Перетворення звукової інформації

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Зміст
  1. Професійна обробка звуку. Звук і звукова хвиля
2. Програма обробки звуку Audacity
3. Цифрова та аналогова запис. Аналогово-цифрове перетворення. Мікшування
4. Імпульсна та частотна модуляція. Зберігання оцифрованого звуку
5. Теорема Котельникова - Найквіста. Аліазінг
6. Семплірування
7. Апаратура
8. Програмне забезпечення
10. Саундтреки
Список використаної літератури


1. Професійна обробка звуку. Звук і звукова хвиля

Під обробкою звуку слід розуміти різні перетворення звукової інформації з метою зміни якихось характеристик звучання. До обробці звуку відносяться способи створення різних звукових ефектів, фільтрація, а також методи очищення звуку від небажаних шумів, зміни тембру і т.д. Все це величезне безліч перетворень зводиться, в кінцевому рахунку, до наступних основних типів:
1. Амплітудні перетворення. Виконуються над амплітудою сигналу і призводять до її посилення / ослаблення або зміни з якого-небудь закону на певних ділянках сигналу.
2. Частотні перетворення. Виконуються над частотними складовими звуку: сигнал представляється у вигляді спектра частот через певні проміжки часу, проводиться обробка необхідних частотних складових, наприклад, фільтрація, і зворотне "згортання" сигналу з спектра в хвилю.
3. Фазові перетворення. Зсув фази сигналу тим чи іншим способом, наприклад, такі перетворення стерео сигналу, дозволяють реалізувати ефект обертання або "об'ємності" звуку.
4. Тимчасові перетворення. Реалізуються шляхом накладення, розтягування / стиснення сигналів; дозволяють створити, наприклад, ефекти відлуння або хору, а також вплинути на просторові характеристики звуку.
Echo (відлуння). Реалізується за допомогою тимчасових перетворень. Фактично для отримання луни необхідно на оригінальний вхідний сигнал накласти його затриману в часі копію. Для того, щоб людське вухо сприймало другу копію сигналу як повторення, а не як відгомін основного сигналу, необхідний час затримки встановити рівним приблизно 50 мс. На основний сигнал можна накласти не одну його копію, а декілька, що дозволить на виході отримати ефект багаторазового повторення звуку (багатоголосого відлуння). Щоб луна здавалося затухаючим, необхідно на вихідний сигнал накладати не просто затримані копії сигналу, а приглушені по амплітуді.
Reverberation (повторення, відображення). Ефект полягає в доданні звучанню об'ємності, характерною для великої зали, де кожен звук породжує відповідний, повільно згасає відгомін. Практично, за допомогою реверберації можна "оживити", наприклад, фонограму, зроблену в заглушеному приміщенні. Від ефекту "відлуння" реверберація відрізняється тим, що на вхідний сигнал накладається затриманий в часі вихідний сигнал, а не затримана копія вхідного. Іншими словами, блок реверберації спрощено представляє собою петлю, де вихід блоку підключений до його входу, таким чином вже оброблений сигнал кожного цикл знову подається на вхід змішуючись з оригінальним сигналом.
Chorus (хор). У результаті його застосування звучання сигналу перетворюється як у звучання хору або в одночасне звучання кількох інструментів. Схема отримання такого ефекту аналогічна схемі створення ефекту луни з тією лише різницею, що затримані копії вхідного сигналу піддаються слабкою частотної модуляції (в середньому від 0,1 до 5 Гц) перед змішуванням з вхідним сигналом. Збільшення кількості голосів у хорі досягається шляхом додавання копій сигналу з різними часовими затримки.
"Звичайний" аналоговий звук представляється в аналоговій апаратурі безперервним електричним сигналом. Комп'ютер оперує з даними в цифровому вигляді. Це означає, що і звук в комп'ютері представляється в цифровому вигляді.
Цифровий звук - це спосіб представлення електричного сигналу за допомогою дискретних чисельних значень його амплітуди. Припустимо, ми маємо аналогову звукову доріжку гарної якості (кажучи "гарну якість" будемо припускати негаласливим запис, що містить спектральні складові з усього чутного діапазону частот - приблизно від 20 Гц до 20 КГц) і хочемо "ввести" її в комп'ютер (тобто оцифрувати) без втрати якості. Звукова хвиля - це якась складна функція, залежність амплітуди звукової хвилі від часу. Цю функцію описують шляхом зберігання її дискретних значень у певних точках. Іншими словами, в кожній точці часу можна виміряти значення амплітуди сигналу і записати у вигляді чисел. Однак і в цьому методі є свої недоліки, тому що значення амплітуди сигналу ми не можемо записувати з нескінченною точністю, і вимушені їх округляти. Говорячи інакше, ми будемо наближати цю функцію за двома координатним осям - амплітудної та тимчасовою. Таким чином, оцифровка сигналу включає в себе два процеси - процес дискретизації (здійснення вибірки) і процес квантування. Процес дискретизації - це процес отримання значень величин преутвореного сигналу в певні проміжки часу.
Квантування - процес заміни реальних значень сигналу наближеними з певною точністю. Таким чином, оцифровка - це фіксація амплітуди сигналу через певні проміжки часу та реєстрація отриманих значень амплітуди у вигляді округлених цифрових значень (так як значення амплітуди є величиною безперервною, немає можливості кінцевим числом записати точне значення амплітуди сигналу, саме тому вдаються до округлення). Записані значення амплітуди сигналу називаються відліками. Очевидно, що чим частіше ми будемо робити виміри амплітуди (чим вище частота дискретизації) і чим менше ми будемо округляти отримані значення (чим більше рівнів квантування), тим більш точне уявлення сигналу в цифровій формі ми отримаємо.
Оцифрований сигнал у вигляді набору послідовних значень амплітуди можна зберегти.
Однак, треба мати на увазі, що пам'ять комп'ютера не нескінченна, так що кожен раз при оцифрування необхідно знаходити якийсь компроміс між якістю (прямо залежать від використаних при оцифрування параметрів) і займаним оцифрованих сигналом обсягом.
А також, частота дискретизації встановлює верхню межу частот оцифрованого сигналу, а саме, максимальна частота спектральних складових дорівнює половині частоти дискретизації сигналу. Простіше кажучи, щоб отримати повну інформацію про звук в частотній смузі до 22050 Гц, необхідна дискретизація з частотою не менш 44.1 КГц.
Існують і інші проблеми і нюанси, пов'язані з оцифруванням звуку. Не сильно заглиблюючись у подробиці відзначимо, що в "цифровому звуці" через дискретності інформації про амплітуду оригінального сигналу з'являються різні шуми і спотворення. Так, наприклад, джитер (jitter) - шум, що з'являється в результаті того, що здійснення вибірки сигналу при дискретизації відбувається не через абсолютно рівні проміжки часу, а з якимись відхиленнями. Тобто, якщо, скажімо, дискретизація проводиться з частотою 44.1 КГц, то відліки беруться не точно кожні 1 / 44100 секунди, а то трохи раніше, то трохи пізніше. А так як вхідний сигнал постійно змінюється, то така помилка призводить до "захоплення" не зовсім вірного рівня сигналу. У результаті під час програвання оцифрованого сигналу може відчуватися деякий тремтіння і спотворення. Поява джитер є результатом не абсолютної стабільності аналогово-цифрових перетворювачів. Для боротьби з цим явищем застосовують Високостабільні тактові генератори. Ще однією неприємністю є шум дроблення. При квантуванні амплітуди сигналу відбувається її округлення до найближчого рівня. Така похибка викликає відчуття "брудного" звучання.
На практиці, процес оцифровки (дискретизація і квантування сигналу) залишається невидимим для користувача - всю чорнову роботу роблять різноманітні програми, які дають відповідні команди драйверу (керуюча підпрограма операційної системи) звукової карти. Будь-яка програма (будь то вбудований в Windows Recorder або потужний звуковий редактор), здатна здійснювати запис аналогового сигналу в комп'ютер, так чи інакше оцифровує сигнал з певними параметрами, які можуть виявитися важливими в подальшій роботі з записаним звуком, і саме з цієї причини важливо зрозуміти як відбувається процес оцифровки і які фактори впливають на її результати.

