ulazu i izlazu beztromnog pretvarača; b) modulacijska funkcija amplitude ulaznog signala i rezultat njegove potencije.

Tablica 2.

Analitičke vrijednosti spektra nelinearno transformirane modulirajuće funkcije amplitude (snaga 1/2).

Diskretna frekvencija

2,35

16,33

1000

25,87

1500

31,25

2000

35,03

2500

37,95

3000

40,33

Nelinearna transformacija modulirajuće funkcije amplitude modificirala je njezin spektar (slika 3b). Kao rezultat konvolucije takve nelinearno transformirane ovojnice i ulaznog signala, izlazni signal će imati znatno obogaćeni spektar u usporedbi s ulaznim (slika 3a). U signalu otkucaja sintetiziranom korištenjem modificirane ovojnice pojavit će se dodatne komponente koje se mogu smatrati intermodulacijskim izobličenjima. Mijenjaju subjektivnu percepciju pretvorenog signala. Očito je da će se u svakom drugom slučaju, osim kod obrade jednotonskog signala, zbog promjene samo jednog od operanda u izrazu (2) dobiti spektar konvertiranog signala koji se razlikuje od izvornog. Stupanj obogaćenja spektra izlaznog signala ovisi o propusnosti ovojnice: što je širi spektar nelinearno transformirane ovojnice, to je frekvencijski spektar pretvorenog signala obogaćeniji.

Dakle, u svom čistom obliku, pretvorba bez inercije dinamičkog raspona audio signala temeljena na modulirajućim funkcijama nije prikladna zbog promjena u frekvencijskom spektru pretvorenog signala, u nekim slučajevima jasno vidljivih uhu. Moguće je, naravno, filtrirati spektar nelinearno transformirane ovojnice, približno do širine kritičnog pojasa sluha u niskofrekventnom dijelu audio raspona. Tada će dodatne komponente biti unutar istog kritičnog pojasa s komponentama spektra izvornog signala i bit će maskirane. Ali PDD će izgubiti svojstvo bez inercije zbog ograničenog trajanja prijelazne funkcije filtra trenutne ovojnice.

Zaključci:

· Digitalni model SDA omogućio je uklanjanje fatalnih pogrešaka analogne implementacije i razjašnjavanje potencijalnih mogućnosti SDA metode temeljene na nelinearnoj obradi modulirajućih funkcija.

· Preslušavanje fonograma nakon obrade s digitalnim podacima o prometu na temelju modulacijskih funkcija otkrilo je pojavu u nekim trenucima čujnih velikih izobličenja audio signala.

· Analiza vremenskih funkcija i frekvencijskih spektara signala koji nastaju tijekom upravljanja prometom pomoću modulirajućih funkcija omogućila je objašnjenje pojave zvučnih izobličenja obogaćivanjem frekvencijskog spektra obrađenog signala zbog promjene spektra amplitudno modulirajuće funkcije. Kako bi se smanjila vidljivost izobličenja, potrebno je filtrirati pretvorenu funkciju modulacije amplitude. U isto vrijeme, njegov spektar se sužava, a pod uvjetom da su dodatne komponente u istim kritičnim slušnim pojasima s glavnim komponentama, prve su učinkovito maskirane od strane drugih. Istina, u ovom slučaju prometna pravila gube svojstvo bezinercije.

· Zbog postojanja temeljnih nedostataka u bezinercijskim regulatorima prometa koji se temelje na modulirajućim funkcijama, čini se da bi stvaranje naprednijih prometnih regulatora trebalo slijediti put poboljšanja inercijskih pretvarača.

Književnost.

1. Osnove modulacijskih transformacija audio signala: Monografija / Ishutkin Yu.M., Uvarov V.K.; ur. V. K. Uvarova. – Sankt Peterburg: SPbGUKiT, 2004.

