Sáng tạo âm nhạc. làm chủ - phần 2

Tôi đã viết về một thực tế là làm chủ trong quá trình sản xuất âm nhạc là bước cuối cùng trên con đường từ ý tưởng âm nhạc đến việc chuyển tải nó đến người nhận trong số trước. Chúng tôi cũng đã xem xét kỹ lưỡng âm thanh được ghi kỹ thuật số, nhưng tôi vẫn chưa thảo luận về cách âm thanh này, được chuyển đổi thành bộ chuyển đổi điện áp AC, được chuyển đổi sang dạng nhị phân.

1. Mọi âm thanh phức tạp, thậm chí mức độ phức tạp rất cao, thực tế bao gồm nhiều âm thanh hình sin đơn giản.

Tôi đã kết thúc bài viết trước với câu hỏi, làm thế nào mà trong một làn sóng nhấp nhô như vậy (1) tất cả nội dung âm nhạc đều được mã hóa, ngay cả khi chúng ta đang nói về nhiều nhạc cụ chơi các bộ phận đa âm? Đây là câu trả lời: điều này là do thực tế là bất kỳ âm thanh phức tạp nào, thậm chí rất phức tạp, thực sự nó bao gồm nhiều âm thanh hình sin đơn giản.

Bản chất hình sin của các dạng sóng đơn giản này thay đổi theo cả thời gian và biên độ, các dạng sóng này chồng chéo, cộng, trừ, điều biến lẫn nhau và do đó đầu tiên tạo ra âm thanh nhạc cụ riêng lẻ và sau đó hoàn thành các bản trộn và ghi âm.

Những gì chúng ta thấy trong hình 2 là một số nguyên tử, phân tử tạo nên vật chất âm thanh của chúng ta, nhưng trong trường hợp tín hiệu tương tự thì không có nguyên tử nào như vậy - có một đường thẳng, không có dấu chấm đánh dấu các lần đọc tiếp theo (có thể thấy sự khác biệt trong hình dưới dạng các bước, được xấp xỉ bằng đồ thị để có được hiệu ứng hình ảnh tương ứng).

Tuy nhiên, vì việc phát lại nhạc đã ghi từ các nguồn tương tự hoặc kỹ thuật số phải được thực hiện bằng bộ chuyển đổi điện từ cơ học như bộ chuyển đổi loa hoặc tai nghe, nên sự khác biệt giữa âm thanh analog thuần túy và âm thanh được xử lý kỹ thuật số là rất lớn trong hầu hết các trường hợp. Ở giai đoạn cuối cùng, tức là khi nghe, âm nhạc truyền đến chúng ta theo cách giống như dao động của các phần tử không khí do chuyển động của màng ngăn trong bộ chuyển đổi.

2. Các phân tử tạo nên âm thanh của chúng ta

chữ số tương tự

Có bất kỳ sự khác biệt nào về âm thanh giữa âm thanh analog thuần túy (tức là âm thanh analog được ghi trên máy ghi băng analog, được trộn trên bảng điều khiển analog, nén trên đĩa analog, phát lại trên đầu phát analog và bộ khuếch đại analog được khuếch đại) và âm thanh kỹ thuật số - được chuyển đổi từ tương tự sang kỹ thuật số, được xử lý và trộn kỹ thuật số và sau đó được xử lý trở lại dạng tương tự, đó là ngay trước bộ khuếch đại hay thực tế là trong chính loa?

Trong phần lớn các trường hợp, đúng hơn là không, mặc dù nếu chúng tôi ghi lại cùng một chất liệu âm nhạc theo cả hai cách và sau đó phát lại, sự khác biệt chắc chắn sẽ có thể nghe thấy được. Tuy nhiên, điều này thay vì do bản chất của các công cụ được sử dụng trong các quy trình này, đặc điểm, tính chất và thường là những hạn chế của chúng, hơn là do thực tế sử dụng công nghệ tương tự hoặc kỹ thuật số.

