ایجاد موسیقی. مسترینگ - قسمت 2

در مورد این که تسلط در روند تولید موسیقی آخرین گام در مسیر ایده موسیقی تا تحویل آن به گیرنده است در شماره قبل نوشتم. ما همچنین نگاهی دقیق به صدای ضبط شده دیجیتالی انداخته‌ایم، اما من هنوز در مورد چگونگی تبدیل این صدا که به مبدل‌های ولتاژ متناوب تبدیل شده است، به شکل باینری صحبت نکرده‌ام.

1. هر صدای پیچیده، حتی با درجه پیچیدگی بسیار بالا، در واقع از بسیاری از صداهای سینوسی ساده تشکیل شده است.

مقاله قبلی را با این سوال به پایان رساندم که چگونه ممکن است در چنین موجی موج دار (1) تمام محتوای موسیقی رمزگذاری شود، حتی اگر صحبت از سازهای بسیاری باشد که قطعات پلی فونیک می نوازند؟ پاسخ این است: این به این دلیل است که هر صدای پیچیده، حتی بسیار پیچیده، واقعاً است این شامل بسیاری از صداهای سینوسی ساده است.

ماهیت سینوسی این شکل موج های ساده با زمان و دامنه متفاوت است، این شکل موج ها با هم تداخل دارند، همدیگر را اضافه می کنند، کم می کنند، مدوله می کنند و بنابراین ابتدا صداهای تکی ساز و سپس میکس و ضبط کامل ایجاد می کنند.

آنچه در شکل 2 می بینیم اتم های خاصی هستند، مولکول هایی که ماده صوتی ما را می سازند، اما در مورد سیگنال آنالوگ چنین اتمی وجود ندارد - یک خط زوج وجود دارد، بدون نقطه هایی که قرائت های بعدی را نشان می دهند (تفاوت را می توان در شکل به صورت مراحل، که از نظر گرافیکی برای به دست آوردن جلوه بصری مربوطه تقریب می شوند).

با این حال، از آنجایی که پخش موسیقی ضبط شده از منابع آنالوگ یا دیجیتال باید با استفاده از یک مبدل الکترومغناطیسی مکانیکی مانند بلندگو یا مبدل هدفون انجام شود، اکثریت قریب به اتفاق بین صدای آنالوگ خالص و صدای پردازش شده دیجیتال تار می شود. در مرحله نهایی، یعنی هنگام گوش دادن، موسیقی همانند ارتعاشات ذرات هوا به ما می رسد که در اثر حرکت دیافراگم در مبدل ایجاد می شود.

2. مولکول هایی که ماده صوتی ما را تشکیل می دهند

رقم آنالوگ

آیا تفاوت شنیداری بین صدای آنالوگ خالص (یعنی آنالوگ ضبط شده در یک ضبط صوت آنالوگ، ترکیب شده روی کنسول آنالوگ، فشرده سازی بر روی دیسک آنالوگ، پخش بر روی پخش کننده آنالوگ و تقویت کننده آنالوگ تقویت شده) و صدای دیجیتال - تبدیل شده از آنالوگ به دیجیتال، پردازش و میکس دیجیتال و سپس پردازش به شکل آنالوگ، این درست جلوی آمپ است یا عملاً در خود اسپیکر؟

در اکثریت قریب به اتفاق موارد، نه، اگرچه اگر ما یک ماده موسیقایی را به هر دو روش ضبط می‌کردیم و سپس آن را پخش می‌کردیم، قطعاً تفاوت‌ها شنیده می‌شد. با این حال، این بیشتر به دلیل ماهیت ابزارهای مورد استفاده در این فرآیندها، ویژگی‌ها، ویژگی‌ها و اغلب محدودیت‌های آن‌ها خواهد بود تا واقعیت استفاده از فناوری آنالوگ یا دیجیتال.

