მუსიკის შექმნა. მასტერინგი - ნაწილი 2

იმის შესახებ, რომ მუსიკალური წარმოების პროცესში დაუფლება არის ბოლო ნაბიჯი მუსიკის იდეიდან მის ადრესატამდე მისაღებ გზაზე წინა ნომერში. ჩვენ ასევე ყურადღებით დავაკვირდით ციფრულად ჩაწერილ აუდიოს, მაგრამ მე ჯერ არ განვიხილეთ, თუ როგორ გარდაიქმნება ეს აუდიო, რომელიც გარდაიქმნება AC ძაბვის გადამყვანად, ორობით ფორმად.

1. ყოველი რთული ბგერა, თუნდაც ძალიან მაღალი სირთულის ხარისხი, სინამდვილეში შედგება მრავალი მარტივი სინუსოიდური ბგერისგან.

წინა სტატია დავასრულე იმ კითხვით, როგორ არის შესაძლებელი, რომ ასეთ ტალღოვან ტალღაში (1) ყველა მუსიკალური შინაარსი იყოს კოდირებული, თუნდაც საუბარი იყოს მრავალ ინსტრუმენტზე, რომელიც უკრავს პოლიფონიურ ნაწილებს? აქ არის პასუხი: ეს გამოწვეულია იმით, რომ ნებისმიერი რთული ხმა, თუნდაც ძალიან რთული, ნამდვილად არის იგი შედგება მრავალი მარტივი სინუსოიდური ბგერისგან.

ამ მარტივი ტალღის ფორმების სინუსოიდური ბუნება იცვლება როგორც დროის, ასევე ამპლიტუდის მიხედვით, ეს ტალღების ფორმები გადახურულია, ამატებენ, აკლებენ, ახდენენ ერთმანეთის მოდულაციას და ამგვარად, ჯერ ქმნიან ინსტრუმენტების ცალკეულ ხმებს, შემდეგ კი სრულ მიქსებსა და ჩანაწერებს.

რასაც ჩვენ ვხედავთ მე-2 სურათზე არის გარკვეული ატომები, მოლეკულები, რომლებიც ქმნიან ჩვენს ხმის მატერიას, მაგრამ ანალოგური სიგნალის შემთხვევაში ასეთი ატომები არ არსებობს - არის ერთი ლუწი ხაზი, წერტილების გარეშე, რომლებიც აღნიშნავენ შემდგომ წაკითხვებს (განსხვავება ჩანს ფიგურა ნაბიჯების სახით, რომლებიც გრაფიკულად არის მიახლოებული შესაბამისი ვიზუალური ეფექტის მისაღებად).

თუმცა, რადგან ჩაწერილი მუსიკის დაკვრა ანალოგური ან ციფრული წყაროებიდან უნდა განხორციელდეს მექანიკური ელექტრომაგნიტური გადამცემის გამოყენებით, როგორიცაა დინამიკი ან ყურსასმენის გადამყვანი, განსხვავება სუფთა ანალოგურ აუდიოსა და ციფრულად დამუშავებულ აუდიო ბუნდოვანებას შორის უმეტეს შემთხვევაში აბსოლუტურია. დასკვნით ეტაპზე, ე.ი. მოსმენისას მუსიკა ჩვენამდე აღწევს ისევე, როგორც ჰაერის ნაწილაკების ვიბრაცია, რომელიც გამოწვეულია გადამყვანში დიაფრაგმის მოძრაობით.

2. მოლეკულები, რომლებიც ქმნიან ჩვენს ხმის მატერიას

ანალოგური ციფრი

არის თუ არა სმენადი განსხვავებები სუფთა ანალოგურ აუდიოს შორის (ანუ ჩაწერილი ანალოგი ანალოგურ მაგნიტოფონზე, შერეული ანალოგურ კონსოლზე, შეკუმშული ანალოგურ დისკზე, დაკვრა ანალოგურ პლეერზე და გაძლიერებულ ანალოგურ გამაძლიერებელს) და ციფრულ აუდიოს - გარდაქმნილი ანალოგური ციფრული, დამუშავებული და შერეული ციფრული და შემდეგ დამუშავებული უკან ანალოგური სახით, ეს არის ზუსტად ამ ამპერატორთან თუ პრაქტიკულად თავად დინამიკში?