Đồng thời, chúng tôi cho rằng việc đưa âm thanh sang dạng kỹ thuật số, tức là. để nguyên tử hóa rõ ràng, không ảnh hưởng đáng kể đến quá trình ghi và xử lý, đặc biệt là khi các mẫu này xảy ra ở tần số - ít nhất là về mặt lý thuyết - vượt xa giới hạn trên của các tần số chúng ta nghe thấy, và do đó, độ hạt cụ thể này của âm thanh được chuyển đổi sang dạng kỹ thuật số, là vô hình đối với chúng tôi. Tuy nhiên, từ quan điểm làm chủ chất liệu âm thanh, nó rất quan trọng và chúng ta sẽ nói về nó sau.

Bây giờ chúng ta hãy tìm hiểu cách tín hiệu tương tự được chuyển đổi sang dạng kỹ thuật số, cụ thể là số không một, tức là một trong đó điện áp chỉ có thể có hai mức: mức kỹ thuật số một, có nghĩa là điện áp và mức kỹ thuật số không, tức là sự căng thẳng này thực tế là không tồn tại. Mọi thứ trong thế giới kỹ thuật số đều là một hoặc không, không có giá trị trung gian. Tất nhiên, cũng có cái gọi là logic mờ, nơi vẫn có các trạng thái trung gian giữa trạng thái “bật” hoặc “tắt”, nhưng nó không áp dụng được cho các hệ thống âm thanh kỹ thuật số.

3. Rung động của các phần tử không khí gây ra bởi một nguồn âm thanh chuyển động có cấu trúc rất nhẹ của màng.

Biến đổi Phần một

Bất kỳ tín hiệu âm thanh nào, cho dù đó là giọng hát, guitar acoustic hay trống, đều được gửi đến máy tính ở dạng kỹ thuật số, trước tiên nó phải được chuyển đổi thành tín hiệu điện xoay chiều. Điều này thường được thực hiện với micrô trong đó rung động của các phần tử không khí do nguồn âm thanh tạo ra sẽ tạo ra cấu trúc màng ngăn rất nhẹ (3). Đây có thể là màng ngăn được bao gồm trong một viên nang tụ điện, một dải lá kim loại trong một micrô ruy-băng hoặc một màng ngăn với một cuộn dây được gắn vào nó trong một micrô động.

Trong mỗi trường hợp này tín hiệu điện dao động rất yếu xuất hiện ở đầu ra của micrôtrong đó, ở mức độ lớn hơn hoặc nhỏ hơn, bảo toàn tỷ lệ của tần số và mức tương ứng với các thông số giống nhau của các hạt không khí dao động. Do đó, đây là một dạng tương tự điện của nó, có thể được xử lý thêm trong các thiết bị xử lý tín hiệu điện xoay chiều.

Lúc đầu tín hiệu micrô phải được khuếch đạibởi vì nó quá yếu để được sử dụng theo bất kỳ cách nào. Điện áp đầu ra micrô điển hình theo thứ tự phần nghìn của vôn, được biểu thị bằng milivôn và thường tính bằng vi mô hoặc phần triệu vôn. Để so sánh, hãy nói thêm rằng pin loại ngón tay thông thường tạo ra điện áp 1,5 V và đây là điện áp không đổi không bị điều biến, có nghĩa là nó không truyền bất kỳ thông tin âm thanh nào.

Tuy nhiên, điện áp DC là cần thiết trong bất kỳ hệ thống điện tử nào để làm nguồn năng lượng, sau đó sẽ điều chế tín hiệu AC. Năng lượng này càng sạch và càng hiệu quả thì càng ít phải chịu tải và nhiễu dòng điện, tín hiệu AC do các bộ phận điện tử xử lý sẽ càng sạch. Đó là lý do tại sao bộ nguồn, cụ thể là bộ nguồn, rất quan trọng trong bất kỳ hệ thống âm thanh analog nào.

4. Bộ khuếch đại micrô, còn được gọi là bộ tiền khuếch đại hoặc bộ tiền khuếch đại

Bộ khuếch đại micrô, còn được gọi là bộ tiền khuếch đại hoặc bộ tiền khuếch đại, được thiết kế để khuếch đại tín hiệu từ micrô (4). Nhiệm vụ của chúng là khuếch đại tín hiệu, thường thậm chí bằng vài chục decibel, nghĩa là tăng mức của chúng lên hàng trăm hoặc hơn. Do đó, ở đầu ra của bộ tiền khuếch đại, chúng ta nhận được một điện áp xoay chiều tỷ lệ thuận với điện áp đầu vào, nhưng vượt quá nó hàng trăm lần, tức là ở mức từ phân số đến đơn vị vôn. Mức tín hiệu này được xác định mức dòng và đây là mức hoạt động tiêu chuẩn trong các thiết bị âm thanh.