2. Radiodifuzija i elektroakustika: Udžbenik za sveučilišta / A. V. Vykhodets, M. V. Gitlits, Yu. A. Kovalgin i drugi; ur. M. V. Gitlitsa. – M.: Radio i veze, 1989.

3. Udo Zoelzer. Digitalna obrada audio signala. John Willey i sinovi. Chichester, New York, Weinheim, Brisbane, Singapur, Toronto, 1997.

4. Ostashevsky E. N. Razvoj metode i opreme za upravljanje nestacionarnim fazama signala za pretvorbu boje pri stvaranju zvučnih efekata: Sažetak disertacije. dis. dr.sc. oni. Sci. – L.: LIKI, 1987.

5. Uvarov V.K. Točno kompandiranje frekvencijskih i dinamičkih raspona audio signala. – Sankt Peterburg: SPbGUKiT, 2002.

6. Plyushchev V. M. Razvoj metode i uređaja za pretvorbu bez inercije dinamičkog raspona zvučnih signala: Sažetak disertacije. dis. Kandidat tehničkih znanosti – L.: LIKI, 1986.

7. Primjena modulacijskih transformacija audio signala: Monografija / V. K. Uvarov, V. M. Plyushchev, M.A. Česnokov; ur. U.K. Uvarova - St. Petersburg: SPbGUKiT, 2004.

8. Mogućnosti obrade audio signala na temelju njihovih modulacijskih funkcija. Ishutkin Yu.M. Zbornik radova Lenjingradskog instituta filmskih inženjera, 1977., sv. . -S. 102-115 (prikaz, ostalo).

9. D.Gabor, J.IEE 93, (pt3), (1946).

10. Časopis znanstvenih radova studenata diplomskih i doktorskih studija, ISSN 1991-3087, 2008, broj 9. – str. 213-218 (prikaz, ostalo).

11. Integralne transformacije i operacijski račun, V. A. Ditkin, A. P. Prudnikov, Glavna redakcija fizičke i matematičke literature izdavačke kuće Nauka, M., 1974.

12. Priručnik iz matematike (za znanstvenike i inženjere). G. Korn, T. Korn. – M., 1977.

02.03.2015 u 10:15

Dakle, u ovaj ciklus U ovom članku ćemo govoriti o tome što je kompresija i kako je koristiti. Nažalost, ljudi ga često koriste bez razumijevanja njegovih osnova i rezultat je daleko od najboljeg. najbolja kvaliteta. To me je potaknulo da napišem seriju članaka, gdje ćemo detaljno analizirati rad uređaja koji se zove kompresor, te prikazati njegovu primjenu u praksi.

Jedan od glavnih parametara zvuka je njegova dinamika. Uz pomoć dinamike možete naglasiti note i glazbene fraze dodavanjem novih boja djelu, ali, kako pokazuje praksa, malo glazbenika (ovdje se ne uzimaju u obzir profesionalci u svom području) to uspijeva. I bubnjevi koji nisu podložni dinamičkoj obradi zvuče suho i neizražajno. A odgovor je ovdje jednostavan – naš je sluh osjetljiviji na visoke zvukove, a manje na niske. Kao primjer, možemo usporediti zvuk činele i sub-kicka, normalizirati ih na 0db i slušati: ljudi će percipirati činelu svjetlije, jasnije i bogatije. Naravno, možemo povisiti razinu sub-kicka, ali u isto vrijeme (s obzirom na prisutnost drugih instrumenata u miksu) riskiramo da dobijemo nered zvukova koji paraju uho, gdje će udarac biti izvan skale i cimbal će zazvoniti negdje iza. Kompresor služi za sprječavanje "dinamičkih sukoba". Također, kroz njega se mogu provući već gotove mješavine kako bi se izravnao cjelokupni zvuk, dodala mu gustoća i stvorio pumping efekt.

Da rezimiramo gore navedeno:Kompresor - uređaj koji se koristi za smanjenje dinamičkog raspona - jaz između najtiše i najglasnije razine audio signala.

