Данный ресурс предназначен для тех, кому интересна тема создания музыки на компьютере

Главная    Полезные материалы    Программы для создания музыки    Учебники    Радио    Карта сайта

Сущность наиболее важных обработок


Из числа различных обработок, реализованных в звуковых редакторах, чаще всего применяются на практике две их разновидности: частотная фильтрация и преобразование динамического диапазона. Сейчас мы ограничимся лишь самыми необходимыми сведениями.

Частотная фильтрация

Фильтрация — это процесс обработки электрического звукового сигнала частотноизбирательными устройствами с целью изменения спектрального состава (тембра) сигнала. Задачами такой обработки могут быть:
  • амплитудно-частотная коррекция сигнала (усиление или ослабление отдельных частотных составляющих);
  • полное подавление спектра сигнала или шумов в определенной полосе частот.
Например, если микрофон, акустическая система или еще какой-либо элемент звукового тракта имеют неравномерную амплитудно-частотную характеристику, то с помощью фильтров эти неравномерности могут быть сглажены. Если в результате анализа спектра выяснилось, что в некоторой области частот в основном сосредоточена энергия помех, а энергии сигнала совсем немного, то посредством фильтрации все колебания в этом диапазоне частот можно подавить.

Для осуществления фильтрации созданы самые различные устройства: отдельные корректирующие и формантные фильтры, устройства для разделения звука на несколько каналов по частотному признаку (кроссоверы), двухполосные и многополосные регуляторы тембра (эквалайзеры), фильтры присутствия и т. д.

Основой фильтров, реализованных программным путем в составе звуковых редакторов, служит спектральный анализ. Любой реальный сигнал может быть представлен в виде набора коэффициентов разложения в ряд по гармоническим функциям. Фильтрация сводится к умножению спектральных коэффициентов на соответствующие значения передаточной функции фильтра. Если спектр представлен в комплексной форме, то сигнал описывается совокупностью амплитудного и фазового спектров (АС и ФС), а фильтры — амплитудно-частотными и фазо-частотными характеристиками (АЧХ и ФЧХ). АЧХ представляет собой зависимость коэффициента передачи фильтра от частоты. ФЧХ отражает сдвиг фазы выходного сигнала по отношению ко входному в зависимости от частоты. В этом случае фильтрация эквивалентна перемножению АС на АЧХ и алгебраическому сложению ФС с ФЧХ.

Классический спектральный анализ из-за наличия большого количества операций перемножения занимает очень много процессорного времени и при значительном числе отсчетов сигнала неосуществим в реальном темпе обработки. Для сокращения времени спектрального анализа дискретных сигналов разработаны специальные алгоритмы, учитывающие наличие связей между различными отсчетами сигнала и устраняющие повторяющиеся операции. Одним из таких алгоритмов является быстрое преобразование Фурье (БПФ).

В зависимости от расположения полосы пропускания на оси частот фильтры подразделяются на:
  • фильтры нижних частот (ФНЧ) (Low Pass), типичные АЧХ и ФЧХ которых показаны на рис. 1.22;
  • фильтры верхних частот (ФВЧ) (High Pass), их АЧХ и ФЧХ показаны на рис. 1.23;
  • полоснопропускающие (полосовые) фильтры (Band Pass) (рис. 1.24);
  • полоснозадерживающие (режекторные) фильтры (Band Stop) (рис. 1.25).
На рисунках по горизонтальным осям отложено значение частоты, по вертикальным осям отложены значения передаточных функций K(f) или фазовых сдвигов (t) в зависимости от частоты.

Тот участок АЧХ, где коэффициент передачи не равен нулю, соответствует полосе пропускания фильтра. В полосе задерживания (или подавления), напротив, коэффициент передачи фильтра должен быть минимальным (в идеальном случае нулевым).

Характеристики, представленные на рис. 1.22-1.25 являются идеализированными: реальные фильтры, строго говоря, не позволяют обеспечить равенство передаточной функции нулю вне полосы пропускания. Колебания в полосе подавления пусть и значительно ослабленные, все равно проникают через фильтр.

Реальные фильтры низких и высоких частот характеризуются следующими основными параметрами:
  • частотой среза;
  • шириной полосы пропускания;
  • неравномерностью характеристики в полосе пропускания;
  • крутизной ската характеристики в области перехода от полосы пропускания к полосе задерживания.
Для полосового фильтра добавляется еще один параметр — добротность, под которой понимают отношение центральной частоты фильтра к полосе его пропускания.

   
Рис. 1.22. АЧХ и ФЧХ фильтра.                  Рис. 1.23. АЧХ и ФЧХ фильтра нижних частот верхних частот.