Chuyển đổi phần hai

Một tín hiệu tương tự của mức này đã có thể được thông qua quá trình số hóa. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng các công cụ được gọi là bộ chuyển đổi hoặc đầu dò tương tự-kỹ thuật số (5). Quá trình chuyển đổi trong chế độ PCM cổ điển, tức là Điều chế độ rộng xung, hiện là chế độ xử lý phổ biến nhất, được xác định bởi hai tham số: tốc độ lấy mẫu và độ sâu bit. Như bạn nghi ngờ đúng, các thông số này càng cao, chuyển đổi càng tốt và tín hiệu sẽ được đưa vào máy tính ở dạng kỹ thuật số càng chính xác.

5. Bộ chuyển đổi hoặc bộ chuyển đổi tương tự-kỹ thuật số.

Quy tắc chung cho loại chuyển đổi này lấy mẫu, nghĩa là, lấy mẫu vật liệu tương tự và tạo ra một biểu diễn kỹ thuật số của nó. Ở đây, giá trị tức thời của điện áp trong tín hiệu tương tự được giải thích và mức của nó được biểu diễn bằng kỹ thuật số trong hệ nhị phân (6).

Tuy nhiên, ở đây, cần phải nhắc lại một cách ngắn gọn những điều cơ bản của toán học, theo đó bất kỳ giá trị số nào cũng có thể được biểu diễn bằng bất kỳ hệ thống số nào. Trong suốt lịch sử của loài người, nhiều hệ thống số khác nhau đã và đang được sử dụng. Ví dụ, các khái niệm như một chục (12 miếng) hoặc một xu (12 chục, 144 miếng) dựa trên hệ thập phân.

6. Giá trị điện áp trong tín hiệu tương tự và biểu diễn mức của nó ở dạng kỹ thuật số trong hệ thống nhị phân

Đối với thời gian, chúng tôi sử dụng các hệ thống hỗn hợp - hệ lục thập phân cho giây, phút và giờ, đạo hàm thập phân cho ngày và ngày, hệ thống thứ bảy cho các ngày trong tuần, hệ thống bốn (cũng liên quan đến hệ thống thập phân và thập phân) cho các tuần trong một tháng, hệ thống thập phân để biểu thị các tháng trong năm, sau đó chúng ta chuyển sang hệ thập phân, nơi xuất hiện các thập kỷ, thế kỷ và thiên niên kỷ. Tôi nghĩ rằng ví dụ về việc sử dụng các hệ thống khác nhau để thể hiện thời gian trôi qua thể hiện rất rõ bản chất của hệ thống số và sẽ cho phép bạn điều hướng hiệu quả hơn các vấn đề liên quan đến chuyển đổi.

Trong trường hợp chuyển đổi từ tương tự sang kỹ thuật số, chúng tôi sẽ phổ biến nhất chuyển đổi giá trị thập phân sang giá trị nhị phân. Số thập phân vì phép đo cho từng mẫu thường được biểu thị bằng microvôn, milivôn và vôn. Sau đó, giá trị này sẽ được thể hiện trong hệ thống nhị phân, tức là sử dụng hai bit hoạt động trong nó - 0 và 1, biểu thị hai trạng thái: không có điện áp hoặc sự hiện diện của nó, tắt hoặc bật, có dòng điện hay không, v.v. ví dụ, cái gọi là thay đổi thuật toán mà chúng ta đang xử lý liên quan đến các trình kết nối hoặc các bộ xử lý kỹ thuật số khác.

Bạn là số không; hoặc một

Với hai chữ số, số không và số đơn vị, bạn có thể biểu thị mọi giá trị sốbất kể kích thước của nó. Ví dụ, hãy xem xét số 10. Chìa khóa để hiểu chuyển đổi từ thập phân sang nhị phân là số 1 trong hệ nhị phân, giống như trong hệ thập phân, phụ thuộc vào vị trí của nó trong chuỗi số.

