Некоторых проблемах связанных с ЦАП/АЦП

1.4.3.0 некоторых проблемах, связанных с ЦАП/АЦП

Обычно шум квантования представляют как разность соответствующих значений реального и квантованного по уровню сигналов (Рисунок 1.8, а, б).
Такое представление не совсем верно.
На Рисунок 1.8, а на самом деле цифровой сигнал не показан. Ступенчатая линия — это отображение аналогового сигнала, восстановленного из цифрового с использованием интерполяции нулевого порядка. Если из исходного аналогового сигнала вычесть эту ступенчатую линию, то получится очень странная и некрасивая линия (Рисунок 1.8, б). Некоторые авторы пишут, что это и есть шум квантования. Но, во-первых, кто сказал, что нужно заменять цифровой сигнал непрерывными ступеньками, и почему именно ступеньками, а не наклонными отрезками прямых линий или кривыми? Во-вторых, в действительности мы имеем право сравнивать непрерывные и дискретные сигналы только в моменты, соответствующие дискретным отсчетам. Поэтому и шум квантования следует представлять последовательностью дискретных отсчетов (Рисунок 1.8, в).

VST и VSTi

1.5.3.VST и VSTi

В последнее время чрезвычайно популярными стали аудиоэффекты, обработки и виртуальные инструменты, реализованные программным путем и работающие в режиме реального времени. Они могут представлять собой как самостоятельные приложения, так и плагины, предназначенные для использования из других приложений — приложений-хостов. Вообще плагины — нечто несамостоятельное, некий подключаемый "довесок" к программе или устройству, благодаря чему эта программа или устройство получает новые возможности. Приложение-хост — это та программа, которая позволяет подключать к себе плагины. Взаимодействие хоста с плагином регламентируется интерфейсом прикладных программ (Application Programming Interface — API). В настоящее время наиболее популярными "музыкальными" API на платформе PC можно считать VST и DX.
DX — технология, обеспечивающая взаимодействие приложений-хостов с виртуальными эффектами и инструментами (синтезаторами; сэмплерами; эффектами, управляемыми по MIDI, и др.) посредством интерфейса прикладных программ Microsoft DirectX. После установки DX-плагинов в систему они становятся доступными из любых приложений, позволяющих использовать данную технологию.
В равной степени распространены VST-плагины. VST — Virtual Studio Technology — API фирмы Steinberg. Virtual Studio Technology изначально разрабатывалась для применения в программных продуктах Steinberg (в частности, в Cubase VST). Поэтому нет ничего удивительного в том, что и программа Cubase SX ориентирована на работу с VST-плагинами.
Вообще с поддержкой плагинов различных стандартов в Cubase SX дела обстоят следующим образом:

в полной мере поддерживаются VST-плагины (и эффекты, и инструменты - VST1); DX-плагины поддерживаются с ограничениями: Cubase SX не отличает DX-плагины эффектов от плагинов инструментов DXi, поэтому применение DXi из Cubase SX нам не представляется возможным; не поддерживается автоматизация параметров DX-плагинов. Все плагины фирмы Steinberg поддерживают стандарт VST. Наиболее мощные по возможностям и качеству звучания (поэтому и наиболее популярные) плагины третьих фирм поддерживают оба стандарта: и DX, и VST. Поэтому в дальнейшем мы будем говорить только о применении VST-плагинов.
Инсталляция VST-плагинов, входящих в поставку Cubase SX, осуществляется во время установки самой программы Cubase SX, и вам не нужно прикладывать никаких усилий для того, чтобы эти плагины в дальнейшем были доступны. Если же вы собираетесь инсталлировать дополнительные плагины, то следует понимать, что для Cubase SX важно, чтобы программные модули плагинов находились в определенной папке. По умолчанию это C:/PROGRAM FILES/STEINBERG/CUBASE SX/VSTPLUGINS. В случае необходимости можно указать другую папку, используемую для хранения плагинов, и дать Cubase SX команду обновить информацию о плагинах. Дело в том, что в настройках каждого приложения-хоста имеется путь к папке с VST-плагинами. У разных приложений этот путь по умолчанию разный. И если вы хотите использовать одни и те же VST-плагины из разных приложений, то в настройках каждого из них должна быть указана одна и та же папка.
VST-инструменты (VSTi) — это, по существу, плагины, управляемые по протоколу MIDI. Для того чтобы задействовать в Cubase SX какой-либо виртуальный инструмент, требуется выполнить минимальное количество действий: подключить плагин VSTi к проекту и выбрать на одном из MIDI-треков в качестве выходного порта виртуальный MIDI-порт данного инструмента.
Различным аспектам применения VST-плагинов посвящено несколько разделов данной книги. В частности, методика подключения VSTi описана в разд. 4.1.3, автоматизация VST-плагинов (эффектов и инструментов) описана в разд. 4.7.8, методика получения информации о VST-плагинах изложена в разд. 5.6.1. О применении VST-плагинов в многоканальных проектах вы прочтете в разд. 5.6.2. Применение VSTi рассмотрено в главе 10, а описание VST-плагинов приведено в главе 13.
У каждого VST-инструмента есть свои особенности. Большинство из инструментов уникально: в них используются различные типы синтеза звука, они отличаются архитектурой и методами обработки генерируемого звука. Многие из них обладают собственным, как правило, ни с чем не совместимым набором MIDI-контроллеров. Однако перечень этих контроллеров, банков и патчей может передаваться в приложение-хост. В этом случае вы обращаетесь к требуемому контроллеру уже не по номеру, а по его названию. Выбирать и корректировать тембры удобнее всего в окне самого VST-инструмента. Все настройки VST-инструмента, сделанные в этом окне, сохраняются непосредственно в проекте.
Мультитембральными VST-инструментами можно управлять по нескольким MIDI-каналам с нескольких MIDI-треков. Для того чтобы свести к минимуму задержку между поступлением MIDI-команды VST-инструменту и ее реализацией в звуке, требуется достаточно мощный процессор и звуковая карта с ASIO-драйверами. Однако если вы не собираетесь играть на VST-инструменте с клавиатуры, то эта задержка значения не имеет. На MIDI-треке, управляющем VST-инструментом, вы располагаете партию для данного инструмента, записав ее нотами или с помощью отпечатков клавиш. Можно записать партию с MIDI-клавиатуры на другой трек, озвучиваемый аппаратным синтезатором, а затем перенести на трек, управляющий VST-инструментом. При воспроизведении проекта приложение-хост учтет то, что VST-инструменты откликаются с запозданием, и будет посылать MIDI-команды для них чуть раньше, чем для других MIDI-инструментов. В результате VST-инструменты будут звучать синхронно со всем сонгом.
Что касается субъективного качества звука, генерируемого виртуальными синтезаторами (и VST-инструментами, в частности), то оно зависит исключительно от разработчиков. Существует множество виртуальных синтезаторов с возможностями игрушки. Но попадаются и такие, которые не уступают по качеству звучания своим аппаратным прототипам, а по возможностям и гибкости в управлении оставляют их далеко позади.
Если вы работаете с аппаратным синтезатором, то для "переброски" MIDI-партии этого инструмента на аудиотрек или в WAV-файл требуется делать внутреннее пересведение: нужно воспроизводить MIDI-треки, относящиеся к данному синтезатору, и одновременно записывать звучание синтезатора на аудиотрек. Качество записи при этом зависит от самого синтезатора, соединительных кабелей и качества АЦП звуковой карты. А цифровые выходы имеются далеко не у всех "железных" синтезаторов.
Совсем другое дело — виртуальные инструменты. Вы можете сами определять формат звуковых данных проекта Cubase SX. Соответственно все виртуальные инструменты будут работать в заданном формате. При этом ничто не мешает вам использовать 24 бита для представления звукового сигнала. И никакого шума.
Итак, вы можете использовать VST-инструменты и добиться серьезных результатов, обладая всего лишь компьютером с достаточно мощным процессором и звуковой картой с минимальными возможностями. Стоимость такой домашней студии гораздо меньше, чем студии с несколькими аппаратными синтезаторами и сэмплерами. Единственные два требования к звуковой карте состоят в том, что она должна обеспечивать качественное аналого-цифровое преобразование для записи вокала и живых инструментов и качественное цифро-аналоговое преобразование для мониторинга (вы должны слышать результаты своих действий).