   
Рис. 1.24. АЧХ и ФЧХ полосового.    Рис. 1.25. АЧХ и ФЧХ режекторного фильтра фильтра.

Весьма распространенной ошибкой является пренебрежение учетом влияния на форму сигнала фазо-частотной характеристики фильтра. Фаза важна потому, что сигнал, прошедший через фильтр без изменения амплитуды в полосе пропускания, может быть искажен по форме, если временное запаздывание при прохождении через фильтр не будет постоянным для разных частот. Одинаковое время задержки соответствует линейной зависимости фазы от частоты. Из рисунков видно, что для ФНЧ и ФВЧ зависимость фазы от частоты можно считать линейной лишь в окрестностях частот среза, а для полосового фильтра — в окрестностях резонансной (центральной) частоты. Таким образом, следует ясно представлять себе, что фильтрация широкополосных звуковых колебаний будет обязательно сопровождаться фазовыми искажениями, приводящими к изменению формы фильтруемого сигнала.

Работая со звуковыми редакторами, вы будете часто пользоваться эквалайзерами.

Эквалайзеры представляют собой устройства, объединяющие в себе несколько фильтров, предназначенные для изменения спектральных свойств (тембра) обрабатываемого сигнала. Первоначально эквалайзер (equalizer, EQ), в основном, выполнял функции устройства, компенсирующего неравномерность того или иного участка тракта усиления и преобразования звукового сигнала.

При наличии эквалайзера можно как бы выровнять исходно неровную АЧХ. Известны несколько различных по назначению и по устройству типов эквалайзеров, среди них есть и те, с которыми вы встретитесь, пользуясь Cubase SX:
  • графический эквалайзер;
  • параметрический эквалайзер;
  • фильтр присутствия.
Графический эквалайзер — это набор полосовых фильтров с фиксированными центральными частотами и переменным коэффициентом усиления, которым можно управлять при помощи слайдера. В качестве регуляторов принято использовать именно ползунки, так как положение их ручек представляет собой некое подобие графика АЧХ эквалайзера. Именно поэтому такие эквалайзеры принято называть "графическими" — пользователь как бы рисует ползунками необходимую ему кривую АЧХ.

Итак, графический эквалайзер — это набор полосовых фильтров, которые полностью отделяют друг от друга определенные полосы частот. Для того чтобы иметь возможность управлять частотной характеристикой во всей области звуковых частот, такие фильтры соединены параллельно. На вход всех фильтров подается один и тот же сигнал, и задача каждого фильтра состоит в том, чтобы усилить или ослабить "свой" участок спектра в соответствии с положением регулятора коэффициента усиления (слайдера).

Частоты, на которых осуществляется регулирование в графических эквалайзерах, унифицированы и выбираются из ряда стандартных частот, перекрывающих весь звуковой диапазон и отстоящих друг от друга на некоторый интервал. Этот интервал может составлять октаву, ее половину или треть октавы. Наибольшие возможности, естественно, имеют третьоктавные графические эквалайзеры, которые в силу этого и получили наибольшее распространение. Число полос регулирования может составлять до 31 в серьезных профессиональных моделях.

Самый низкочастотный фильтр эквалайзера не обязательно должен быть полосовым, он может быть и фильтром нижних частот. Аналогично самый высокочастотный фильтр может быть фильтром верхних частот.

Наиболее часто графические эквалайзеры применяются для обработки суммарного сигнала, "доводки" общей картины, а не фильтрации отдельных составляющих. С помощью графического эквалайзера можно приближенно сформировать необходимую АЧХ системы обработки звука или акустической системы: поднять усиление в одних областях спектра и уменьшить его в других. Однако графический эквалайзер (даже многополосный) мало пригоден для ювелирной частотной коррекции. Ведь центральные частоты фильтров неизменны. Они могут и не совпадать в точности с теми частотами, на которых следует подчеркнуть или, напротив, подавить спектральные составляющие. В подобных случаях на помощь приходит параметрический эквалайзер.

Параметрический эквалайзер позволяет управлять не только коэффициентом усиления фильтра, но и его центральной частотой, а также добротностью (по существу, шириной полосы пропускания). При наличии некоторого опыта вы сможете точно устанавливать значения этих параметров таким образом, чтобы подчеркнуть звук отдельного инструмента или удалить нежелательную помеху (например, фон 50 Гц или частоту самовозбуждения акустической системы) с минимальным влиянием на остальные элементы звукового образа.

Для формирования АЧХ сложного вида применяются многополосные параметрические эквалайзеры, параметры каждого из которых можно изменять независимо.