Nếu 1 ở cuối chuỗi nhị phân, thì 1, nếu ở vị trí thứ hai từ cuối - thì 2, ở vị trí thứ ba - 4 và ở vị trí thứ tư - 8 - tất cả đều ở dạng thập phân. Trong hệ thập phân, 1 ở cuối giống nhau là 10, 100 áp chót, 1000 thứ ba, XNUMX thứ tư là một ví dụ để hiểu phép loại suy.

Vì vậy, nếu chúng ta muốn biểu diễn số 10 ở dạng nhị phân, chúng ta sẽ cần biểu diễn số 1 và số 1, vì vậy như tôi đã nói, nó sẽ là 1010 ở vị trí thứ tư và XNUMX ở vị trí thứ hai, là XNUMX.

Nếu chúng ta cần chuyển đổi điện áp từ 1 đến 10 vôn mà không có giá trị phân số, tức là chỉ sử dụng số nguyên, một bộ chuyển đổi có thể biểu diễn chuỗi 4 bit ở dạng nhị phân là đủ. 4-bit vì chuyển đổi số nhị phân này sẽ yêu cầu tối đa bốn chữ số. Trong thực tế, nó sẽ trông như thế này:

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

10 1010

Những số 1 ở đầu cho các số từ 7 đến 7 chỉ cần đệm chuỗi thành bốn bit đầy đủ để mỗi số nhị phân có cùng cú pháp và chiếm cùng một lượng không gian. Ở dạng đồ họa, bản dịch các số nguyên từ hệ thập phân sang hệ nhị phân như vậy được thể hiện trong Hình XNUMX.

7. Chuyển đổi số nguyên trong hệ thập phân sang hệ nhị phân

Cả dạng sóng trên và dưới đều biểu thị cùng một giá trị, ngoại trừ dạng sóng thứ nhất có thể hiểu được, chẳng hạn như đối với các thiết bị tương tự, chẳng hạn như đồng hồ đo mức điện áp tuyến tính và dạng sóng thứ hai dành cho thiết bị kỹ thuật số, bao gồm cả máy tính xử lý dữ liệu trên ngôn ngữ đó. Dạng sóng dưới cùng này trông giống như một sóng vuông có thể thay đổi, tức là tỷ lệ khác nhau của giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất theo thời gian. Nội dung biến này mã hóa giá trị nhị phân của tín hiệu cần chuyển đổi, do đó có tên là "điều chế mã xung" - PCM.

Bây giờ quay lại chuyển đổi một tín hiệu tương tự thực. Chúng ta đã biết rằng nó có thể được mô tả bằng một đường mô tả các cấp độ thay đổi mượt mà và không có cái gọi là biểu diễn nhảy của các cấp độ này. Tuy nhiên, đối với nhu cầu chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số, chúng tôi phải đưa ra một quy trình như vậy để có thể đo mức tín hiệu tương tự theo thời gian và biểu diễn từng mẫu đo đó ở dạng kỹ thuật số.

Người ta cho rằng tần số mà các phép đo này sẽ được thực hiện ít nhất phải gấp đôi tần số cao nhất mà một người có thể nghe thấy, và vì nó là khoảng 20 kHz, do đó, tần số lớn nhất 44,1kHz vẫn là một tỷ lệ mẫu phổ biến. Việc tính toán tỷ lệ lấy mẫu được kết hợp với các phép toán khá phức tạp, mà ở giai đoạn này chúng ta chưa biết về các phương pháp chuyển đổi.

Nhiều hơn là nó tốt hơn?

Mọi thứ mà tôi đã đề cập ở trên có thể chỉ ra rằng tần số lấy mẫu càng cao, tức là đo mức tín hiệu tương tự trong khoảng thời gian đều đặn, chất lượng chuyển đổi càng cao, vì nó - ít nhất là theo nghĩa trực quan - chính xác hơn. Nó có thực sự là sự thật? Chúng tôi sẽ biết về điều này trong một tháng.