Стаття "ПРОФЕСІЙНА ОБРОБКА ЗВУКУ. ЗВУК І ЗВУКОВА ХВИЛЯ (2)"

ПРОФЕСІЙНА ОБРОБКА ЗВУКУ. ЗВУК І ЗВУКОВА ХВИЛЯ.

Малахова А.В.

Малахова Ангеліна Валеріївна/Anhelina Malakhova- студентка IV курсу, Мелітопольського Державного Педагогічного Університету імені Б. Хмельницького

Звук як такий має аналогову природу. Він поширюється в повітрі і при цьому неминуче спотворюється. На спотворення звуку впливають найрізноманітніші умови: відстань від джерела, швидкість руху щодо нього, особливості відображення від навколишніх предметів і т.д. Людське вухо сприймає звукові коливання в діапазоні від 20 Hz до 20 000 Hz. Однак далеко не кожен може похвалитися такими видатними слуховими можливостями. Основна маса дорослих чує частоти до 16 000-18 000 Hz. Варто уточнити, що навіть частоти вище 6 000-8 000 Hz зазвичай є тільки додатковими гармоніками і призвуками. З іншого боку, якість запису в чому визначається саме правильним відтворенням гармонік і інших високочастотних елементів. При аналогового запису звукова хвиля, потрапляючи в мікрофон, перетворюється на електричне коливання, яке потім подається або на механічний різець, якщо мова ідеї про вініловій платівці, або на магнітну головку, якщо запис проводиться на магнітну стрічку.

Щоб відтворити звук, слід протягнути намагнічену стрічку уздовж магнітної головки, причому швидкість цього процесу повинна бути рівною швидкості запису. У випадку ж з вінілом для відтворення буде потрібно прогнати голку по канавці, в якій записана інформація. Механічні коливання будуть перетворені в електричні, які передадуться в підсилювач, а з підсилювача відповідно в гучномовці. При уважному ознайомленні з вищевикладеним матеріалом цілком очевидно недосконалість аналогового запису.

• Записуючи на магнітну стрічку, слід потурбуватися про якість магнітної головки і врахувати її калібрування щодо стрічки.
• Неточності механізму протягування стрічки породжують мінливість її швидкості.
•  Не можна не згадати про здатність стрічки розтягуватися, про зміни її характеристик на всьому протязі, про випадкових сторонніх частинках на ній і т.д.
•  У випадку з вінілової платівкою мають місце детонація, потрапляння пилу в канавки і всілякі механічні пошкодження. Крім того, канавка, так чи інакше, деформується після кожного програвання.
•  Ну і, нарешті, варто згадати, що практично неможливо зробити копію вінілової платівки або магнітного запису без втрати якості. Та й всі аналогові носії з часом старіють і втрачають в якості звучання, навіть якщо їх не використовувати занадто часто.

Подання звуку в цифровому вигляді. Вихідна форма звукового сигналу - безперервне зміна амплітуди в часі - представляється в цифровій формі за допомогою «перехресної дискретизації» - за часом і за рівнем. Строго кажучи, будь-який аналоговий сигнал в кінцевому рахунку теж дискретний як за часом, так і за величиною - наприклад, звуковий сигнал є результатом взаємодії кінцевого числа атомів або молекул газів і твердих тіл, електричний сигнал - результатом переміщення кінцевого числа елементарних зарядів (електронів) і т.п. Тому, кажучи про дискретизації аналогового сигналу, мають на увазі значно більшу ступінь дискретності, яка піддається виміру приладами середньої точності. Згідно з теоремою Котельникова, будь-який безперервний процес з обмеженим спектром може бути повністю описаний дискретної послідовністю його миттєвих значень, що слідують з частотою, як мінімум удвічі перевищує частоту найвищої гармоніки процесу; частота Fd вибірки миттєвих значень (відліків) називається частотою дискретизації. З теореми випливає, що сигнал з частотою Fa може бути успішно дискретизирован за часом на частоті 2Fa тільки в тому випадку, якщо він є чистою синусоїдою, бо будь-яке відхилення від синусоїдальної форми приводить до виходу спектра за межі частоти Fa. Таким чином, для тимчасової дискретизації довільного звукового сигналу (зазвичай має, як відомо, плавно спадаючий спектр), необхідний або вибір частоти дискретизації з запасом, або примусове обмеження спектра вхідного сигналу нижче половини частоти дискретизації.

Одночасно з тимчасової дискретизацією виконується амплітудна - вимірювання миттєвих значень амплітуди та їх представлення у вигляді числових величин з певною точністю (квантування). Точність вимірювання (двійкова розрядність N одержуваного дискретного значення) визначає рівень шуму, що вноситься квантуванням, і динамічний діапазон цифрового сигналу (теоретично, для цифрового сигналу в чистому вигляді, це взаємно-зворотні величини, однак будь-який реальний тракт має також і власний рівень шумів і перешкод ). Отриманий потік чисел (серій двійкових цифр), що описує звуковий сигнал, називають сигнал PCM або ІКМ (Pulse Code Modulation, PCM), так як кожен імпульс дискретизованного за часом сигналу представляється власним цифровим кодом. Найчастіше застосовують лінійне квантування, коли числове значення відліку пропорційно амплітуді сигналу. Через логарифмічною природи слуху більш доцільним було б логарифмічні квантування, коли числове значення пропорційно величині сигналу в децибелах, однак це пов'язано з труднощами технічного характеру.

Тимчасова дискретизація і амплітудне квантування сигналу неминуче вносять в сигнал шумові спотворення, рівень яких прийнято оцінювати за формулою 6N + 10lg (Fдіскр / 2Fмакс) + C (дБ), де константа C варіюється для різних типів сигналів: для чистої синусоїди це 1.7 дБ, для звукових сигналів - від -15 до 2 дБ. Звідси видно, що до зниження шумів в робочій смузі частот 0..Fмакс призводить не тільки збільшення розрядності відліку, але і підвищення частоти дискретизації щодо 2Fмакс, оскільки шуми квантування «розмазуються» по всій смузі аж до частоти дискретизації, а звукова інформація займає тільки нижню частина цієї смуги. У більшості сучасних цифрових звукових систем використовуються стандартні частоти дискретизації 44.1 і 48 кГц, однак частотний діапазон сигналу зазвичай обмежується біля 20 кГц для залишення запасу по відношенню до теоретичної межі. Також найбільш поширене 16-розрядне квантування за рівнем, що дає граничне співвідношення сигнал / шум близько 98 дБ. У студійній апаратурі використовуються вищі дозволу - 18-, 20- і 24-розрядний квантування при частотах дискретизації 56, 96 і 192 кГц. Це робиться для того, щоб зберегти вищі гармоніки звукового сигналу, які безпосередньо не сприймаються слухом, але впливають на формування загальної звуковий картини.