АЧХ и ФЧХ фильтра

Рисунок 1.22. АЧХ и ФЧХ фильтра

АЧХ и ФЧХ фильтра нижних частот верхних частот

Рисунок 1.23. АЧХ и ФЧХ фильтра нижних частот верхних частот

АЧХ и ФЧХ полосового

Рисунок 1.24. АЧХ и ФЧХ полосового

АЧХ и ФЧХ режекторного фильтра фильтра

Рисунок 1.25. АЧХ и ФЧХ режекторного фильтра фильтра

Весьма распространенной ошибкой является пренебрежение учетом влияния на форму сигнала фазо-частотной характеристики фильтра. Фаза важна потому, что сигнал, прошедший через фильтр без изменения амплитуды в полосе пропускания, может быть искажен по форме, если временное запаздывание при прохождении через фильтр не будет постоянным для разных частот. Одинаковое время задержки соответствует линейной зависимости фазы от частоты. Из рисунков видно, что для ФНЧ и ФВЧ зависимость фазы от частоты можно считать линейной лишь в окрестностях частот среза, а для полосового фильтра — в окрестностях резонансной (центральной) частоты. Таким образом, следует ясно представлять себе, что фильтрация широкополосных звуковых колебаний будет обязательно сопровождаться фазовыми искажениями, приводящими к изменению формы фильтруемого сигнала.
Работая со звуковыми редакторами, вы будете часто пользоваться эквалайзерами.
Эквалайзеры представляют собой устройства, объединяющие в себе несколько фильтров, предназначенные для изменения спектральных свойств (тембра) обрабатываемого сигнала. Первоначально эквалайзер (equalizer, EQ), в основном, выполнял функции устройства, компенсирующего неравномерность того или иного участка тракта усиления и преобразования звукового сигнала.
При наличии эквалайзера можно как бы выровнять исходно неровную АЧХ. Известны несколько различных по назначению и по устройству типов эквалайзеров, среди них есть и те, с которыми вы встретитесь, пользуясь Cubase SX:
графический эквалайзер; параметрический эквалайзер; фильтр присутствия. Графический эквалайзер — это набор полосовых фильтров с фиксированными центральными частотами и переменным коэффициентом усиления, которым можно управлять при помощи слайдера. В качестве регуляторов принято использовать именно ползунки, так как положение их ручек представляет собой некое подобие графика АЧХ эквалайзера. Именно поэтому такие эквалайзеры принято называть "графическими" — пользователь как бы рисует ползунками необходимую ему кривую АЧХ.
Итак, графический эквалайзер — это набор полосовых фильтров, которые полностью отделяют друг от друга определенные полосы частот. Для того чтобы иметь возможность управлять частотной характеристикой во всей области звуковых частот, такие фильтры соединены параллельно. На вход всех фильтров подается один и тот же сигнал, и задача каждого фильтра состоит в том, чтобы усилить или ослабить "свой" участок спектра в соответствии с положением регулятора коэффициента усиления (слайдера).
Частоты, на которых осуществляется регулирование в графических эквалайзерах, унифицированы и выбираются из ряда стандартных частот, перекрывающих весь звуковой диапазон и отстоящих друг от друга на некоторый интервал. Этот интервал может составлять октаву, ее половину или треть октавы. Наибольшие возможности, естественно, имеют третьоктавные графические эквалайзеры, которые в силу этого и получили наибольшее распространение. Число полос регулирования может составлять до 31 в серьезных профессиональных моделях.
Самый низкочастотный фильтр эквалайзера не обязательно должен быть полосовым, он может быть и фильтром нижних частот. Аналогично самый высокочастотный фильтр может быть фильтром верхних частот.
Наиболее часто графические эквалайзеры применяются для обработки суммарного сигнала, "доводки" общей картины, а не фильтрации отдельных составляющих. С помощью графического эквалайзера можно приближенно сформировать необходимую АЧХ системы обработки звука или акустической системы: поднять усиление в одних областях спектра и уменьшить его в других. Однако графический эквалайзер (даже многополосный) мало пригоден для ювелирной частотной коррекции. Ведь центральные частоты фильтров неизменны. Они могут и не совпадать в точности с теми частотами, на которых следует подчеркнуть или, напротив, подавить спектральные составляющие. В подобных случаях на помощь приходит параметрический эквалайзер.
Параметрический эквалайзер позволяет управлять не только коэффициентом усиления фильтра, но и его центральной частотой, а также добротностью (по существу, шириной полосы пропускания). При наличии некоторого опыта вы сможете точно устанавливать значения этих параметров таким образом, чтобы подчеркнуть звук отдельного инструмента или удалить нежелательную помеху (например, фон 50 Гц или частоту самовозбуждения акустической системы) с минимальным влиянием на остальные элементы звукового образа.
Для формирования АЧХ сложного вида применяются многополосные параметрические эквалайзеры, параметры каждого из которых можно изменять независимо.
Фильтр присутствия (presence) позволяет добиться впечатления, что звучащий инструмент (или певец) находится в одной комнате со слушателем. На самом деле это не что иное, как регулируемый полосовой фильтр, центральная частота которого лежит где-то в диапазоне от 2 до 6 кГц.
Подробнее о фильтрах и их применении вы можете прочитать в кни-ге [12].