2. Програма обробки звуку Audacity

Часом недостатньо просто записати звук, часто виникає необхідність у його редакції: від зміни гучності до складних ефектів. Існує ряд програм, які успішно справляються з цим завданням і крім того мають можливість отримувати звукову інформацію з компакт-дисків і, навпаки, записувати аудіо CD.
Серед таких програм лідирують Sound Forge, Wave Lab, Cool Edit.
Для роботи зі звуком в загальноосвітній школі можна запропонувати багатоплатформовий безкоштовний аудіоредактор Audacity.
Audacity - безкоштовний, простий у використанні звуковий редактор для:
запису звуку;
оцифровки аналогових записів (касет, грамплатівок);
редагування файлів у форматах Ogg Vorbis, MP3 і WAV;
фізичного редагування декількох файлів (вирізання, склейка, зведення);
зміни швидкості і висоти тону запису і багато ін

3. Цифрова та аналогова запис. Аналогово-цифрове перетворення. Мікшування

Для перетворення дискретизованного сигналу в аналоговий вигляд, придатний для обробки аналоговими пристроями (підсилювачами і фільтрами) і подальшого відтворення через акустичні системи, служить цифроаналоговий перетворювач (ЦАП). Процес перетворення являє собою зворотний процес дискретизації: маючи інформацію про величину відліків (амплітуди сигналу) і беручи певну кількість відліків в одиницю часу, шляхом інтерполяції відбувається відновлення вихідного сигналу.
Спочатку в якості найпростішого звукового пристрою в комп'ютері використовувався вбудований динамік (PC speaker). Цей динамік приєднаний до порту на материнській платі, у якого є два положення - 1 і 0. Якщо цей порт швидко-швидко вмикати і вимикати, то з динаміка можна витягти більш-менш правдоподібні звуки. Відтворення різних частот досягається за рахунок того, що дифузор динаміка має кінцевою реакцією і не здатний миттєво перескакувати з місця на місце, таким чином, він "плавно розгойдується" внаслідок стрибкоподібного зміни напруги на ньому. І якщо коливати його з різною швидкістю, то можна отримати коливання повітря на різних частотах. Природною альтернативою динаміку став так званий Covox - це найпростіший ЦАП, виконаний на кількох підібраних опорах (або готової мікросхемі), які забезпечують переклад цифрового представлення сигналу в аналоговий - тобто в реальні значення амплітуди. Covox простий у виготовленні і тому він мав успіх у любителів аж до того часу, коли звукова карта стала доступною всім.
У сучасному комп'ютері звук відтворюється і записується за допомогою звукової карти - підключається, або вбудованої в материнську плату комп'ютера. Завдання звукової карти в комп'ютері - введення і виведення аудіо. Практично це означає, що звукова карта є тим перетворювачем, який переводить аналоговий звук в цифровій і назад. Якщо описувати спрощено, то робота звукової карти може бути пояснити наступним чином. Припустимо, що на вхід звукової карти поданий аналоговий сигнал і карта включена (програмно). Спочатку вхідний аналоговий сигнал потрапляє в аналоговий мікшер, який займається змішанням сигналів і регулюванням гучності і балансу. Мікшер необхідний, зокрема, для надання можливості користувачеві управляти рівнями. Потім відрегульований і збалансований сигнал потрапляє в аналогово-цифровий перетворювач, де сигнал діскретізуется і квантуется, в результаті чого в комп'ютер по шині даних направляється біт-потік, який і представляє собою оцифрований аудіо сигнал. Висновок аудіо інформації майже аналогічний введення, тільки відбувається у зворотний бік. Потік даних, спрямований у звукову карту, долає цифро-аналоговий перетворювач, який утворює з чисел, що описують амплітуду сигналу, електричний сигнал; отриманий аналоговий сигнал може бути пропущений через будь-які аналогові тракти для подальших перетворень, в тому числі і для відтворення. Треба відзначити, що якщо звукова карта обладнана інтерфейсом для обміну цифровими даними, то при роботі з цифровим аудіо ніякі аналогові блоки карти не задіюються.