Фильтр присутствия (presence) позволяет добиться впечатления, что звучащий инструмент (или певец) находится в одной комнате со слушателем. На самом деле это не что иное, как регулируемый полосовой фильтр, центральная частота которого лежит где-то в диапазоне от 2 до 6 кГц.

Динамическая обработка

О сущности динамической обработки мы ограничимся лишь изложением кратких сведений о назначении различных приборов динамической обработки, работа которых моделируется в Cubase SX.

В зависимости от выполняемых функций различают следующие приборы динамической обработки:
  • ограничители уровней; 
  • компрессоры динамического диапазона; 
  • экспандеры динамического диапазона; 
  • пороговые шумоподавители (гейты).
Ограничитель уровня (лимитер) — это авторегулятор уровня, у которого коэффициент передачи изменяется так, что при превышении номинального уровня входным сигналом уровни сигналов на его выходе остаются практически постоянными, близкими к номинальному значению. При входных сигналах, не превышающих номинального значения, ограничитель уровня работает как обычный линейный усилитель. Лимитер должен реагировать на изменение уровня мгновенно.

Компрессор — такое устройство, коэффициент передачи которого возрастает по мере уменьшения уровня входного сигнала.

Действие компрессора приводит к повышению средней мощности и, следовательно, громкости звучания обрабатываемого сигнала, а также к сжатию его динамического диапазона.

Экспандер имеет амплитудную характеристику, обратную по отношению к амплитудной характеристике компрессора. Экспандер применяют в том случае, когда необходимо восстановить динамический диапазон, предварительно преобразованный компрессором. Система, состоящая из последовательно включенных компрессора и экспандера, называется компандером. Она используется для снижения уровня шумов в трактах записи или передачи звуковых сигналов.

Пороговый шумоподавителъ (гейт) — это авторегулятор, у которого коэффициент передачи изменяется так, что при уровнях входного сигнала меньше порогового амплитуда сигнала на выходе близка к нулю. При входных сигналах, уровень которых превышает пороговое значение, пороговый шумопо-давитель работает как обычный линейный усилитель.

Любой прибор динамической обработки в своем составе имеет два функциональных элемента — основной канал и канал управления.

Задача канала управления заключается в обнаружении момента пересечения аудиосигналом порогового значения, измерении уровня аудиосигнала относительно порога и выработке управляющего напряжения.

Результат обработки зависит от вида характеристики регулируемого элемента основного канала. Например, если с ростом управляющего напряжения, подаваемого на регулируемый элемент, его коэффициент передачи уменьшается, то получается компрессор, если увеличивается, то — экспандер.

Оценку инерционности устройств динамической обработки осуществляют на основе анализа двух временных характеристик: времени срабатывания и времени восстановления.

Для регулируемых звеньев всех устройств динамической обработки кроме гейта срабатыванием принято считать реакцию устройства на увеличение уровня сигнала, а восстановлением — на его уменьшение. Время срабатывания — это интервал между моментом, когда от источника начинает подаваться сигнал с уровнем на 6 дБ выше номинального значения, и моментом, когда выходной уровень уменьшается с 6 дБ до 2 дБ по отношению к номинальному значению.

Время восстановления — это интервал между моментом, когда уровень сигнала от источника снижается с 6 дБ до номинального значения 0 дБ, и моментом, когда выходной уровень увеличивается от —6 до —2 дБ по отношению к номинальному значению.

Для гейта срабатыванием принято считать уменьшение усиления при пропадании полезного сигнала, а восстановлением — восстановление усиления при появлении полезного сигнала.

Одной из наиболее часто применяемой разновидностью динамической обработки является компрессия — сжатие динамического диапазона.

Субъективно компрессия проявляется как увеличение громкости звука. Он становится более "плотным". И это не удивительно. Ведь в результате компрессии можно достичь увеличения средней мощности неискаженного сигнала. По сути дела компрессия сводится к автоматическому управлению усилением. Когда уровень сигнала становится слишком большим, усиление уменьшается, а при нормальном уровне сигнала усилению возвращается исходное значение.

Результат компрессии зависит от правильного выбора значений нескольких основных параметров. К важнейшим из них относятся:
  • порог срабатывания (Threshold);
  • коэффициент компрессии или коэффициент сжатия (Compression Ratio);
  • компенсирующее усиление (Makeup Gain);
  • время атаки (Attack Time);
  • время восстановления (Release Time).
Порог срабатывания определяет уровень, при превышении которого компрессор начинает управлять усилением (иногда говорят, что он находится в активном состоянии). До тех пор пока значение уровня сигнала меньше порогового, компрессор не воздействует на сигнал (компрессор находится в пассивном или выключенном состоянии). От величины порога зависит, коснется ли обработка только отдельных пиков или сигнал будет подвергаться компрессии постоянно.

