Musikkreation. Meistern - Teil 2

Darüber, dass das Mastering im Prozess der Musikproduktion der letzte Schritt auf dem Weg von der Idee einer Musik bis zu ihrer Übergabe an den Empfänger ist, habe ich in der vorherigen Ausgabe geschrieben. Wir haben uns auch mit digital aufgezeichnetem Audio beschäftigt, aber ich habe noch nicht besprochen, wie dieses Audio, umgewandelt in Wechselspannungswandler, in binäre Form umgewandelt wird.

1. Jeder komplexe Klang, selbst ein sehr hoher Komplexitätsgrad, besteht tatsächlich aus vielen einfachen Sinustönen.

Ich habe den vorherigen Artikel mit der Frage beendet: Wie ist es möglich, dass in einer solchen wellenförmigen Welle (1) der gesamte musikalische Inhalt kodiert ist, auch wenn es sich um viele Instrumente handelt, die polyphone Parts spielen? Hier ist die Antwort: Dies liegt daran, dass jeder komplexe Klang, selbst ein sehr komplexer, wirklich ist es besteht aus vielen einfachen sinusförmigen Klängen.

Die sinusförmige Natur dieser einfachen Wellenformen ändert sich sowohl mit der Zeit als auch mit der Amplitude. Diese Wellenformen überlappen sich, addieren, subtrahieren und modulieren sich gegenseitig, und so entstehen zunächst einzelne Instrumentenklänge und dann komplette Mischungen und Aufnahmen.

Was wir in Abbildung 2 sehen, sind bestimmte Atome, Moleküle, aus denen unsere Tonmaterie besteht, aber im Fall eines analogen Signals gibt es keine solchen Atome - es gibt eine gerade Linie ohne Punkte, die nachfolgende Messwerte markieren (der Unterschied ist in zu sehen die Abbildung in Schritten, die grafisch angenähert werden, um den entsprechenden visuellen Effekt zu erzielen).

Da die Wiedergabe aufgenommener Musik von analogen oder digitalen Quellen jedoch über einen mechanischen elektromagnetischen Wandler wie einen Lautsprecher oder einen Wandler in Kopfhörern erfolgen muss, ist der Unterschied zwischen reinem analogem Audio und digital verarbeitetem Audio in den meisten Fällen überwältigend. Im Endstadium, d.h. Beim Hören erreicht uns die Musik auf dem gleichen Weg wie die Schwingungen von Luftpartikeln, die durch die Bewegung der Membran im Wandler entstehen.

2. Moleküle, aus denen unsere Klangmaterie besteht

analoge Ziffer

Gibt es hörbare Unterschiede zwischen reinem analogem Audio (d. h. analog aufgenommen auf einem analogen Tonbandgerät, gemischt auf einer analogen Konsole, komprimiert auf einer analogen Disc, wiedergegeben auf einem analogen Player und verstärktem analogem Verstärker) und digitalem Audio – konvertiert von analog zu digital, digital verarbeitet und gemischt und dann wieder analog verarbeitet, ist das direkt vor dem Verstärker oder praktisch in den Lautsprechern selbst?

In den allermeisten Fällen eher nicht, wenngleich wir, wenn wir das gleiche Musikmaterial auf beide Arten aufnehmen und dann abspielen würden, die Unterschiede durchaus hörbar wären. Dies ist jedoch eher auf die Art der in diesen Prozessen verwendeten Werkzeuge, ihre Eigenschaften, Eigenschaften und häufig auch Einschränkungen zurückzuführen als auf die Tatsache, dass analoge oder digitale Technologie zum Einsatz kommt.