4. Імпульсна та частотна модуляція. Зберігання оцифрованого звуку

Для зберігання цифрового звуку існує багато різних способів. По-перше, блок оцифрованої аудіо інформації можна записати у файл "як є", тобто послідовністю чисел (значень амплітуди). У цьому випадку існують два способи зберігання інформації.
Перший - PCM (Pulse Code Modulation - імпульсно-кодова модуляція) - спосіб цифрового кодування сигналу за допомогою запису абсолютних значень амплітуд (бувають знакове чи беззнаковое подання). Саме в такому вигляді записані дані на всіх аудіо CD.
Другий спосіб - ADPCM (Adaptive Delta PCM - адаптивна відносна імпульсно-кодова модуляція) - запис значень сигналу не в абсолютних, а у відносних змінах амплітуд (прирости).
По-друге, можна стиснути або спростити дані так, щоб вони займали менший обсяг пам'яті, ніж будучи записаними "як є". Тут теж є два шляхи.
Кодування даних без втрат (lossless coding) - це спосіб кодування аудіо, який дозволяє здійснювати стовідсоткове відновлення даних з стиснутого потоку. До такого способу ущільнення даних вдаються у тих випадках, коли збереження оригінальної якості даних критично. Існуючі сьогодні алгоритми кодування без втрат (наприклад, Monkeys Audio) дозволяють скоротити займаний даними обсяг на 20-50%, але при цьому забезпечити стовідсоткове відновлення оригінальних даних з отриманих після стиснення. Подібні кодери - це свого роду архіватори даних (як ZIP, RAR та інші), тільки призначені для стиснення саме аудіо.
Є й другий шлях кодування - кодування даних з втратами (lossy coding). Мета такого кодування - будь-якими способами добитися схожості звучання відновленого сигналу з оригіналом при якомога меншому обсязі упакованих даних. Це досягається шляхом використання різних алгоритмів "спрощують" оригінальний сигнал (викидаючи з нього "непотрібні" слабослишімие деталі), що призводить до того, що декодований сигнал фактично перестає бути ідентичним оригіналу, а лише схоже звучить. Методів стиснення, а також програм, що реалізують ці методи, існує багато. Найбільш відомими є MPEG-1 Layer I, II, III (останнім є всім відомий MP3), MPEG-2 AAC (advanced audio coding), Ogg Vorbis, Windows Media Audio (WMA), TwinVQ (VQF), MPEGPlus, TAC, і інші. У середньому, коефіцієнт стиснення, що забезпечується такими кодерами, знаходиться в межах 10-14 (разів). Треба особливо підкреслити, що в основі всіх lossy-кодерів лежить використання так званої психоакустичної моделі, яка якраз і займається "спрощенням" оригінального сигналу. Кажучи точніше, механізм подібних кодерів виконує аналіз кодованого сигналу, в процесі якого визначаються ділянки сигналу, в певних частотних областях яких є нечутні людському вуху нюанси (замасковані або нечутні частоти), після чого відбувається їх видалення з оригінального сигналу. Таким чином, ступінь стиснення оригінального сигналу залежить від ступеня його "спрощення", сильне стиснення досягається шляхом "агресивного спрощення" (коли кодер "вважає" непотрібними множинні нюанси), таке стиснення, природно, призводить до сильної деградації якості, оскільки видалення можуть підлягати не тільки непомітні, але і значущі деталі звучання. Говорячи про способи зберігання звуку в цифровому вигляді не можна не згадати і про носіїв даних. Усім звичний аудіо компакт-диск, що з'явився на початку 80-х років, широке поширення одержав саме в останні роки (що пов'язано із сильним здешевленням носія і приводів). А до цього носіями цифрових даних були касети з магнітною стрічкою, але не звичайні, а спеціально призначені для так званих DAT-магнітофонів. Ці магнітофони використовувалися, в основному, в студіях звукозапису. Перевага таких магнітофонів було в тому, що, не дивлячись на використання звичних носіїв, дані на них зберігалися в цифровому вигляді і практично ніяких втрат при читанні / запису на них не було (що дуже важливо при студійній обробці та зберіганні звуку). Сьогодні з'явилася велика кількість різних носіїв даних, крім звичних всім компакт дисків. Носії удосконалюються і з кожним роком стають більш доступними та компактними. Це відкриває великі можливості в області створення мобільних аудіо програвачів.