Aftertouch — сообщение о силе давления на нажатые клавиши

1.2.4. Aftertouch — сообщение о силе давления на нажатые клавиши

Aftertouch — сообщение о силе давления на все нажатые клавиши, с которыми связан текущий MIDI-канал. Параметр сообщения — давление. В спецификации MIDI этому сообщению соответствует сообщение Channel Pressure, или Channel Aftertouch, формата Dk pp, где k — номер MIDI-канала, рр — давление.
Сообщение Aftertouch несет информацию об изменении давления на клавиши после прикосновения к ним. Простые модели клавиатур не имеют датчика давления. Модели средней сложности имеют датчик, общий для всех клавиш, и посылают сообщения Channel Pressure, предварительно усреднив давление на все нажатые клавиши. Сложные модели оборудованы отдельным для каждой клавиши датчиком и посылают сообщения об изменении состояния каждого датчика. Реакция синтезатора на эти сообщения стандартом не определена. Обычно синтезаторы с функцией Aftertouch поддерживают команды ассоциирования сообщений с выбранным параметром синтеза (с громкостью, модуляцией, параметром фильтра или эффекта и т. п.).

Амплитудное вибрато и тремоло

Амплитудное вибрато включает в себя собственно амплитудное вибрато и тремоло.
Сущность амплитудного вибрато состоит в периодическом изменении амплитуды звукового сигнала. Частота, с которой это происходит, должна быть очень небольшой (от долей герца до 10—12 Гц). Если частота вибрато находится вне этих пределов, то необходимый эстетический эффект не достигается.
Тембр сигнала с амплитудным вибрато богаче по сравнению с тембром исходного сигнала. С таким спектром можно проделывать различные манипуляции, например, изменять уровни спектральных составляющих с помощью фильтров.
Степень проявления эффекта характеризуется глубиной вибрато: m = AS/S, где AS — максимальное изменение амплитуды сигнала с вибрато, S — амплитуда исходного сигнала. Диапазон допустимых значений глубины вибрато — от О до 1. Оптимальная с точки зрения художественного результата частота амплитудного вибрато составляет 6—8 Гц.
Особой разновидностью амплитудного вибрато является тремоло. Отличительные признаки тремоло: относительно высокая частота вибрации (10—12 Гц), максимальная глубина (т = 1) и импульсная форма результирующего сигнала.
В аналоговых устройствах амплитудное вибрато реализуется с помощью перемножителей сигналов. Существует много различных принципиальных схем устройств вибрато. Основная проблема аналоговых устройств — неполное подавление управляющего сигнала. При большой глубине вибрато это проявляется в виде ясно прослушивающегося "стука" с частотой модуляции.
Компьютерные музыканты встретятся с двумя вариантами реализации амплитудного вибрато: аппаратным и программным. Аппаратный способ предполагает наличие в структуре звуковой карты усилителей с управляемым коэффициентом усиления. Программный способ заключается в перемножении значений цифровых отсчетов звуковых колебаний со значениями отсчетов функции (обычно синусоидальной), описывающей управляющий сигнал.
При обработке вокальных партий нужно пользоваться амплитудным вибрато очень осторожно, глубина его не должна быть большой, а тремоло совсем недопустимо.