Gleichzeitig gehen wir davon aus, den Ton in eine digitale Form zu bringen, d.h. explizit zu atomisieren, beeinflusst den Aufnahme- und Verarbeitungsprozess selbst nicht wesentlich, zumal diese Samples mit einer Frequenz auftreten, die - zumindest theoretisch - weit jenseits der oberen Grenzen der von uns hörbaren Frequenzen liegt, und daher diese spezifische Körnigkeit des Klangs umgewandelt wird in digitale Form, unsichtbar für uns. Aus Sicht der Beherrschung des Tonmaterials ist es jedoch sehr wichtig, und wir werden später darüber sprechen.

Lassen Sie uns nun herausfinden, wie das analoge Signal in eine digitale Form umgewandelt wird, nämlich Null-Eins, d. h. eine, bei der die Spannung nur zwei Pegel haben kann: den digitalen Eins-Pegel, der Spannung bedeutet, und den digitalen Null-Pegel, d. h. Diese Spannung ist praktisch nicht vorhanden. Alles in der digitalen Welt ist entweder eins oder null, es gibt keine Zwischenwerte. Natürlich gibt es auch die sogenannte Fuzzy-Logik, bei der es zwischen den „An“- oder „Aus“-Zuständen noch Zwischenzustände gibt, diese ist jedoch nicht auf digitale Audiosysteme anwendbar.

3. Vibrationen von Luftpartikeln, die durch eine Schallquelle verursacht werden, setzen eine sehr leichte Struktur der Membran in Bewegung.

Transformationen Teil Eins

Jedes akustische Signal, sei es Gesang, Akustikgitarre oder Schlagzeug, wird in digitaler Form an den Computer gesendet, Es muss zunächst in ein elektrisches Wechselsignal umgewandelt werden. Dies geschieht üblicherweise bei Mikrofonen, bei denen durch die Schallquelle verursachte Vibrationen von Luftpartikeln eine sehr leichte Membranstruktur antreiben (3). Dabei kann es sich um die Membran einer Kondensatorkapsel, um ein Metallfolienband bei einem Bändchenmikrofon oder um eine Membran mit daran befestigter Spule bei einem dynamischen Mikrofon handeln.

In jedem dieser Fälle Am Ausgang des Mikrofons erscheint ein sehr schwaches, oszillierendes elektrisches SignalDadurch bleiben die Frequenz- und Pegelverhältnisse, die den gleichen Parametern oszillierender Luftpartikel entsprechen, mehr oder weniger erhalten. Es handelt sich also um eine Art elektrisches Analogon davon, das in Geräten weiterverarbeitet werden kann, die ein elektrisches Wechselsignal verarbeiten.

Von Anfang an Das Mikrofonsignal muss verstärkt werdenweil es zu schwach ist, um in irgendeiner Weise verwendet zu werden. Eine typische Mikrofonausgangsspannung liegt in der Größenordnung von Tausendstel Volt, die in Millivolt ausgedrückt wird, und oft in Mikrovolt oder Millionstel Volt. Nehmen wir zum Vergleich an, dass eine herkömmliche Fingerbatterie eine Spannung von 1,5 V erzeugt, und zwar eine konstante Spannung, die keiner Modulation unterliegt, also keine Toninformationen überträgt.

Allerdings benötigt jedes elektronische System Gleichspannung als Energiequelle, die dann das Wechselstromsignal moduliert. Je sauberer und effizienter diese Energie ist, desto weniger Strombelastungen und Störungen unterliegen sie, desto sauberer wird das Wechselstromsignal von den elektronischen Komponenten verarbeitet. Deshalb ist die Stromversorgung, nämlich das Netzteil, in jedem analogen Audiosystem so wichtig.

4. Mikrofonverstärker, auch Vorverstärker oder Vorverstärker genannt

Mikrofonverstärker, auch Vorverstärker oder Vorverstärker genannt, dienen der Verstärkung des Signals von Mikrofonen (4). Ihre Aufgabe besteht darin, das Signal zu verstärken, oft sogar um mehrere zehn Dezibel, also ihren Pegel um Hunderte oder mehr zu erhöhen. Somit erhalten wir am Ausgang des Vorverstärkers eine Wechselspannung, die direkt proportional zur Eingangsspannung ist, diese jedoch hunderte Male überschreitet, d.h. auf einer Ebene von Bruchteilen bis hin zu Volteinheiten. Dieser Signalpegel wird ermittelt Leitungsebene und das ist der Standard-Betriebspegel bei Audiogeräten.