5. Теорема Котельникова - Найквіста. Аліазінг


де - Максимальна швидкість передачі H - ширина смуги пропускання каналу, виражена в Гц, М - кількість рівнів сигналу, які використовуються при передачі. Наприклад, з цієї формули видно, що канал зі смугою 3 кГц не може передавати дворівневі сигнали швидше 6000 біт / сек.
Ця теорема також показує, що, наприклад, безглуздо сканувати лінію частіше, ніж подвоєна ширина смуги пропускання. Дійсно, всі частоти вище цієї відсутні в сигналі, а тому вся інформація, необхідна для відновлення сигналу буде зібрана при такому скануванні.
Проте теорема Котельникова Найквіста не враховує шум у каналі, який вимірюється як відношення потужності корисного сигналу до потужності шуму: S / N. Ця величина вимірюється в децибелах: 10log10 (S / N) dB. Наприклад, якщо відношення S / N дорівнює 10, то кажуть про шум в 10 dB якщо відношення дорівнює 100, то - 20 dB.
На випадок каналу з шумом є теорема Шенона, по якій максимальна швидкість передачі даних по каналу з шумом дорівнює:
H log2 (1 + S / N) біт / сек, де S / N - співвідношення сигнал-шум у каналі.
Тут неважливо кількість рівнів у сигналі. Ця формула встановлює теоретичну межу, який рідко досягається на практиці. Наприклад, по каналу з пропускною здатністю в 3000 Гц і рівнем шуму 30 dB (це характеристики телефонної лінії) не можна передати дані швидше, ніж зі швидкістю 30 000 біт / сек.
Аліазінг (муар) - вид перешкод, що з'являються, коли растр об'єкта або ряд регулярних ліній на ньому інтерферують з растром пікселів цифрового сенсора. Також ефект аліазінга полягає в спотворенні діагональної лінії, яка здається на зображенні ступінчастою. Для вирішення цієї проблеми існують системи Anti-aliasing. Вони засновані на фільтрі, який стоїть перед сенсором, але можуть будуватися і на обробці зображення процесором фотокамери. Вони сильно зменшують ефект ступінчастості, але можуть залишати враження розмитості.

6. Семплірування

Семплірування - це запис зразків звучання (семплів) того чи іншого реального музичного інструменту. Семплірування є основою хвильового синтезу (WT-синтезу) музичних звуків. Якщо при частотному синтезі (FM-синтезі) нові звучання отримують за рахунок різноманітної обробки найпростіших стандартних коливань, то основою WT-синтезу є заздалегідь записані звуки традиційних музичних інструментів або звуки, які супроводжують різні процеси у природі і техніці. З семплами можна робити все, що завгодно. Можна залишити їх такими, як є, і WT-синтезатор звучатиме голосами, майже не відрізнятись від голосів інструментів-першоджерел. Можна піддати семпли модуляції, фільтрації, впливу ефектів і отримати фантастичні, неземні звуки.
У принципі, семпл - це ні що інше, як збережена в пам'яті синтезатора послідовність цифрових відліків, одержані в результаті аналого-цифрового перетворення звуку музичного інструменту. Якщо б не існувала проблема економії пам'яті, то звучання кожної ноти можна було б записати у виконанні кожного музичного інструменту. А гра на такому синтезаторі представляла б собою відтворення цих записів в необхідні моменти часу. Семпли зберігаються в пам'яті не в тому вигляді, в якому вони виходять відразу ж після проходження АЦП. Запис піддається хірургічному впливу, ділиться на характерні частини (фази): початок, протяжна ділянка, завершення звуку. Залежно від застосовуваної фірмової технології ці частини можуть ділитися на ще більш дрібні фрагменти. У пам'яті зберігається не вся запис, а лише мінімально необхідна для її відновлення інформація про кожного з фрагментів. Зміна протяжності звучання виробляється за рахунок управління числом повторень окремих фрагментів.
З метою ще більшої економії пам'яті був розроблений спосіб синтезу, що дозволяє зберігати семпли не для кожної ноти, а лише для деяких. У цьому випадку зміни висоти звучання досягається шляхом зміни швидкості відтворення семпли.
Для створення і відтворення семплів служить синтезатор. У наші дні синтезатор конструктивно реалізований в одному-двох корпусах мікросхем, які представляє собою спеціалізований процесор для здійснення всіх необхідних перетворенні. З закодованих і стиснутих за допомогою спеціальних алгоритмів фрагментів він збирає семпл, задає висоту його звучання, змінює відповідно до задуму музиканта форму обвідної коливання, імітуючи або майже невідчутне дотик, або удар по клавіші або струні. Крім того, процесор додає різні ефекти, змінює тембр за допомогою фільтрів і модуляторів.
У звукових картах знаходять застосування кілька синтезаторів різних фірм.
Поряд з семплами, записаними в ПЗП звукової карти, в даний час стали доступними набори зразків (банки), створені як в лабораторіях фірм, що спеціалізуються на синтезаторах, так і любителями комп'ютерної музики. Ці банки можна знайти на численних лазерних дисках і в Internet.