Анализ спектра и фильтрация при сведении композиции

Раз уж мы заговорили о сведении, то упомянем о том, что оно включает в себя несколько этапов:
1. Индивидуальный контроль отсутствия ошибок в партии каждого инструмента.
2. Перезапись партий в исполнении MIDI-инструментов (если таковые есть в композиции) на аудиотреки.
3. Выставление ориентировочного баланса уровней всех партий и предварительное панорамирование.
4. Корректировка частотных характеристик партий.
5. Динамическая обработка звуковых сигналов.
6. Обработка эффектами.
7. Динамическое изменение уровня аудиосигнала каждого трека (в каких-то местах каждая партия должна звучать несколько громче, в каких-то — тише).
8. Уточнение относительных уровней, уточнение распределения партий по панораме.
Сейчас речь идет о спектральном анализе, поэтому остановимся лишь на четвертом этапе: коррекции частотных характеристик партий. С помощью эквалайзеров нужно добиться гармоничного сочетания всех партий. Сделать так, чтобы в звучании каждого инструмента присутствовали характерные тембры и, вместе с тем, чтобы, по возможности, их спектры не перекрывались: энергия сигналов равномерно распределялась бы в пределах звукового диапазона частот. Только в этом случае удастся добиться прозрачности звучания композиции. Начинать такую работу нужно со спектрального анализа сигналов каждого из треков в отдельности. Для того чтобы наглядно пояснить то, о чем сейчас идет речь, рассмотрим простой пример. Пусть имеется три трека и требуется их сбалансировать по тембру. Проведем спектральный анализ каждого трека с помощью Spectrum Analyzer, причем флажок Active сбросим. Полученные графики спектральных функций представлены на Рисунок 1.30.

, либо на всем треке (поочередно на каждом треке, если хотя бы один трек выделен при нажатой кнопке ). Иными словами, измеряется мгновенный спектр, поэтому вид графика спектра зависит от расположения и протяженности выделенного фрагмента.
3. Анализатор Cubase SX сглаживает разброс между значениями соседних локальных максимумов и минимумов спектральной функции. Чтобы убедиться в этом, достаточно сравнить Рисунок 1.31 и 1.32. На первом из рисунков показан спектр, измеренный анализатором Cubase SX, на втором — Cool Edit Pro 2. Анализируется один и тот же сигнал. В результате подобного сглаживания пользователю нетрудно допустить ошибку в оценке того, какие спектральные компоненты аудиосигнала следует считать существенными, а какие — нет, так как создается субъективное впечатление, будто значения спектральной функции с ростом частоты уменьшаются быстрее, чем это происходит на самом деле.

Анализатор спектра аудиосигнала

1.11.2. Анализатор спектра аудиосигнала

О спектральной форме представления сигнала ограничимся лишь пояснением основных терминов.