Transformation Teil zwei

Ein analoges Signal dieses Pegels kann bereits weitergegeben werden Digitalisierungsprozess. Dies geschieht mithilfe von Werkzeugen, die als Analog-Digital-Wandler oder Wandler bezeichnet werden (5). Der Konvertierungsvorgang im klassischen PCM-Modus, d.h. Die Pulsweitenmodulation, der derzeit beliebteste Verarbeitungsmodus, wird durch zwei Parameter definiert: Abtastrate und Bittiefe. Wie Sie richtig vermuten, gilt: Je höher diese Parameter, desto besser ist die Konvertierung und desto genauer wird das Signal dem Computer in digitaler Form zugeführt.

5. Konverter oder Analog-Digital-Wandler.

Allgemeine Regel für diese Art der Konvertierung Probenahme, das heißt, Proben von analogem Material zu nehmen und eine digitale Darstellung davon zu erstellen. Dabei wird der Momentanwert der Spannung im Analogsignal interpretiert und dessen Höhe digital im Binärsystem dargestellt (6).

Hier müssen wir jedoch kurz an die Grundlagen der Mathematik erinnern, nach denen sich jeder Zahlenwert darstellen lässt beliebiges Zahlensystem. Im Laufe der Menschheitsgeschichte wurden und werden verschiedene Zahlensysteme verwendet. Beispielsweise basieren Konzepte wie ein Dutzend (12 Stück) oder ein Penny (12 Dutzend, 144 Stück) auf dem Duodezimalsystem.

6. Spannungswerte in einem analogen Signal und Darstellung seines Pegels in digitaler Form in einem Binärsystem

Für die Zeit verwenden wir gemischte Systeme – Sexagesimal für Sekunden, Minuten und Stunden, Duodezimalableitung für Tage und Tage, siebtes System für Wochentage, Quad-System (auch verwandt mit Duodezimal- und Sexagesimalsystem) für Wochen in einem Monat, Duodezimalsystem um die Monate des Jahres anzugeben, und dann wechseln wir zum Dezimalsystem, wo Jahrzehnte, Jahrhunderte und Jahrtausende erscheinen. Ich denke, dass das Beispiel der Verwendung verschiedener Systeme zur Darstellung des Zeitverlaufs sehr gut die Natur von Zahlensystemen zeigt und es Ihnen ermöglicht, Probleme im Zusammenhang mit der Konvertierung effektiver zu lösen.

Bei der Analog-Digital-Umwandlung werden wir am häufigsten vorkommen Dezimalwerte in Binärwerte umwandeln. Dezimal, weil die Messung für jede Probe normalerweise in Mikrovolt, Millivolt und Volt ausgedrückt wird. Dann wird dieser Wert im Binärsystem ausgedrückt, d.h. Verwenden von zwei darin funktionierenden Bits - 0 und 1, die zwei Zustände bezeichnen: keine Spannung oder ihr Vorhandensein, aus oder an, Strom oder nicht usw. So vermeiden wir Verzerrungen und alle Aktionen werden viel einfacher in der Implementierung durch die Anwendung von die sogenannte Änderung von Algorithmen, mit der wir es beispielsweise in Bezug auf Konnektoren oder andere digitale Prozessoren zu tun haben.

Du bist Null; oder einer

Mit diesen beiden Ziffern, Nullen und Einsen, können Sie ausdrücken jeder numerische Wertunabhängig von seiner Größe. Betrachten Sie als Beispiel die Zahl 10. Der Schlüssel zum Verständnis der Konvertierung von Dezimalzahlen in Binärzahlen liegt darin, dass die Zahl 1 im Binärsystem, wie auch im Dezimalsystem, von ihrer Position auf der Zahlengeraden abhängt.