Načelo rada kompresora nije tako komplicirano kao što se čini - hvata sve što prelazi zadanu vrijednost u db i smanjuje je prema postavkama. Pogledajmo primjer kompresora iz T-Racks Plugin Bundle paketa

Prag - ovaj parametar je odgovoran za prag odziva kompresora. Oni su ti koji postavljaju prag na kojem kompresor počinje raditi. Mjeri se u db. Na primjer, ako vrijednost ovog parametra postavimo na -11.1, to znači da sve ispod ovog raspona neće biti obrađeno, a sve iznad kompresora će biti snimljeno i obrađeno.

Želio bih vas odmah upozoriti - s ovim parametrom morate raditi vrlo pažljivo i stalno gledati na informacijsku ploču (gore desno). Kada obrađuje audio signal, postoji rizik od snimanja tiših zvukova koji ne trebaju kompresiju.

omjer - omjer. Često mnogi ljudi ne razumiju ovaj parametar ili ga pogrešno razumiju. Zapravo, sve je vrlo jednostavno - odgovorno je za količinu prigušenja signala. Također se mjeri u db. Recimo da imamo vrijednost 2 (u nekim kompresorima može se koristiti oznaka 2:1), to znači da je signal premašio prag Prag bit će prigušen na 1 db iznad vrijednosti praga, 8 db će biti prigušen na 4x i tako dalje. Značenje omjer u području 3 smatrat će se umjerenom kompresijom, 5 - srednjom, 8 - jakom, a vrijednosti iznad 20 već će se smatrati ograničavajućim. U ovom slučaju, naš kompresor počinje sličiti Limiter, ali ovaj kompresor ne dopušta postavljanje tako ekstremnih vrijednosti.

NapadVrijeme - vrijeme odziva kompresora, koje je potrebno da signal postane maksimalno komprimiran nakon prelaska praga određenog parametrom Prag. Mjereno u milisekundi.

Na nekim kompresorima vrijeme napada izraženo je u dB/sek.

Otpuštanje - vrijeme oporavka.Ovaj parametar je potpuno suprotan parametru NapadVrijeme. Točnije, to je vrijeme potrebno da se signal vrati u prvobitno stanje. Vrijeme oporavka obično je znatno dulje od vremena napada.

Na kompresoru iz T - Stalci to je posebno uočljivo, jer vremenska vrijednostOtpuštanje predstavljen u vrijednostima u sekundama u odnosu na milisekundeNapad Vrijeme .

NapravitiGore - Zbog činjenice da je kompresor uređaj koji smanjuje dinamičke karakteristike signala, izlazni zvuk će biti tiši nego što je bio prije obrade. Ovaj parametar se koristi za kompenzaciju ovog procesa. Drugim riječima, koristimo ga za povećanje glasnoće signala nakon obrade.

U nekim kompresorima je istomože se označiti kaoIzlaz dobitak , Izlaz , dobitak itd.

Koljeno - ovaj parametar prikazuje glatkoću prijelaza između komprimiranog i nekomprimiranog signala. Ima 2 vrste - teškoKoljeno I MekoKoljeno. Korištenje MekoKoljeno ovaj prijelaz se odvija glađe i prirodnije, kompresor radi tiše i neprimjetnije. Njegov rad vrlo dobro ilustrira sljedeći grafikon

Vrste kompresije (po principu upotrebe):

1. Sekvencijalno sažimanje - najčešći tip dinamička obrada zvuk. U Umetnuti kanala dodajemo kompresor koji nam je potreban i konfiguriramo ga. Jednostavno je.

2. Paralelna kompresija - ova vrsta kompresije je također prilično raširena, ali postoji jedna značajna razlika od sekvencijalne kompresije - kod nje dodajemo kompresor na Poslati-kanal i već ga miksati čistim i neobrađenim zvukom.

Neki kompresori imaju parametar Miješati, koji vam omogućuje podešavanje omjera čistog signala i obrađenog bez pribjegavanja stvaranju zasebne staze Poslati.