7. Апаратура

Важлива частина розмови про звук пов'язана з апаратурою. Існує багато різних пристроїв для обробки та вводу / виводу звуку. Відносно звичайного персонального комп'ютера слід докладніше зупинитися на звукових картах. Звукові карти прийнято ділити на звукові, музичні і звукомузикальние. За конструкцією ж всі звукові плати можна розділити на дві групи: основні (встановлювані на материнській платі комп'ютера та забезпечують введення і виведення аудіо даних) і дочірні (мають принципову конструктивну відміну від основних плат - вони найчастіше підключаються до спеціального роз'єму, розташованому на основній платі ). Дочірні плати служать частіше за все для забезпечення або розширення можливостей MIDI-синтезатора.
Звукомузикальние і звукові плати виконуються у вигляді пристроїв, що вставляються в слот материнської плати (або вже вбудовані в неї спочатку). Візуально вони мають зазвичай два аналогових входу - лінійний і мікрофонний, і кілька аналогових виходів: лінійні виходи і вихід для навушників. Останнім часом карти стали оснащуватися також і цифровим входом і виходом, який забезпечує передачу аудіо між цифровими пристроями. Аналогові входи і виходи зазвичай мають роз'єми, аналогічні роз'ємів головних навушників (1 / 8 "). Взагалі, входів у звуковий плати трохи більше, ніж два: аналогові CD, MIDI та інші входи. Вони, на відміну від мікрофонного та лінійного входів, розташовані не на задній панелі звукової плати, а на самій платі; можуть бути й інші входи, наприклад, для підключення голосового модему. Цифрові входи і виходи зазвичай виконані у вигляді інтерфейсу S / PDIF (інтерфейс цифрової передачі сигналів) з відповідним роз'ємом (S / PDIF - скорочення від Sony / Panasonic Digital Interface - цифровий інтерфейс Sony / Panasonic). S / PDIF - це "побутової" варіант більш складного професійного стандарту AES / EBU (Audio Engineering Society / European Broadcast Union). Сигнал S / PDIF використовується для цифрової передачі (кодування) 16-розрядних стерео даних з будь-якою частотою дискретизації. Крім перерахованого, на звукомузикальних плати мають MIDI-інтерфейс з роз'ємами для підключення MIDI-пристроїв і джойстиків, а також для приєднання дочірньої музичної карти (хоча останнім часом можливість підключення останньої стає рідкістю). Деякі моделі звукових карт для зручності користувача оснащуються фронтальною панеллю, яка встановлюється на лицьовій стороні системного блоку комп'ютера, на якій розміщуються роз'єми, з'єднані з різними входами і виходами звукової карти.
Визначимо кілька основних блоків, з яких складаються звукові і звукомузикальние плати.
1. Блок цифрової обробки сигналів (кодек). У цьому блоці здійснюються аналого-цифрові і цифро-аналогові перетворення (АЦП і ЦАП). Від цього блоку залежать такі характеристики карти, як максимальна частота дискретизації при записі і відтворенні сигналу, максимальний рівень квантування і максимальна кількість оброблюваних каналів (моно або стерео). Неабиякою мірою від якості та складності складових цього блоку залежать і шумові характеристики.
2. Блок синтезатора. Присутній в музичних картах. Виконується на основі або FM-, або WT-синтезу, або на обох відразу. Може працювати як під керуванням власного процесора, так і під управлінням спеціального драйвера.
3. Інтерфейсний блок. Забезпечує передачу даних по різних інтерфейсах (наприклад, S / PDIF). У чисто звукової карти цей блок частіше відсутня.
4. Мікшерний блок. У звукових платах мікшерний блок забезпечує регулювання:
рівнів сигналів з лінійних входів;
рівнів з MIDI входу і входу цифрового звуку;
рівня загального сигналу;
панорамування;
тембру.
Що таке MIDI-синтезатор? Назва цього пристрою пішло від його основного призначення - синтезу звуку. Основних методів синтезу звуку існує всього два: FM (Frequency modulation - частотна модуляція) та WT (Wave Table - таблично-хвильовий). В основі FM-синтезу лежить ідея, що будь-яке навіть найскладніше коливання є по суті сумою найпростіших синусоїдальних. Таким чином, можна накласти один на одного сигнали від кінцевої кількості генераторів синусоїд і шляхом зміни частот синусоїд отримувати звуки, схожі на справжні. Таблично-хвильовий синтез грунтується на іншому принципі. Синтез звуку при використанні такого методу досягається за рахунок маніпуляцій над заздалегідь записаними (оцифрованими) звуками реальних музичних інструментів. Ці звуки (вони називаються семплами) зберігаються в постійній пам'яті синтезатора.
Треба зазначити, що оскільки MIDI-дані - це набір команд, то музика, яка написана з допомогою MIDI, також записується за допомогою команд синтезатора. Іншими словами, MIDI-партитура - це послідовність команд: яку ноту грати, який інструмент використовувати, яка тривалість і тональність її звучання і так далі. Знайомі багатьом MIDI-файли (. MID) є щось інше, як набір таких команд. Природно, що оскільки є безліч виробників MIDI-синтезаторів, то і звучати один і той же файл може на різних синтезаторах по-різному (бо у файлі самі інструменти не зберігаються, а є лише тільки вказівки синтезатору якими інструментами грати, в той час як різні синтезатори можуть звучати по-різному).