უმეტეს შემთხვევაში, არა, თუმცა ერთი და იგივე მუსიკალური მასალა რომ ჩავწეროთ ორივე გზით და შემდეგ დავუკრათ, განსხვავებები, რა თქმა უნდა, ისმის. თუმცა, ეს უფრო მეტად გამოწვეული იქნება ამ პროცესებში გამოყენებული ხელსაწყოების ბუნებით, მათი მახასიათებლებით, თვისებებით და ხშირად შეზღუდვებით, ვიდრე ანალოგური ან ციფრული ტექნოლოგიების გამოყენების ფაქტი.

ამავე დროს, ჩვენ ვვარაუდობთ, რომ ხმის ციფრულ ფორმაში მოყვანა, ე.ი. ცალსახად ატომიზება, მნიშვნელოვან გავლენას არ ახდენს თავად ჩაწერისა და დამუშავების პროცესზე, მით უმეტეს, რომ ეს ნიმუშები წარმოიქმნება სიხშირეზე, რომელიც - ყოველ შემთხვევაში თეორიულად - ბევრად აღემატება ჩვენს მოსმენილ სიხშირეების ზედა საზღვრებს და, შესაბამისად, ხმის ეს სპეციფიკური მარცვლიანობა გარდაიქმნება. ჩვენთვის უხილავი ციფრული ფორმით. თუმცა ხმოვანი მასალის დაუფლების თვალსაზრისით ძალიან მნიშვნელოვანია და ამაზე მოგვიანებით ვისაუბრებთ.

ახლა გავარკვიოთ, როგორ გარდაიქმნება ანალოგური სიგნალი ციფრულ ფორმაში, კერძოდ ნულ-ერთში, ე.ი. ერთი, სადაც ძაბვას შეიძლება ჰქონდეს მხოლოდ ორი დონე: ციფრული ერთი დონე, რაც ნიშნავს ძაბვას და ციფრული ნულოვანი დონე, ე.ი. ეს დაძაბულობა პრაქტიკულად არ არსებობს. ციფრულ სამყაროში ყველაფერი ან ერთია ან ნული, არ არსებობს შუალედური მნიშვნელობები. რა თქმა უნდა, არსებობს ეგრეთ წოდებული ბუნდოვანი ლოგიკა, სადაც ჯერ კიდევ არის შუალედური მდგომარეობები „ჩართვა“ ან „გამორთვის“ მდგომარეობებს შორის, მაგრამ ის არ გამოიყენება ციფრულ აუდიო სისტემებზე.

3. ხმის წყაროს მიერ გამოწვეული ჰაერის ნაწილაკების ვიბრაცია ააქტიურებს მემბრანის ძალიან მსუბუქ სტრუქტურას.

ტრანსფორმაციები ნაწილი პირველი

ნებისმიერი აკუსტიკური სიგნალი, იქნება ეს ვოკალი, აკუსტიკური გიტარა თუ დასარტყამი, იგზავნება კომპიუტერში ციფრული ფორმით, ის ჯერ უნდა გარდაიქმნას ალტერნატიულ ელექტრულ სიგნალად. ეს ჩვეულებრივ კეთდება მიკროფონებით, რომლებშიც ხმის წყაროს მიერ გამოწვეული ჰაერის ნაწილაკების ვიბრაცია ამოძრავებს ძალიან მსუბუქ დიაფრაგმის სტრუქტურას (3). ეს შეიძლება იყოს დიაფრაგმა, რომელიც შედის კონდენსატორის კაფსულაში, ლითონის ფოლგის ზოლი მიკროფონში ლენტით, ან დიაფრაგმა მასზე დამაგრებული ხვეულით დინამიურ მიკროფონში.

თითოეულ ამ შემთხვევაში ძალიან სუსტი, რხევადი ელექტრული სიგნალი ჩნდება მიკროფონის გამოსავალზერომელიც მეტ-ნაკლებად ინარჩუნებს სიხშირისა და დონის პროპორციებს, რომლებიც შეესაბამება რხევადი ჰაერის ნაწილაკების იგივე პარამეტრებს. ამრიგად, ეს არის მისი ერთგვარი ელექტრული ანალოგი, რომლის შემდგომი დამუშავება შესაძლებელია მოწყობილობებში, რომლებიც ამუშავებენ ალტერნატიულ ელექტრულ სიგნალს.