در عین حال، ما فرض می کنیم که صدا را به یک فرم دیجیتال، یعنی. به صراحت اتمیزه شدن، تأثیر قابل توجهی بر فرآیند ضبط و پردازش ندارد، به خصوص که این نمونه ها در فرکانسی رخ می دهند که - حداقل از نظر تئوری - بسیار فراتر از حد بالایی فرکانس هایی است که می توانیم بشنویم، و بنابراین این دانه بندی خاص صدا است. تبدیل به فرم دیجیتال، برای ما نامرئی. اما از نظر تسلط بر متریال صدا بسیار مهم است و در ادامه در مورد آن صحبت خواهیم کرد.

حالا بیایید بفهمیم که چگونه سیگنال آنالوگ به شکل دیجیتال تبدیل می شود، یعنی صفر-یک، یعنی. یکی که در آن ولتاژ می تواند تنها دو سطح داشته باشد: سطح یک دیجیتال، که به معنای ولتاژ است، و سطح صفر دیجیتال، یعنی. این تنش عملاً وجود ندارد. همه چیز در دنیای دیجیتال یا یک یا صفر است، هیچ ارزش میانی وجود ندارد. البته منطق فازی نیز وجود دارد که در آن هنوز حالت های میانی بین حالت های "روشن" یا "خاموش" وجود دارد، اما برای سیستم های صوتی دیجیتال قابل اجرا نیست.

3. ارتعاشات ذرات هوا ناشی از یک منبع صوتی ساختار بسیار سبک غشاء را به حرکت در می آورد.

تحولات قسمت اول

هر سیگنال صوتی، اعم از آواز، گیتار آکوستیک یا درام، به صورت دیجیتال به کامپیوتر ارسال می شود. ابتدا باید به یک سیگنال الکتریکی متناوب تبدیل شود. این کار معمولاً با میکروفون هایی انجام می شود که در آن ارتعاشات ذرات هوا ناشی از منبع صدا ساختار دیافراگمی بسیار سبکی را به حرکت در می آورد (3). این ممکن است دیافراگم موجود در یک کپسول کندانسور، یک نوار فویل فلزی در یک میکروفون نواری، یا یک دیافراگم با یک سیم پیچ متصل به آن در یک میکروفون پویا باشد.

در هر یک از این موارد یک سیگنال الکتریکی بسیار ضعیف و نوسانی در خروجی میکروفون ظاهر می شودکه کم و بیش، نسبت فرکانس و سطح مربوط به همان پارامترهای ذرات نوسان هوا را حفظ می کند. بنابراین، این نوعی آنالوگ الکتریکی آن است که می تواند در دستگاه هایی که سیگنال الکتریکی متناوب را پردازش می کنند، بیشتر پردازش شود.

در ابتدا سیگنال میکروفون باید تقویت شودزیرا ضعیف تر از آن است که به هیچ وجه مورد استفاده قرار گیرد. ولتاژ خروجی یک میکروفون معمولی به ترتیب هزارم ولت است که بر حسب میلی ولت و اغلب بر حسب میکروولت یا میلیونیم ولت بیان می شود. برای مقایسه، بیایید اضافه کنیم که یک باتری انگشتی معمولی ولتاژ 1,5 ولت تولید می کند و این یک ولتاژ ثابت است که تحت مدولاسیون نیست، به این معنی که هیچ اطلاعات صوتی را منتقل نمی کند.

با این حال، ولتاژ DC در هر سیستم الکترونیکی مورد نیاز است تا منبع انرژی باشد، که سپس سیگنال AC را تعدیل می کند. هر چه این انرژی پاک‌تر و کارآمدتر باشد، کمتر در معرض بارها و اختلالات فعلی قرار می‌گیرد، سیگنال AC پردازش شده توسط قطعات الکترونیکی پاک‌تر خواهد بود. به همین دلیل منبع تغذیه، یعنی منبع تغذیه، در هر سیستم صوتی آنالوگ بسیار مهم است.

4. تقویت کننده میکروفون که به عنوان پیش تقویت کننده یا پیش تقویت کننده نیز شناخته می شود

تقویت کننده های میکروفون که به عنوان پیش تقویت کننده یا پیش تقویت کننده نیز شناخته می شوند، برای تقویت سیگنال از میکروفون ها طراحی شده اند (4). وظیفه آنها تقویت سیگنال است، اغلب حتی با چند ده دسی بل، که به معنای افزایش سطح آنها صدها یا بیشتر است. بنابراین، در خروجی پیش تقویت کننده، یک ولتاژ متناوب به طور مستقیم متناسب با ولتاژ ورودی دریافت می کنیم، اما از آن صدها برابر بیشتر می شود، یعنی. در سطحی از کسر تا واحد ولت. این سطح سیگنال تعیین می شود سطح خط و این سطح عملکرد استاندارد در دستگاه های صوتی است.