3. Višepojasna kompresija - kompresija, u kojoj se pojedini frekvencijski rasponi obrađuju na različite načine. Pogledajmo višepojasni kompresor tvrtke Waves

Princip rada ovog kompresora nije tako kompliciran kao što se na prvi pogled čini: temelji se na uređaju tzv. Crossover, koji dijeli frekvencije audio signala u različite raspone. I onda se rad odvija kao s običnim kompresorom, ali se svaki frekvencijski raspon može obraditi sa svojim postavkama, što je vrlo korisno kod obrade pojedinačnih instrumenata u miksu.

To je sve. U drugom dijelu govorit ću o značajkama korištenja različitih kompresora.

Metode korištene za audio obradu:

1. Instalacija. Sastoji se od izrezivanja nekih dijelova iz snimke, umetanja drugih, njihove zamjene, umnožavanja itd. Naziva se i uređivanje. Sve moderne zvučne i video snimke montirane su u jednom ili drugom stupnju.

2. Amplitudne transformacije. Izvode se različitim radnjama na amplitudi signala, koje se u konačnici svode na množenje vrijednosti uzorka s konstantnim faktorom (pojačanje/slabljenje) ili vremenski promjenjivom funkcijom modulatora (amplitudna modulacija). Poseban slučaj modulacije amplitude je formiranje ovojnice kako bi se dobio stacionarni razvoj zvuka tijekom vremena.

Transformacije amplitude izvode se sekvencijalno na pojedinačnim uzorcima, tako da ih je lako implementirati i ne zahtijevaju puno računanja.

3. Frekvencijske (spektralne) transformacije. Izvodi se na frekvencijskim komponentama zvuka. Ako koristimo spektralnu dekompoziciju - oblik reprezentacije zvuka u kojem se frekvencije mjere vodoravno, a intenziteti komponenti tih frekvencija se mjere okomito, tada mnoge transformacije frekvencija postaju slične transformacijama amplitude u spektru. Na primjer, filtriranje - pojačanje ili slabljenje određenih frekvencijskih pojasa - svodi se na nametanje odgovarajuće ovojnice amplitude spektru. Međutim, frekvencijska modulacija se ne može zamisliti na ovaj način - ona izgleda kao pomak cijelog spektra ili njegovih pojedinih dijelova u vremenu prema određenom zakonu.

Za provedbu frekvencijskih transformacija obično se koristi spektralna dekompozicija pomoću Fourierove metode, što zahtijeva značajna sredstva. Međutim, postoji algoritam za brzu Fourierovu transformaciju (FFT), koja se radi u cjelobrojnoj aritmetici i omogućuje čak i na nižim modelima 486 da razmotaju spektar signala prosječne kvalitete u stvarnom vremenu. Pretvorbe frekvencije također zahtijevaju obradu i kasniju konvoluciju, tako da filtriranje u stvarnom vremenu još nije implementirano na procesorima opće namjene. Umjesto toga postoji veliki broj digitalni procesori signala (Digital Signal Processor - DSP), koji ove operacije izvode u stvarnom vremenu i preko više kanala.

4. Fazne transformacije. Svode se uglavnom na stalni fazni pomak signala ili njegovu modulaciju nekom funkcijom ili drugim signalom. S obzirom na to da ljudski slušni sustav koristi fazu za određivanje smjera izvora zvuka, fazne transformacije stereo zvuka omogućuju dobivanje efekta rotirajućeg zvuka, zbora i slično.

5. Privremene transformacije. Oni uključuju dodavanje njegovih kopija glavnom signalu, pomaknutih u vremenu za različite količine. Pri malim pomacima (reda manje od 20 ms), to daje učinak umnožavanja izvora zvuka (efekt zbora), pri velikim pomacima - efekt jeke.