Პირველი მიკროფონის სიგნალი უნდა გაძლიერდესრადგან ის ძალიან სუსტია რაიმე სახით გამოსაყენებლად. ტიპიური მიკროფონის გამომავალი ძაბვა არის მეათასედი ვოლტის რიგითობით, გამოხატული მილივოლტებში და ხშირად მიკროვოლტებში ან ვოლტის მემილიონედებში. შედარებისთვის დავამატოთ, რომ ჩვეულებრივი თითის ტიპის ბატარეა გამოიმუშავებს ძაბვას 1,5 ვ და ეს არის მუდმივი ძაბვა, რომელიც არ ექვემდებარება მოდულაციას, რაც ნიშნავს, რომ იგი არ გადასცემს არანაირ ხმოვან ინფორმაციას.

თუმცა, DC ძაბვა საჭიროა ნებისმიერ ელექტრონულ სისტემაში ენერგიის წყაროდ, რომელიც შემდეგ მოდულირებს AC სიგნალს. რაც უფრო სუფთა და ეფექტურია ეს ენერგია, მით ნაკლებია ის ექვემდებარება მიმდინარე დატვირთვას და აშლილობას, მით უფრო სუფთა იქნება ელექტრონული კომპონენტების მიერ დამუშავებული AC სიგნალი. ამიტომ ელექტრომომარაგება, კერძოდ ელექტრომომარაგება, ძალიან მნიშვნელოვანია ნებისმიერ ანალოგურ აუდიო სისტემაში.

4. მიკროფონის გამაძლიერებელი, ასევე ცნობილი როგორც პრეგამაძლიერებელი ან პრეგამაძლიერებელი

მიკროფონის გამაძლიერებლები, ასევე ცნობილი როგორც პრეგამაძლიერებლები ან პრეგამაძლიერებლები, შექმნილია მიკროფონებიდან სიგნალის გასაძლიერებლად (4). მათი ამოცანაა სიგნალის გაძლიერება, ხშირად რამდენიმე ათეული დეციბელითაც კი, რაც ნიშნავს მათი დონის ასობით ან მეტით გაზრდას. ამრიგად, წინასწარ გამაძლიერებლის გამოსავალზე ვიღებთ ცვლადი ძაბვას, რომელიც პირდაპირპროპორციულია შეყვანის ძაბვისა, მაგრამ ასჯერ აღემატება მას, ე.ი. წილადებიდან ვოლტამდე ერთეულებამდე დონეზე. ეს სიგნალის დონე განისაზღვრება ხაზის დონე და ეს არის სტანდარტული ოპერაციული დონე აუდიო მოწყობილობებში.

ტრანსფორმაცია მეორე ნაწილი

ამ დონის ანალოგური სიგნალის გადაცემა უკვე შესაძლებელია დიგიტალიზაციის პროცესი. ეს კეთდება ინსტრუმენტების გამოყენებით, რომელსაც ეწოდება ანალოგური ციფრული გადამყვანები ან გადამყვანები (5). კონვერტაციის პროცესი კლასიკურ PCM რეჟიმში, ე.ი. პულსის სიგანის მოდულაცია, ამჟამად ყველაზე პოპულარული დამუშავების რეჟიმი, განისაზღვრება ორი პარამეტრით: შერჩევის სიჩქარე და ბიტის სიღრმე. როგორც თქვენ მართებულად ეჭვობთ, რაც უფრო მაღალია ეს პარამეტრები, მით უკეთესი იქნება კონვერტაცია და მით უფრო ზუსტი იქნება სიგნალი კომპიუტერს ციფრული სახით.

5. კონვერტორი ან ანალოგური ციფრული გადამყვანი.

ამ ტიპის კონვერტაციის ზოგადი წესი შერჩევა, ანუ ანალოგური მასალის ნიმუშების აღება და მისი ციფრული წარმოდგენის შექმნა. აქ ანალოგურ სიგნალში ძაბვის მყისიერი მნიშვნელობა ინტერპრეტირებულია და მისი დონე ციფრულად არის წარმოდგენილი ორობით სისტემაში (6).