8. Програмне забезпечення

Найбільш важливий клас програм - редактори цифрового аудіо. Основні можливості таких програм це, як мінімум, забезпечення можливості запису (оцифрування) аудіо і збереження на диск. Розвинені представники такого роду програм дозволяють набагато більше: запис, багатоканальне зведення аудіо на декількох віртуальних доріжках, обробка спеціальними ефектами (як вбудованими, так і підключаються ззовні - про це пізніше), очищення від шумів, мають розвинену навігацію та інструментарій у вигляді спектроскопа та інших віртуальних приладів, управління / керованість зовнішніми пристроями, перетворення аудіо з формату у формат, генерація сигналів, запис на компакт диски та багато іншого. Деякі з таких програм: Cool Edit Pro (Syntrillium), Sound Forge (Sonic Foundry), Nuendo (Steinberg), Samplitude Producer (Magix), Wavelab (Steinberg), Dart.
Спеціалізовані реставратори аудіо дозволяють відновити втрачене якість звучання аудіо матеріалу, видалити небажані клацання, шуми, тріск, специфічні перешкоди записів з аудіо-касет, і провести іншу коректування аудіо. Програми подібного роду: Dart, Clean (від Steinberg Inc), Audio Cleaning Lab. (Від Magix Ent), Wave Corrector.
9. Затримка. Модуляційні ефекти. Реверберація
Ділей (Delay) в перекладі означає "затримка". Необхідність в цьому ефекті виникла з появою стереофонії. Сама природа слухового апарату людини передбачає в більшості ситуацій надходження в мозок двох звукових сигналів, що відрізняються часом приходу. Якщо джерело звуку знаходиться "перед очима", на перпендикуляре, проведеному до лінії, що проходить через вуха, то прямий звук від джерела досягає обох вух в один і той же час. У всіх інших випадках відстані від джерела до вух різні, тому або одне, або інше вухо сприймає звук першим.
Час затримки (різниці в часі прийому сигналів вухами) буде максимальним в тому випадку, коли джерело розташований навпроти одного з вух. Так як відстань між вухами близько 20 см, то максимальна затримка може становити близько 8 мс. Цим величинам відповідає хвиля звукового коливання з частотою близько 1,1 кГц. Для більш високочастотних звукових коливань довжина хвилі стає менше, ніж відстань між вухами, і різниця в часі прийому сигналів вухами стає непомітним. Гранична частота коливань, затримка яких сприймається людиною, залежить від напряму на джерело. Вона росте в міру того, як джерело зміщується від точки, розташованої навпроти одного з вух, до точки, розташованої перед людиною.
Ділей застосовується, перш за все, в тому випадку, коли запис голосу чи акустичного музичного інструменту, виконану за допомогою єдиного мікрофона, вбудовують в стереофонічну композицію. Цей ефект є основою технології створення стереозаписи. Ділей може застосовуватися і для отримання ефекту одноразового повторення будь-яких звуків. Величина затримки між прямим сигналом і його затриманої копією в цьому випадку вибирається більшою, ніж природна затримка в 8 мс. Для коротких і різких звуків час затримки, при якому основний сигнал і його копія помітні менше, ніж для протяжних звуків. Для творів, що виконуються в повільному темпі, затримка може бути більше, ніж для швидких композицій,
За певних співвідношеннях громкостей прямого і затриманого сигналу може мати місце психоакустичний ефект зміни удаваного розташування джерела звуку на стереопанорамой.
Цей ефект реалізується за допомогою пристроїв, здатних здійснювати затримку акустичного або електричного сигналів. Таким пристроєм зараз найчастіше служить цифрова лінія затримки, що представляє собою ланцюжок з елементарних осередків - тригерів затримки. Для наших цілей достатньо знати, що принцип дії тригера затримки зводиться до наступного: двійковий сигнал, що надійшов в деякий тактовий момент часу на його вхід, з'явиться на його виході не миттєво, а тільки в черговий тактовий момент. Загальний час затримки в лінії тим більше, чим більше тригерів затримки включено в ланцюжок, і тим менше, чим менше тактовий інтервал (чим більше тактова частота). В якості цифрових ліній затримки можна використовувати USB пристрою.
Зрозуміло, для застосування цифрової лінії затримки сигнал повинен бути спочатку перетворений у цифрову форму. А після проходження його копії через лінію затримки відбувається зворотне, цифро-аналогове перетворення. Вихідний сигнал і його затримана копія можуть бути відокремлені направлені в різні стереоканали, але можуть бути й змішані в різних пропорціях. Сумарний сигнал може бути направлений або в один з стереоканалів, або в обидва.
У звукових редакторах ділей реалізується програмним (математичним) шляхом за рахунок зміни відносної нумерації відліків вихідного сигналу та його копії.
В основу звукових ефектів фленжер (Flanger) і фейзер (Phaser) також покладена затримка сигналу.
Ефект повторного звучання може бути викликаний і поширенням звуку від джерела до приймача різними шляхами (наприклад, звук може приходити, по-перше, безпосередньо і, по-друге, відбившись від перешкоди, що знаходиться трохи осторонь від прямого шляху). І в тому, і в іншому випадках час затримки залишається постійним. У реальному житті цьому відповідає малоймовірна ситуація, коли джерело звуку, приймач звуку та відображають предмети нерухомі відносно один одного. При цьому частота звуку не змінюється, яким би шляхом і в який би вухо він не приходив.
Якщо ж який-небудь з трьох елементів рухливий, то частота прийнятого звуку не може залишатися тією ж, що і частота звуку переданого. Це є ні що інше, як прояв ефекту Доплера.
І фленжер, і фейзер імітують прояви взаємного переміщення трьох елементів: джерела, приймача і відбивача звуку. По суті справи, і той, і інший ефекти є поєднання затримки звукового сигналу з частотною або фазовою модуляцією. Різниця між ними суто кількісна, фленжер відрізняється від фейзер тим, що для першого ефекту час затримки копії (або часи затримок копій) і зміна частот, сигналу значно більша, ніж для другого. Образно кажучи, фленжер спостерігався б у тому випадку, коли співак мчав б до глядача, що сидить в залі, зі швидкістю автомобіля. А от для того, щоб відчути фейзер в його, так би мовити, первозданному вигляді, рушійної джерела звуку не потрібно, глядачеві досить часто-часто вертіти головою з боку в бік.