6. Formantske transformacije. Oni su poseban slučaj frekvencijskih i rade s formantima - karakterističnim frekvencijskim pojasima koji se nalaze u glasovima koje izgovaraju ljudi. Svaki zvuk ima svoj odnos amplituda i frekvencija nekoliko formanata, što određuje boju i razumljivost glasa. Promjenom parametara formanata možete naglasiti ili zasjeniti pojedinačne glasove, promijeniti jedan samoglasnik u drugi, pomaknuti glasovni registar itd.

Na temelju ovih metoda, mnogi hardver i softver obrada zvuka. Ispod je opis nekih od njih.

1. Kompresor (od engleskog "compress" - stisnuti, stisnuti) je elektronički uređaj ili kompjuterski program, koristi se za smanjenje dinamičkog raspona audio signala. Kompresija prema dolje smanjuje amplitudu glasnih zvukova koji su iznad određenog praga, dok zvukovi ispod tog praga ostaju nepromijenjeni. Kompresija naviše, s druge strane, povećava glasnoću zvukova ispod određenog praga, dok zvukovi iznad tog praga ostaju nepromijenjeni. Ove radnje smanjuju razliku između tihih i glasnih zvukova, sužavajući dinamički raspon.

Parametri kompresora:

Prag je razina iznad koje se signal počinje potiskivati. Tipično postavljeno u dB.

Omjer - Određuje omjer ulaznih/izlaznih signala koji prelaze prag. Na primjer, omjer 4:1 znači da će signal 4 dB iznad praga biti komprimiran na razinu 1 dB iznad praga. Najviši omjer ∞:1 obično se postiže korištenjem omjera 60:1, što zapravo znači da će svaki signal iznad praga biti smanjen na razinu praga (osim kratkih oštrih promjena glasnoće, koje se nazivaju "napad").

Attack and Release (napad i oporavak, sl. 1.3). Kompresor može osigurati određeni stupanj kontrole nad brzinom rada. "Napadna faza" je razdoblje kada kompresor smanjuje glasnoću na razinu koja je određena omjerom. "Faza otpuštanja" je razdoblje kada kompresor povećava glasnoću do razine određene omjerom ili do nula dB kada razina padne ispod praga. Trajanje svakog razdoblja određeno je brzinom promjene razine signala.

Riža. 1.3. Napad i oporavak kompresora.

Kod mnogih kompresora, napad i otpuštanje korisnik može prilagoditi. Međutim, u nekim kompresorima one su određene projektiranim krugom i korisnik ih ne može mijenjati. Ponekad su parametri napada i oslobađanja "automatski" ili "ovisni o softveru", što znači da se njihovo vrijeme mijenja ovisno o dolaznom signalu.

Kompresijsko koljeno (Knee) kontrolira kompresijsko savijanje na graničnoj vrijednosti; može biti oštro ili zaobljeno (Sl. 1.4). Mekano koljeno polako povećava omjer kompresije i na kraju postiže kompresiju koju je postavio korisnik. Kod ukočenog koljena, kompresija počinje i naglo prestaje, što ga čini vidljivijim.

Riža. 1.4. Meko i tvrdo koljeno.

2. Ekspander. Ako kompresor potiskuje zvuk nakon što njegova razina prijeđe određenu vrijednost, ekspander potiskuje zvuk nakon što njegova razina padne ispod određene vrijednosti. U svim ostalim aspektima, ekspander je sličan kompresoru (parametri obrade zvuka).

3. Distorzija (engleski “distortion” - izobličenje) je umjetno grubo sužavanje dinamičkog raspona kako bi se zvuk obogatio harmonicima. Tijekom kompresije, valovi sve više poprimaju kvadratne, a ne sinusne oblike zbog umjetnog ograničenja razine zvuka, koji imaju najveći broj harmonika.

4. Kašnjenje (engleski delay) ili echo (engleski echo) - zvučni efekt ili odgovarajući uređaj koji simulira jasna zamiruća ponavljanja izvornog signala. Učinak se ostvaruje dodavanjem kopije ili više kopija, vremenski odgođenih, izvornom signalu. Kašnjenje obično znači jednokratno kašnjenje signala, dok echo efekt znači višestruko ponavljanje.