تحول بخش دوم

یک سیگنال آنالوگ در این سطح می تواند قبلا ارسال شود فرآیند دیجیتالی شدن. این کار با استفاده از ابزارهایی به نام مبدل یا مبدل آنالوگ به دیجیتال (5) انجام می شود. فرآیند تبدیل در حالت PCM کلاسیک، به عنوان مثال. مدولاسیون عرض پالس، که در حال حاضر محبوب ترین حالت پردازش است، با دو پارامتر تعریف می شود: نرخ نمونه برداری و عمق بیت. همانطور که به درستی گمان می‌کنید، هرچه این پارامترها بالاتر باشند، تبدیل بهتر و سیگنال دقیق‌تر به رایانه به شکل دیجیتال داده می‌شود.

5. مبدل یا مبدل آنالوگ به دیجیتال.

قانون کلی برای این نوع تبدیل نمونه گیرییعنی نمونه برداری از مواد آنالوگ و ایجاد نمایش دیجیتالی از آن. در اینجا مقدار لحظه ای ولتاژ در سیگنال آنالوگ تفسیر شده و سطح آن به صورت دیجیتالی در سیستم باینری نمایش داده می شود (6).

اما در اینجا لازم است به طور خلاصه اصول ریاضیات را یادآوری کنیم که طبق آنها هر مقدار عددی را می توان در هر سیستم عددی. در طول تاریخ بشر، سیستم های اعداد مختلفی مورد استفاده قرار گرفته و هنوز هم هستند. به عنوان مثال، مفاهیمی مانند یک دوجین (12 قطعه) یا یک پنی (12 دوجین، 144 قطعه) بر اساس سیستم اثنی عشر است.

6. مقادیر ولتاژ در سیگنال آنالوگ و نمایش سطح آن به صورت دیجیتال در یک سیستم باینری

برای زمان، ما از سیستم‌های مختلط استفاده می‌کنیم - سکسسیمال برای ثانیه‌ها، دقیقه‌ها و ساعت‌ها، مشتق اثنی عشر برای روزها و روزها، سیستم هفتم برای روزهای هفته، سیستم چهارگانه (همچنین مربوط به سیستم اثنی عشر و جنسی) برای هفته‌ها در ماه، سیستم اثنی عشر. برای نشان دادن ماه های سال، و سپس به سیستم اعشاری می رویم، جایی که دهه ها، قرن ها و هزاره ها ظاهر می شوند. من فکر می کنم که مثال استفاده از سیستم های مختلف برای بیان گذر زمان به خوبی ماهیت سیستم های اعداد را نشان می دهد و به شما امکان می دهد مسائل مربوط به تبدیل را به طور مؤثرتری پیمایش کنید.

در مورد تبدیل آنالوگ به دیجیتال، ما رایج ترین خواهیم بود تبدیل مقادیر اعشاری به مقادیر باینری. اعشاری است زیرا اندازه گیری برای هر نمونه معمولاً در میکروولت، میلی ولت و ولت بیان می شود. سپس این مقدار در سیستم باینری بیان می شود، یعنی. با استفاده از دو بیتی که در آن کار می کنند - 0 و 1، که دو حالت را نشان می دهند: بدون ولتاژ یا وجود آن، خاموش یا روشن، جریان یا نه، و غیره. به‌اصطلاح تغییر الگوریتم‌هایی که مثلاً در رابطه با کانکتورها یا دیگر پردازنده‌های دیجیتال با آن سروکار داریم.

شما صفر هستید؛ یا یکی

با این دو رقم صفر و یک می توانید بیان کنید هر مقدار عددیصرف نظر از اندازه آن به عنوان مثال، عدد 10 را در نظر بگیرید. کلید درک تبدیل اعشاری به باینری این است که عدد 1 در باینری، درست مانند اعشاری، به موقعیت آن در رشته اعداد بستگی دارد.