თუმცა აქ საჭიროა მოკლედ გავიხსენოთ მათემატიკის საფუძვლები, რომლის მიხედვითაც ნებისმიერი რიცხვითი მნიშვნელობა შეიძლება იყოს წარმოდგენილი ნებისმიერი რიცხვითი სისტემა. კაცობრიობის ისტორიის მანძილზე გამოიყენებოდა და დღესაც გამოიყენება სხვადასხვა რიცხვითი სისტემა. მაგალითად, ცნებები, როგორიცაა ათეული (12 ცალი) ან პენი (12 ათეული, 144 ცალი) დაფუძნებულია თორმეტგოჯა ნაწლავის სისტემაზე.

6. ძაბვის მნიშვნელობები ანალოგურ სიგნალში და მისი დონის წარმოდგენა ციფრული სახით ორობით სისტემაში

დროთა განმავლობაში ჩვენ ვიყენებთ შერეულ სისტემებს - სქესობრივ სისტემებს წამებში, წუთებში და საათებში, თორმეტგოჯა ნაწლავის წარმოებულს დღეებისა და დღეებისთვის, მეშვიდე სისტემას კვირის დღეებისთვის, კვად სისტემას (ასევე დაკავშირებულია თორმეტგოჯა და სქესობრივ სისტემასთან) თვეში კვირების განმავლობაში, თორმეტგოჯა ნაწლავის სისტემა. რომ მივუთითოთ წელიწადის თვეები და შემდეგ გადავდივართ ათობითი სისტემაზე, სადაც ჩნდება ათწლეულები, საუკუნეები და ათასწლეულები. ვფიქრობ, რომ სხვადასხვა სისტემის გამოყენების მაგალითი დროის მსვლელობის გამოსახატავად კარგად აჩვენებს რიცხვითი სისტემების ბუნებას და საშუალებას მოგცემთ უფრო ეფექტურად გადახედოთ კონვერტაციასთან დაკავშირებულ საკითხებს.

ანალოგური ციფრული გადაყვანის შემთხვევაში ჩვენ ვიქნებით ყველაზე გავრცელებული ათობითი მნიშვნელობების ორობით მნიშვნელობებად გადაქცევა. ათწილადი, რადგან თითოეული ნიმუშის გაზომვა ჩვეულებრივ გამოიხატება მიკროვოლტებში, მილივოლტებში და ვოლტებში. მაშინ ეს მნიშვნელობა გამოისახება ბინარულ სისტემაში, ე.ი. მასში მოქმედი ორი ბიტის გამოყენებით - 0 და 1, რომლებიც აღნიშნავენ ორ მდგომარეობას: არ არის ძაბვა ან მისი არსებობა, გამორთული ან ჩართული, მიმდინარე თუ არა და ა.შ. ამგვარად, ჩვენ თავიდან ავიცილებთ დამახინჯებას და ყველა ქმედება ბევრად უფრო მარტივი ხდება განხორციელებაში გამოყენების გზით. ალგორითმების ეგრეთ წოდებული ცვლილება, რომლებთანაც საქმე გვაქვს, მაგალითად, კონექტორებთან ან სხვა ციფრულ პროცესორებთან მიმართებაში.

თქვენ ნული ხართ; ან ერთი

ამ ორი ციფრით, ნულებით და ერთებით, შეგიძლიათ გამოხატოთ ყოველი რიცხვითი მნიშვნელობამიუხედავად მისი ზომისა. მაგალითად, განვიხილოთ რიცხვი 10. ათწილადიდან ორობითი კონვერტაციის გასაგებად არის ის, რომ რიცხვი 1 ორობითში, ისევე როგორც ათწილადში, დამოკიდებულია მის პოზიციაზე რიცხვების სტრიქონში.

თუ 1 არის ორობითი სტრიქონის ბოლოს, მაშინ 1, თუ ბოლოდან მეორეში - მაშინ 2, მესამე პოზიციაზე - 4, ხოლო მეოთხე პოზიციაზე - 8 - ყველა ათწილადში. ათობითი სისტემაში, იგივე 1 ბოლოს არის 10, ბოლო 100, მესამე 1000, მეოთხე XNUMX არის მაგალითი ანალოგიის გასაგებად.

ასე რომ, თუ გვინდა 10-ის ორობითი ფორმით წარმოდგენა, დაგვჭირდება 1-ისა და 1-ის წარმოდგენა, ასე რომ, როგორც ვთქვი, ეს იქნება 1010 მეოთხე ადგილზე და XNUMX მეორეში, რაც არის XNUMX.