Аналогоцифровое преобразование

1.4.1. Аналого-цифровое преобразование

Почему же столь важно наличие большого числа разрядов в устройствах ЦАП и АЦП? Дело заключается в том, что непрерывный (аналоговый) сигнал преобразуется в цифровой с некоторой погрешностью. Эта погрешность тем больше, чем меньше уровней квантования сигнала, т. е. чем дальше отстоят друг от друга допустимые значения квантованного сигнала. Число уровней квантования в свою очередь зависит от разрядности АЦП/ЦАП. Погрешности, возникающие в результате замены аналогового сигнала рядом квантованных по уровню отсчетов, можно рассматривать как его искажения, вызванные воздействием помехи. Эту помеху принято образно называть шумом квантования.
Шум квантования представляет собой разность соответствующих значений реального и квантованного по уровню сигналов.
В случае превышения сигналом значения самого верхнего уровня квантования ("старшего" кванта), а также в случае, когда значение сигнала оказывается меньше нижнего уровня квантования ("младшего" кванта), т. е. при цифровом ограничении сигнала, возникают искажения, более заметные по сравнению с шумом квантования. Для исключения искажений этого типа динамические диапазоны сигнала и АЦП должны соответствовать друг другу: значения сигнала должны располагаться между уровнями, соответствующими младшему и старшему квантам. При записи внешних источников звука это достигается с помощью регулировки их уровня, кроме того, применяется сжатие (компрессия) динамического диапазона, о которой речь пойдет в разд. 1.10.2.
В звуковых редакторах существует операция нормализации амплитуды сигнала. После ее применения наименьшее значение сигнала станет равным верхнему уровню младшего кванта, а наибольшее — нижнему уровню старшего кванта. Таким образом, от ограничения сигнал сверху и снизу будет защищен промежутками, шириной в один квант.
Для нормированного сигнала относительная величина максимальной погрешности квантования равна 1/N, где N — число уровней квантования. Этой же величиной, представленной в логарифмических единицах (децибелах), оценивается уровень шумов квантования АЦП звуковой карты. Уровень шумов квантования определяется по формуле: D = 201g (1/N). Для восьмиразрядного АЦП N = 256, D = -48 дБ; для шестнадцатиразрядного — N = 65536,; D= -96 дБ и для двадцатиразрядного АЦП N = 1648576, D = -120 дБ. Эти цифры наглядно демонстрируют, что с ростом разрядности АЦП шум квантования уменьшается. Приемлемым считается шестнадцатиразрядное представление сигнала, являющееся в настоящее время стандартным для воспроизведения звука, записанного в цифровой форме. С точки зрения снижения уровня шумов квантования дальнейшее увеличение разрядности АЦП особого смысла не имеет, т. к. уровень шумов, возникших по другим причинам (тепловые шумы, а также импульсные помехи, генерируемые элементами схемы компьютера и распространяющиеся либо по цепям питания, либо в виде электромагнитных волн), все равно оказывается значительно выше, чем -96 дБ.
Однако увеличение разрядности АЦП обусловлено еще одним условием — стремлением расширить его динамический диапазон. Динамический диапазон некоторого устройства обработки может быть определен выражением D = 201g (Smax/Smin), где Smax и Smin — максимальное и минимальное значения сигнала, который может быть преобразован в цифровую форму без искажения и потери информации. Вы уже, наверное, догадались, что минимальное значение сигнала не может быть меньше, чем напряжение, соответствующее одному кванту, а максимальное — не должно превышать величины напряжения, соответствующего N квантам. Поэтому выражение для динамического диапазона АЦП звуковой карты примет вид: D = 201g (N). Ведь можно считать, что Smax= kN, a Smin = k1, где k — некоторый постоянный коэффициент пропорциональности, учитывающий соответствие электрических величин (тока или напряжения) номерам уровней квантования.
Из сравнения выражений для А и D становится ясно, что при одинаковой разрядности АЦП эти величины будут отличаться лишь знаками. Поэтому динамический диапазон для шестнадцатиразрядного АЦП составляет 96 дБ, для двадцатиразрядного — 120 дБ. Иными словами, для записи звучания некоторого источника звука, динамический диапазон которого равен 120 дБ, требуется двадцатиразрядный АЦП. Если такого нет, а имеется только шестнадцатиразрядный, то динамический диапазон звука должен быть сжат на 24 дБ: со 120 дБ до 96 дБ.
В принципе, существуют методы и устройства сжатия (компрессии) динамического диапазона звука, и мы еще будем говорить о них (см. разд. 1.10.2). Но то, что они проделывают со звуком, как ни смягчай формулировки, все равно, представляет собой его искажение. Именно поэтому так важно для оцифровки звука использовать АЦП, имеющий максимальное количество разрядов. Динамические диапазоны большинства источников звука вполне соответствуют динамическому диапазону 16-битной звуковой карты. Кроме того, 24-битное или 32-битное представление сигнала применяется в основном на этапе обработки звука. Конечная аудиопродукция (CD Digital Audio и DAT) реализуется в 16-битном формате.
После того как мы немного разобрались с разрядностью АЦП звуковой карты, пришло время поговорить о частоте дискретизации.
В процессе работы АЦП происходит не только квантование сигнала по уровню, но и его дискретизация во времени. Сигнал, непрерывно изменяющийся во времени, заменяют рядом отсчетов этого сигнала. Обычно отсчеты сигнала берутся через одинаковые промежутки времени. Интуитивно ясно, что если отсчеты отстоят друг от друга на слишком большие интервалы, то при дискретизации может произойти потеря информации: важные изменения сигнала могут быть "пропущены" преобразователем, если они произойдут не в те моменты, когда были взяты отсчеты. Получается, что отсчеты следует брать с максимальной частотой. Естественным пределом служит быстродействие преобразователя. Кроме того, чем больше отсчетов приходится на единицу времени, тем больший размер памяти необходим для хранения информации.
Проблема отыскания разумного компромисса между частотой взятия отсчетов сигнала и расходованием ресурсов трактов преобразования и передачи информации возникла задолго до того, как на свет появились первые звуковые карты. В результате исследований было сформулировано правило, которое принято называть теоремой Найквиста — Котельникова.
Если поставить перед собой задачу обойтись без формул и использования серьезных научных терминов типа "система ортогональных функций", то суть теоремы Найквиста — Котельникова можно объяснить следующим образом. Сигнал, представленный последовательностью дискретных отсчетов, можно вновь преобразовать в исходный (непрерывный) вид без потери информации только в том случае, если интервал межу соседними отсчетами не превышает половины периода самого высокочастотного колебания, содержащегося в спектре сигнала.
Из сказанного следует, что восстановить без искажений можно только сигнал, спектр которого ограничен некоторой частотой Fmax. Теоретически все реальные сигналы имеют бесконечные спектры. Спектры реальных сигналов, хотя и не бесконечны, но могут быть весьма широкими. Для того чтобы при дискретизации избежать искажений, вызванных этим обстоятельством, сигнал вначале пропускают через фильтр, подавляющий в нем все частоты, которые превышают заданное значение Fmax, и лишь затем производят дискретизацию. Согласно теореме Найквиста — Котельникова частота дискретизации, с которой следует брать отсчеты, составляет Fд = 2Fmax. Теорема получена для идеализированных условий. Если учесть реальные свойства сигналов и устройств преобразования, то частоту дискретизации следует выбирать с некоторым запасом по сравнению со значением, полученным из предыдущего выражения.
В стандарте CD Digital Audio частота дискретизации равна 44,1 кГц. Для цифровых звуковых магнитофонов (DAT) стандартная частота дискретизации составляет 48 кГц. Звуковые карты, как правило, способны работать в широком диапазоне частот дискретизации.
В последнее время становится все более популярным стандарт DVD-audio, где частота дискретизации может быть равной 44,1/48/88.2/96 кГц, разрешающая способность 16/20/24 бит, количество каналов — до 6.