Коэффициент компрессии (сжатия) определяет степень сжатия динамического диапазона сигнала, имеющего уровень выше порогового. Численно он равен отношению уровня сигнала на выходе работающего компрессора к уровню сигнала на его входе.

Например, коэффициент компрессии 2:1 означает, что изменение уровня входного сигнала на 2 дБ вызовет изменение уровня выходного сигнала только на 1 дБ. На практике именно такое отношение часто применяется, хотя иногда приходится устанавливать более высокие значения. Если коэффициент компрессии установлен, скажем, в пропорции 20:1 и больше, то получается режим ограничения. Это значит, что если на входе появляется сигнал, превышающий установленный уровень, то сигнал на выходе практически не будет усилен.

Абсолютному ограничению соответствует коэффициент компрессии "Бесконечность:!", но на практике величины отношений больше, чем 20:1, дают такой же эффект.

Время атаки определяет, насколько быстро компрессор будет реагировать на сигналы с уровнем выше порогового.

При больших значениях параметра Attack Time компрессор, вероятнее всего, не будет успевать отслеживать резкие увеличения уровня входного сигнала. В сигнале на выходе компрессора будут присутствовать пики.

Если значение параметра Attack Time мало, то можно практически исключить возникновение пиков сигнала при скачкообразном увеличении его уровня. Однако при этом звучание может стать недостаточно акцентированным.

Время восстановления — это время, за которое компрессор выходит из активного состояния после падения уровня сигнала ниже порогового.

Если время восстановления слишком велико, то компрессор дольше находится в активном состоянии и воздействует на динамический диапазон даже тогда, когда это нежелательно. Это дает заметный на слух эффект пульсации звука, так как компрессия не приводит к сглаживанию сигнала.

При малом времени восстановления обеспечивается более существенное сглаживание. Но в тех ситуациях, когда уровень входного сигнала постоянно колеблется в окрестностях порогового значения, возможно возникновение эффекта "захлебывания".

Подбор оптимального времени восстановления основан на поиске компромисса. Обычно рекомендуется для инструментальной музыки в качестве грубого приближения и отправной точки для более тонкой настройки выбирать время восстановления около 500 мс. Это соответствует промежутку между двумя тактами при темпе 120 четвертей в минуту.

Восприятие музыки зависит от динамического диапазона, так как динамика позволяет передать эмоциональное содержание. Если совершенно сгладить динамику, сделать один неизменный средний уровень, то получится музыка, которую неинтересно слушать.

Неопытный вокалист обычно допускает большие перепады в громкости. В результате некоторые слова тонут в общем звучании музыки, а другие, наоборот, слышны слишком громко. Поэтому при записи вокала всегда используется компрессия.

Когда у вокалиста есть проблемы с шипящими звуками, а смена типа микрофона и его расположения не приводит к исправлению ситуации, тогда при сведении стоит использовать компрессор в режиме деэсера, в котором устраняются свистящие и шипящие согласные в вокальной партии. Если путем фильтрации при помощи внешнего эквалайзера подавить все низкие частоты, поступающие на вход канала управления, компрессор будет реагировать только на высокочастотные звуки. В таком случае сигнал, управляющий компрессором, формируется только из тех компонентов исходного аудиосигнала, что составляют свист и шипение. В этом и заключается принцип действия деэсера. Выбор частотных составляющих, на которые надо повлиять, производится на слух. Эквалайзер, включенный в канал управления компрессором, должен усиливать частоты в области 4-10 кГц. Однако нужно подобрать точную АЧХ.


Измерители и анализаторы >>>

<<< Оглавление




Данный ресурс создан исключительно с целью помочь начинающим музыкантам создавать свою музыку.
Вы всегда можете добавить, изменить или опровергнуть информацию, размещенную здесь.
Главная    Полезные материалы    Программы для создания музыки    Учебники    Радио    Карта сайта
создание музыки основы создания музыки звуковая карта для создания музыки программа для создания музыки программа создания музыки на компьютере правила создания музыки сэмплы скачать бесплатные сэмплы скачать бесплатно программу создания музыки fl studio fruity loops виртуальное создание музыки VST плагины vst плагины скачать бесплатно уроки по созданию музыки скачать программу для создания музыки создание музыки скачать бесплатно создание музыки бесплатно создание электронной музыки создание электронной музыки на компьютере создание музыки на компьютере бесплатные программы для создания музыки бесплатные сэмплы создание транс музыки легкие программы для создания музыки синтезаторы для создания музыки создание музыки для новичков cubase создание музыки на компьютере обучение бесплатные VST плагины скачать создание музыки русская программа для создания музыки