თუ დაგვჭირდა ძაბვების გადაყვანა 1-დან 10 ვოლტამდე წილადი მნიშვნელობების გარეშე, ე.ი. მხოლოდ მთელი რიცხვების გამოყენებით, საკმარისია გადამყვანი, რომელსაც შეუძლია წარმოადგინოს 4-ბიტიანი თანმიმდევრობები ბინარში. 4-ბიტიანი, რადგან ამ ორობითი რიცხვის კონვერტაციას დასჭირდება ოთხ ციფრამდე. პრაქტიკაში ეს ასე გამოიყურება:

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

10 1010

1-დან 7-მდე რიცხვების წინა ნულები უბრალოდ ავსებენ სტრიქონს სრულ ოთხ ბიტზე ისე, რომ თითოეულ ბინარულ რიცხვს ჰქონდეს იგივე სინტაქსი და დაიკავოს იგივე რაოდენობა. გრაფიკული ფორმით, მთელი რიცხვების ასეთი თარგმნა ათობითი სისტემიდან ორობითში ნაჩვენებია სურათზე 7.

7. ათობით სისტემაში მთელი რიცხვების გადაყვანა ორობით სისტემად

ორივე ზედა და ქვედა ტალღის ფორმა წარმოადგენს ერთსა და იმავე მნიშვნელობებს, გარდა იმისა, რომ პირველი გასაგებია, მაგალითად, ანალოგური მოწყობილობებისთვის, როგორიცაა ხაზოვანი ძაბვის დონის მრიცხველები, და მეორე ციფრული მოწყობილობებისთვის, მათ შორის კომპიუტერებისთვის, რომლებიც ამუშავებენ მონაცემებს ამ ენაზე. ქვედა ტალღის ფორმა ჰგავს ცვლადი შევსების კვადრატულ ტალღას, ე.ი. მაქსიმალური მნიშვნელობების სხვადასხვა თანაფარდობა მინიმალურ მნიშვნელობებთან დროთა განმავლობაში. ეს ცვლადი შიგთავსი შიფრავს გადასაყვანი სიგნალის ორობით მნიშვნელობას, აქედან მომდინარეობს სახელწოდება „პულსის კოდის მოდულაცია“ - PCM.

ახლა დავუბრუნდეთ რეალური ანალოგური სიგნალის კონვერტაციას. ჩვენ უკვე ვიცით, რომ მისი აღწერა შესაძლებელია ხაზით, რომელიც ასახავს შეუფერხებლად ცვალებად დონეებს და არ არსებობს ამ დონეების ნახტომი წარმოდგენა. თუმცა, ანალოგური ციფრული კონვერტაციის საჭიროებისთვის, ჩვენ უნდა შემოვიტანოთ ისეთი პროცესი, რომ დროდადრო შევძლოთ ანალოგური სიგნალის დონის გაზომვა და თითოეული ასეთი გაზომილი ნიმუში ციფრული სახით წარმოდგენა.

ითვლებოდა, რომ სიხშირე, რომლითაც განხორციელდებოდა ეს გაზომვები, უნდა იყოს მინიმუმ ორჯერ მეტი სიხშირე, რაც ადამიანს შეუძლია მოისმინოს, და რადგან ეს არის დაახლოებით 20 kHz, შესაბამისად, ყველაზე მეტი 44,1 kHz რჩება პოპულარული ნიმუშის სიხშირე. შერჩევის სიჩქარის გამოთვლა დაკავშირებულია საკმაოდ რთულ მათემატიკურ ოპერაციებთან, რასაც, ჩვენი კონვერტაციის მეთოდების ცოდნის ამ ეტაპზე, აზრი არ აქვს.

მეტი უკეთესია?

ყველაფერი, რაც ზემოთ აღვნიშნე, შეიძლება მიუთითებდეს იმაზე, რომ რაც უფრო მაღალია შერჩევის სიხშირე, ე.ი. ანალოგური სიგნალის დონის რეგულარული ინტერვალებით გაზომვა, მით უფრო მაღალია კონვერტაციის ხარისხი, რადგან ის - ყოველ შემთხვევაში ინტუიციური გაგებით - უფრო ზუსტია. მართლა მართალია? ამის შესახებ ერთ თვეში გავიგებთ.