Wenn 1 am Ende der binären Zeichenfolge steht, dann 1, wenn an der zweiten vom Ende - dann 2, an dritter Stelle - 4 und an vierter Stelle - 8 - alles in Dezimalzahl. Im Dezimalsystem ist die gleiche 1 am Ende 10, die vorletzte 100, die dritte 1000, die vierte XNUMX ist ein Beispiel, um die Analogie zu verstehen.

Wenn wir also 10 in binärer Form darstellen wollen, müssen wir eine 1 und eine 1 darstellen, also wäre es, wie gesagt, 1010 an vierter Stelle und XNUMX an zweiter Stelle, also XNUMX.

Wenn wir Spannungen von 1 bis 10 Volt ohne Bruchwerte umwandeln müssten, d. h. Wenn nur Ganzzahlen verwendet werden, reicht ein Konverter aus, der 4-Bit-Sequenzen binär darstellen kann. 4-Bit, da diese binäre Zahlenumwandlung bis zu vier Ziffern erfordert. In der Praxis wird es so aussehen:

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

10 1010

Diese führenden Nullen für die Zahlen 1 bis 7 füllen die Zeichenfolge lediglich auf die vollen vier Bits auf, sodass jede Binärzahl dieselbe Syntax hat und denselben Platz einnimmt. In grafischer Form ist eine solche Übersetzung von ganzen Zahlen vom Dezimalsystem ins Binärsystem in Abbildung 7 dargestellt.

7. Konvertieren Sie ganze Zahlen im Dezimalsystem in das Binärsystem

Sowohl die obere als auch die untere Wellenform stellen die gleichen Werte dar, außer dass erstere beispielsweise für analoge Geräte wie lineare Spannungspegelmesser verständlich ist und die zweite für digitale Geräte, einschließlich Computer, die Daten in einer solchen Sprache verarbeiten. Diese untere Wellenform sieht aus wie eine Rechteckwelle mit variabler Füllung, d. h. unterschiedliches Verhältnis von Maximalwerten zu Minimalwerten im Laufe der Zeit. Dieser variable Inhalt kodiert den Binärwert des umzuwandelnden Signals, daher der Name „Pulse Code Modulation“ – PCM.

Kommen wir nun zurück zur Konvertierung eines echten analogen Signals. Wir wissen bereits, dass es durch eine Linie beschrieben werden kann, die sich gleichmäßig ändernde Ebenen darstellt, und dass es keine diskontinuierliche Darstellung dieser Ebenen gibt. Für die Anforderungen der Analog-Digital-Umwandlung müssen wir jedoch einen solchen Prozess einführen, um den Pegel des analogen Signals von Zeit zu Zeit messen und jede dieser gemessenen Stichproben in digitaler Form darstellen zu können.

Es wurde davon ausgegangen, dass die Frequenz, mit der diese Messungen durchgeführt würden, mindestens doppelt so hoch sein sollte wie die höchste Frequenz, die ein Mensch hören kann, und da sie etwa 20 kHz beträgt, also die höchste 44,1 kHz bleibt eine beliebte Abtastrate. Die Berechnung der Abtastrate ist mit recht komplexen mathematischen Operationen verbunden, die zum jetzigen Zeitpunkt unseres Wissens über Konvertierungsmethoden keinen Sinn ergeben.

Mehr ist es besser?

Alles, was ich oben erwähnt habe, könnte darauf hindeuten, dass je höher die Abtastfrequenz ist, d. Wenn man den Pegel eines analogen Signals in regelmäßigen Abständen misst, ist die Qualität der Umwandlung höher, weil sie – zumindest im intuitiven Sinne – genauer ist. Das ist tatsächlich so? In einem Monat werden wir davon erfahren.