اگر 1 در انتهای رشته باینری است، پس 1، اگر در دوم از انتها - سپس 2، در موقعیت سوم - 4، و در موقعیت چهارم - 8 - همه به صورت اعشاری. در سیستم اعشاری، همان 1 در پایان 10، ماقبل آخر 100، سومین 1000، XNUMX چهارم مثالی برای درک قیاس است.

بنابراین، اگر بخواهیم 10 را به صورت دودویی نشان دهیم، باید 1 و 1 را نشان دهیم، بنابراین همانطور که گفتم، 1010 در رتبه چهارم و XNUMX در دوم خواهد بود که XNUMX است.

اگر نیاز داشتیم ولتاژها را از 1 به 10 ولت بدون مقادیر کسری تبدیل کنیم، یعنی. تنها با استفاده از اعداد صحیح، مبدلی که بتواند دنباله های 4 بیتی را به صورت باینری نمایش دهد کافی است. 4 بیتی زیرا این تبدیل اعداد باینری تا چهار رقم نیاز دارد. در عمل به این صورت خواهد بود:

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

10 1010

صفرهای اول برای اعداد 1 تا 7 فقط رشته را روی چهار بیت کامل قرار دهید تا هر عدد باینری نحو یکسانی داشته باشد و فضای یکسانی را اشغال کند. در شکل گرافیکی، چنین ترجمه ای از اعداد صحیح از سیستم اعشاری به باینری در شکل 7 نشان داده شده است.

7. اعداد صحیح در سیستم اعشاری را به سیستم باینری تبدیل کنید

هر دو شکل موج بالا و پایین مقادیر یکسانی را نشان می دهند، با این تفاوت که اولی قابل درک است، برای مثال، برای دستگاه های آنالوگ، مانند متر سطح ولتاژ خطی، و دوم برای دستگاه های دیجیتال، از جمله رایانه هایی که داده ها را با چنین زبانی پردازش می کنند. این شکل موج پایین شبیه یک موج مربعی پر متغیر است، یعنی. نسبت متفاوت حداکثر مقادیر به حداقل مقادیر در طول زمان. این محتوای متغیر، مقدار باینری سیگنالی را که قرار است تبدیل شود، رمزگذاری می کند، از این رو نام "مدولاسیون کد پالس" - PCM را دارد.

اکنون به تبدیل یک سیگنال آنالوگ واقعی برگردیم. ما قبلاً می دانیم که می توان آن را با خطی توصیف کرد که سطوح به آرامی در حال تغییر است، و چیزی به نام نمایش پرشی از این سطوح وجود ندارد. با این حال، برای نیازهای تبدیل آنالوگ به دیجیتال، ما باید چنین فرآیندی را معرفی کنیم تا بتوانیم هر از گاهی سطح سیگنال آنالوگ را اندازه گیری کنیم و هر نمونه اندازه گیری شده را به صورت دیجیتال نمایش دهیم.

فرض بر این بود که فرکانسی که در آن این اندازه‌گیری‌ها انجام می‌شود باید حداقل دو برابر بالاترین فرکانسی باشد که یک فرد می‌تواند بشنود، و از آنجایی که تقریباً 20 کیلوهرتز است، بنابراین، بیشترین 44,1 کیلوهرتز همچنان یک نرخ نمونه محبوب است. محاسبه نرخ نمونه‌گیری با عملیات ریاضی نسبتاً پیچیده همراه است، که در این مرحله از دانش ما از روش‌های تبدیل، منطقی نیست.

بیشتر بهتره؟

هر چیزی که در بالا ذکر کردم ممکن است نشان دهد که هر چه فرکانس نمونه برداری بالاتر باشد، یعنی. با اندازه گیری سطح سیگنال آنالوگ در فواصل زمانی منظم، کیفیت تبدیل بالاتر می رود، زیرا - حداقل به معنای شهودی - دقیق تر است. آیا واقعا درست است؟ تا یک ماه دیگر از این موضوع مطلع خواهیم شد.