Згадані кількісні відмінності ефектів призводять і до відмінностей якісним: по-перше, звуки, оброблені ними, набувають різні акустичні та музичні властивості, по-друге, ефекти реалізуються різними технічними засобами.
Значення часу затримок, характерних для фленжера, істотно перевищують період звукового коливання, тому для реалізації ефекту використовують багаторозрядних і многоотводние цифрові лінії затримки. З кожного з відводів знімається свій сигнал, який у свою чергу піддається частотної модуляції.
Для фейзер, навпаки, характерно дуже маленький час затримки. Воно настільки мало, що виявляється порівнянно з періодом звукового коливання. При настільки малих відносних зрушеннях прийнято говорити вже не про затримку копій сигналу в часі, а про різниці їх фаз. Якщо ця різниця фаз не залишається постійною, а змінюється з періодичного закону, то ми маємо справу з ефектом фейзер. Так що можна вважати фейзер граничним випадком фленжера.
Щоб отримати фленжер, замість однієї акустичної системи використовували кілька систем, розміщених на різних відстанях від слухачів. У необхідні моменти виробляли почергове підключення джерела сигналу до акустичних систем таким чином, що створювалося враження наближення або видалення джерела звуку. Затримку звуку виконували і що з допомогою магнітофонів з наскрізним трактом запис / відтворення. Одна головка записує, інша - відтворює звук з затримкою на час, необхідний для переміщення стрічки від головки до голівки. Для частотної модуляції особливих заходів можна було і не придумувати. Кожному аналоговому магнітофону притаманний природний недолік, званий детонацією, яка проявляється у вигляді "плавання" звуку. Варто було трохи спеціально посилити цей ефект, змінюючи напругу, що живить двигун, і виходила частотна модуляція.
Для реалізації Фейзер методами аналогової техніки використовували ланцюжка фазовращателей, керованих електричним шляхом. А іноді можна було спостерігати і таку картину: в акустичній системі, підключеної до ЕМІ або електрогітарі, раптом починало обертатися щось на зразок вентилятора. Звук перетинався з рухомими лопатями і відбивався від них, виходила фазова модуляція.
Реверберація [Reverb] відноситься до найбільш цікавим і популярним звуковим ефектам. Сутність реверберації полягає в тому, що вихідний звуковий сигнал змішується зі своїми копіями, затриманими щодо нього на різні часові інтервали. Цим реверберація нагадує ділей. Однак при реверберації число затриманих копій сигналу може бути значно більше, ніж для ділея. Теоретично кількість копій може бути нескінченним. Крім того, при реверберації, чим більше час запізнювання копії сигналу, тим менше її амплітуда (гучність). Ефект залежить від того, які тимчасові проміжки між копіями сигналів і яка швидкість зменшення рівнів їх гучності. Якщо проміжки між копіями малі, то виходить власне ефект реверберації. Виникає відчуття об'ємного лункого приміщення. Звуки музичних інструментів стають соковитими, об'ємними, з багатим тембровим складом. Голоси співаків набувають пісенність, недоліки, властиві їм, стають малопомітними.
Якщо проміжки між копіями великі (більше 100 мс), то правильніше говорити не про ефект реверберації, а про ефект "відлуння". Інтервали між відповідними звуками при цьому стають помітними. Звуки перестають зливатися, здаються відображеннями від віддалених перешкод.
Основним елементом, що реалізує ефект реверберації, є пристрій, що створює луна-сигнал.
Ехо-камера являє собою кімнату з сильно відбивають стінами, в яку поміщений джерело звукового сигналу (гучномовець) і приймач (мікрофон). Перевага луна-камери полягає в тому, що затухання звуку відбувається в ній природним шляхом (що дуже важко забезпечити іншими способами). У той час як звук продовжує реверберіровать у трьох вимірах, вихідна хвиля розбивається на безліч відбитих, які досягають мікрофона за менші проміжки часу.
Поряд з луна-камерами для імітації реверберації використовували сталеві пластини, точніше, досить великі за розміром листи. Коливання в них вводили і знімали за допомогою пристроїв, за конструкцією і принципом дії схожих на електромагнітні головні телефони. Для отримання задовільною рівномірності амплітудно-частотної характеристики товщина листа повинна бути витримана з точністю, яку не забезпечують звичайні технології прокату сталі. Реверберація тут була не тривимірною, а плоскою. Сигнал мав характерний металевий відтінок.
У середині 60-х років для отримання ефекту реверберації стали застосовувати пружинні ревербератори. За допомогою електромагнітного перетворювача, поєднаного з одним з кінців пружини, в ній порушувалися механічні коливання, які з затримкою досягали другого кінця пружини, пов'язаного з датчиком. Ефект повторення звуку обумовлений багатократним віддзеркаленням хвиль механічних коливань від кінців пружини.
На зміну цим недосконалим пристроям прийшли ревербератори магнітофонні. Принцип формування в них луна-сигналу полягає в тому, що вихідний сигнал записується на стрічку записуючої магнітною головкою, а через певний час, необхідний для переміщення стрічки до відтворюючої голівці, зчитується нею. Через ланцюг зворотного зв'язку зменшений по амплітуді затриманий сигнал знову подається на запис, що й створює ефект багаторазового відбиття звуку з поступовим загасанням. Якість звуку визначається параметрами магнітофона. Недолік магнітофонного ревербератора полягає в тому, що при прийнятних швидкостях протягання стрічки вдається отримати тільки ефект луни. Для отримання власне реверберації потрібно або ще сильніше зблизити магнітні головки (чого не дозволяє зробити їх конструкція), або значно збільшити швидкість руху стрічки.
З розвитком цифрової техніки і появою інтегральних мікросхем, що містять в одному корпусі сотні і тисячі цифрових тригерів (про які ми вже говорили) з'явилася можливість створювати високоякісні цифрові ревербератори. У таких пристроях сигнал може бути затриманий на будь-який час, необхідне як для отримання реверберації, так і для отримання відлуння.
У звукових картах реверберація, в кінцевому рахунку, заснована саме на цифровий затримці сигналів.
Спостерігаючи етапи розвитку засобів реверберації, можна припустити, що коли-небудь з'являться й математичні моделі пружинних і магнітофонних ревербераторів. Адже не виключено, що є люди, які відчувають ностальгічні почуття по відношенню до звуків музики, пофарбованим дребезгом пружин чи шипінням магнітної стрічки.