Автоматизация

1.6.4. Автоматизация

Наиболее совершенные (как правило, цифровые) микшеры обладают функцией автоматизации. Поддержка микшером автоматизации означает, что оператор может заранее записать, отредактировать и затем автоматически воспроизвести все свои манипуляции с элементами управления микшера. Перемещения регуляторов, рукояток, слайдеров и изменения состояний переключателей, имеющихся на панели микшера, преобразуются в нестандартные MIDI-сообщения (данные автоматизации), которые, в свою очередь, запоминаются в устройстве, подобном секвенсору. В необходимое время включается воспроизведение автоматизации, данные из секвенсора поступают на соответствующие исполнительные элементы (электронные или механические). Оператор отдыхает, а невидимые руки крутят ручки и передвигают слайдеры.
Автоматизированный микшер превращается и в мощнейший инструмент создания сложных сценариев развития событий во время живого выступления, и в средство динамического управления параметрами мультитрековой композиции при ее сведении. Автоматизированными могут быть не только микшеры, но и самые различные приборы обработки звука, устройства для создания звуковых и световых эффектов и т. п.
Наиболее развитые музыкальные редакторы, к числу которых относится и Cubase SX, имеют в своем составе автоматизируемые виртуальные микшеры. Кроме того, посредством автоматизации можно управлять параметрами эффектов реального времени и виртуальных инструментов.
В Cubase SX для хранения данных автоматизации используются специальные сообщения, которые описывают положение узловых точек, формирующих огибающие автоматизации. Огибающие автоматизации — квазинепрерывные графики (выглядят как непрерывная линия, хотя, на самом деле, сообщения записываются и воспроизводятся в дискретные моменты секвенсорного времени), описывающие поведение того или иного автоматизируемого параметра во времени. Огибающие автоматизации образуются путем линейной интерполяции значений автоматизируемого параметра в узловых точках.
Применению автоматизации в Cubase SX посвящен разд. 4.8.