5. Reverberacija je proces postupnog smanjenja intenziteta zvuka tijekom njegove višestruke refleksije. Postoje mnogi parametri u virtualnim reverberacijama koji vam omogućuju da dobijete željeni zvuk specifičan za svaku prostoriju.

6. Equalizer (engleski "equalize" - "level", opća kratica - "EQ") - uređaj ili računalni program koji vam omogućuje promjenu amplitudno-frekvencijske karakteristike audio signala, odnosno podešavanje njegove (signalne) amplitude selektivno, ovisno o učestalosti. Prije svega, ekvilajzere karakterizira broj frekvencijskih filtara (pojasa) podesive razine.

Postoje dvije glavne vrste višepojasnih ekvilajzera: grafički i parametarski. Grafički ekvilajzer ima određeni broj frekvencijskih pojaseva podesive razine, od kojih svaki karakterizira konstantna radna frekvencija, fiksna širina pojasa oko radne frekvencije, kao i raspon podešavanja razine (isti za sve pojaseve). Obično su najudaljeniji pojasevi (najniži i najviši) filtri "police", a svi ostali imaju karakteristiku "zvonolikog oblika". Grafički ekvilajzeri koji se koriste u profesionalnim aplikacijama obično imaju 15 ili 31 pojas po kanalu i često su opremljeni analizatorima spektra radi lakšeg podešavanja.

Parametarski ekvilizator pruža mnogo veće mogućnosti podešavanja frekvencijskog odziva signala. Svaki od njegovih pojaseva ima tri glavna podesiva parametra:

Središnja (ili radna) frekvencija u hercima (Hz);

Faktor kvalitete (širina radnog pojasa oko središnje frekvencije, označena slovom “Q”) je veličina bez dimenzija;

Razina pojačanja ili smanjenja odabranog pojasa u decibelima (dB).

7. Zbor (engleski: chorus) - zvučni efekt koji oponaša zborski zvuk glazbenih instrumenata. Učinak se ostvaruje dodavanjem originalnom signalu vlastite kopije ili kopija, vremenski pomaknutih za vrijednosti reda veličine 20-30 milisekundi, a vrijeme pomaka se kontinuirano mijenja.

Prvo, ulazni signal se dijeli na dva neovisna signala, od kojih jedan ostaje nepromijenjen, dok se drugi dovodi na liniju kašnjenja. U liniji kašnjenja signal kasni 20-30 ms, a vrijeme kašnjenja se mijenja u skladu sa signalom iz niskofrekventnog generatora. Na izlazu se odgođeni signal miješa s izvornim. Niskofrekventni generator modulira vrijeme kašnjenja signala. Proizvodi vibracije određenog oblika, u rasponu od 3 Hz i niže. Promjenom frekvencije, oblika i amplitude oscilacija niskofrekventnog generatora možete dobiti drugačiji izlazni signal.

Parametri učinka:

Dubina - karakterizira raspon varijacije vremena kašnjenja.

Brzina (brzina, brzina) - brzina promjene u "plivanju" zvuka, regulirana frekvencijom niskofrekventnog generatora.

Valni oblik niskofrekventnog generatora (LFO valni oblik) može biti sinusoidan (sin), trokutast (trokut) i logaritamski (log).

Ravnoteža (ravnoteža, mix, suho/mokro) - omjer sirovih i obrađenih signala.

8. Phaser, koji se često naziva i fazni vibrato, je zvučni efekt koji se postiže filtriranjem audio signala kako bi se stvorio niz visokih i niskih tonova u njegovom spektru. Položaj ovih visokih i niskih tonova varira kroz cijeli zvuk, što stvara specifičan efekt zamaha. Odgovarajući uređaj naziva se i fazer. Princip rada sličan je horu i razlikuje se od njega u vremenu kašnjenja (1-5 ms). Osim toga, kašnjenje signala fazera na različitim frekvencijama nije isto i varira prema određenom zakonu.