10. Саундтреки

Саундтреки - це музика до фільмів. Цей жанр вважається дуже вигідним: для оркестрантів (зіграв один раз, а отримав як за цілу гастрольну поїздку), для диригента (для солідних фільмів зазвичай і оркестри запрошуються хороші, а керувати такими - одне задоволення), для композитора (почути свою партитуру в чудовому виконанні - таке зараз мало кому вдається).
Найяскравіші саундтреки стають символом фільму, оркестрові теми подорожують із серії в серію (той самий марш з "Зоряних воєн" відкриває всі "епізоди"), Джеймс Хорнер став настільки відомим саме через свою музики до Титаніку, до речі, він сам і диригував оркестром. У корпорації Sony є відділ, який займається виключно продажем музики до фільмів. Він так і називається: Sony music soundtrax.
Зазвичай саундтреки виконуються тільки один раз - під час запису в студії. Але для хітів робляться виключення. Наприклад, навесні цього року в московській консерваторії виконувалася музика до фільму "Піаніно". Був аншлаг.
Слово саундтрек так міцно ввійшло в повсякденну мову, що часто чуєш щось на кшталт: "Шостакович. Романс з саундтрека до кінофільму" Овід ".
Sony Cinescore - програма для створення професійних саундтреків і озвучування відеоматеріалів. Cinescore автоматично генерує необмежену кількість музичних композицій, використовуючи легальні теми, що охоплюють практично всі музичні жанри і напрямки. Можна створювати аудіодоріжку певної довжини, збільшувати або зменшувати темп, щоб музика відповідала відбувається на екрані. У базі програми безліч вільно розповсюджуваних музичних тем.
Cinescore встановлює нові рівні індивідуального пристосування до вимог користувача, якості та точності у світі професійного створення саундтреків. Забезпечується можливість автоматичного створення необмеженого числа музичних композицій з використанням наборів безкоштовних тем у широкому розмаїтті популярних стилів.
Cinescore генерує необмежене число повністю оркестровані композицій, індивідуально підібраних для відеосюжету в точній відповідності із заданою тривалістю. Можна відрегулювати параметри, такі як настрій, темп та інтенсивність для створення з складних пісень будь-яких коротких і приємних аранжувань саундтреків. ПО Cinescore надає необхідні інструментальні засоби і гнучкість для створення індивідуального звучання пісень з повним управлінням звуковим супроводом.
За допомогою програми можна отримати повний контроль над медіазасоби і створити свій індивідуальний саундтрек з можливістю точного підстроювання рівня, панорамування, висоти тону і темпу.
Програма Cinescore імпортує різноманітні файлові формати для простого створення проектів, включаючи AVI, AIF, BMP, JPG, MP3, відео MPEG 1 та MPEG 2, PCA, PSD, QT, SWF, WAV і WMV. Можна створювати динамічні й ефектні музичні треки для фільмів, слайд-шоу, рекламні ролики та радіопрограми одним клацанням миші, здійснювати експорт в популярних форматах, таких як MPEG-2 для DVD і MPEG-4 для портативних медіа-плеєрів.

Список використаної літератури

1. Чеппел Д. Створюємо свою комп'ютерну студію звукозапису. Тріумф, 2007.
2. Червяков А. Звукозапис й обробка звуку в програмі Audacity.
3. Козюренко Ю.І. Звукозапис з мікрофону. Altex, 2008.
4. Севашко А.В. Звукорежисура і запис фонограм. Професійне керівництво. Altex, 2008.
5. Журнал Stereo & Video
6. www.stereo.ru
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Програмування, комп'ютери, інформатика і кібернетика | Курсова
83.1кб. | скачати


Схожі роботи:
Програми для обробки звукової інформації
Пристрій перетворення цифрової інформації з її шифруванням
Проектування устрою виконує задані функції перетворення цифрової інформації
Підсилювач потужності звукової частоти
Мостовий підсилювач потужності звукової частоти
Мостовий підсилювач потужності звукової частоти 2
Обстеження у дошкільнят звукової сторони мови
Коротка характеристика звукової системи індоєвропейської мови
Роль фонематичного слуху у вихованні звукової культури мовлення
© Усі права захищені
написати до нас