Elektronski učinak Fazer se stvara dijeljenjem audio signala u dva toka. Jedan tok obrađuje fazni filtar, koji mijenja fazu audio signala zadržavajući njegovu frekvenciju. Količina promjene faze ovisi o frekvenciji. Nakon miješanja obrađenih i neobrađenih signala, frekvencije koje nisu u fazi međusobno se poništavaju, stvarajući karakteristične padove u zvučnom spektru. Promjena omjera izvornog i obrađenog signala omogućuje promjenu dubine efekta, pri čemu se maksimalna dubina postiže pri omjeru od 50%.

Phaser efekt sličan je efektima flangera i chorusa, koji također koriste dodatak zvučni signal njegove kopije isporučene s određenim kašnjenjem (tzv. linija kašnjenja). Međutim, za razliku od flangera i chorusa, gdje vrijednost kašnjenja može poprimiti proizvoljnu vrijednost (obično od 0 do 20 ms), vrijednost kašnjenja u faziru ovisi o frekvenciji signala i nalazi se unutar jedne faze titranja. Dakle, fazar se može smatrati posebnim slučajem flangera.

9. Prirubnica (engleska prirubnica - prirubnica, greben) - zvučni efekt koji podsjeća na "leteći" zvuk. Načelo rada je slično zboru, ali se razlikuje od njega u vremenu kašnjenja (5-15 ms) i prisutnosti povratne informacije. Dio izlaznog signala vraća se natrag na ulaz i u liniju kašnjenja. Kao rezultat rezonancije signala, dobiva se flanger efekt. Pritom se u spektru signala neke frekvencije pojačavaju, a neke prigušuju. Rezultirajući frekvencijski odziv predstavlja niz maksimuma i minimuma, koji podsjećaju na greben, otuda i naziv. Faza povratnog signala ponekad se invertira, čime se postiže dodatna varijacija audio signala.

10. Vocoder (engleski: “voice coder” - koder glasa) - uređaj za sintezu govora koji se temelji na proizvoljnom signalu bogatog spektra. U početku su vokoderi razvijeni kako bi se uštedjeli frekvencijski resursi radio veze komunikacijskog sustava pri prijenosu glasovnih poruka. Uštede se postižu zbog činjenice da se umjesto samog govornog signala prenose samo vrijednosti njegovih određenih parametara, koji upravljaju sintetizatorom govora na prijemnoj strani.

Osnovu sintetizatora govora čine tri elementa: generator tona za tvorbu samoglasnika, generator buke za tvorbu suglasnika i sustav filtara formanata za rekreaciju individualnih karakteristika glasa. Nakon svih transformacija, ljudski glas postaje sličan glasu robota, što je sasvim podnošljivo za komunikaciju i zanimljivo za glazbeno područje. To je bio slučaj samo u najprimitivnijim vokoderima prve polovice prošlog stoljeća. Moderni komunikacijski vokoderi omogućuju najviša kvaliteta glasovi na znatno višem stupnju kompresije u odnosu na gore navedene.

Vocoder kao glazbeni efekt omogućuje prijenos svojstava jednog (modulirajućeg) signala na drugi signal, koji se naziva nosač. Ljudski glas koristi se kao modulator signala, a signal koji generira glazbeni sintesajzer ili drugi glazbeni instrument koristi se kao nositelj. Time se postiže efekt glazbenog instrumenta koji "priča" ili "pjeva". Osim glasa, modulirajući signal može biti i gitara, klavijature, bubnjevi i uopće bilo koji zvuk sintetskog i “live” porijekla. Također nema ograničenja za signal nosača. Eksperimentiranjem s modeliranjem i nosivim signalima možete dobiti potpuno različite efekte - gitaru koja govori, bubnjeve sa zvukom klavira, gitaru koja zvuči poput ksilofona.