Быстрое преобразование Фурье

До сих пор, знакомясь с сущностью спектральных представлений, мы предполагали, что сигнал является аналоговым, т. е. описывается непрерывной функцией. На самом деле компьютер способен обрабатывать только цифровые сигналы — дискретные во времени и квантованные по уровню. Поэтому аналоговый сигнал подвергается аналого-цифровому преобразованию (АЦП). Затем с сигналом в цифровой форме производятся все необходимые операции, в частности, спектральный анализ, причем вместо обычного спектрального преобразования производится так называемое дискретное преобразование Фурье (ДПФ). Непрерывное время и непрерывная частота заменяются на соответствующие дискретные величины, а место взятия интегралов осуществляется суммирование.
Однако на практике мало кто пользуется ДПФ. Дело в том, что для вычисления дискретного преобразования Фурье последовательности N элементов требуется выполнить N2 операций с комплексными числами. Если длины обрабатываемых массивов цифровых отсчетов звуковых колебаний имеют порядок тысячи и более, то использовать эти алгоритмы дискретного спектрального анализа затруднительно (особенно в реальном времени). Выходом из положения явился алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ). Значительно сократить число выполняемых операций здесь удается за счет того, что обработка входного массива сводится к нахождению ДПФ-массивов с меньшим числом элементов. Для метода БПФ существенно, что число отсчетов составляет целую степень двойки (N =2p, где р — целое число). Это обусловлено тем, что одной из операций, входящей в алгоритм БПФ, является последовательное деление интервала вычисления ДПФ на две части. Поэтому точное вычисление БПФ возможно лишь в случае, когда число отсчетов в сигнале равно 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096, IP. Если данное условие не выполняется, приходится дополнять сигнал некоторым количеством отсчетов, имеющих нулевое значение. Например, для выполнения БПФ сигнал, содержащий 60 значащих отсчетов, нужно дополнить четырьмя нулевыми отсчетами. Конечно, приписка отсчетов равноценна изменению сигнала, что приводит к возникновению дополнительной погрешности вычисления спектра. Но, как правило, погрешность невелика и, учитывая заметное повышение скорости расчетов, с ней можно смириться.
Приближенно можно считать, что объем вычислений по алгоритму БПФ пропорционален произведению N х log2N, где N — количество отсчетов сигнала. А если решать задачу расчета спектра "в лоб", не пользуясь алгоритмами быстрых преобразований, то объем вычислений ориентировочно будет пропорционален произведению N х N. Если бы не БПФ, то для фильтрации, спектрального анализа и синтеза сигналов не хватило бы быстродействия самого современного компьютера. Не верится? Давайте прикинем. Очень скоро вы узнаете, что в примере установок параметров, соответствующих Рисунок 1.27, сигнал представлен 4096-ю отсчетами. Тогда для БПФ: 4096 х log24096 = 4096 х 12 = 49152, а для "небыстрого" алгоритма: 4096 х 4096 = 16777216. Отношение 16777216/49152 = 341,(3) приблизительно равно выигрышу во времени выполнения вычислений по алгоритму БПФ.
О чем говорят эти цифры? Пусть на вашем компьютере для расчета фильтра по алгоритму БПФ требуется 10 секунд. Та же самая задача при использовании обычного алгоритма спектрального анализа заняла бы почти час. Какое уж тут может быть творчество! Либо, чтобы все-таки уложиться в 10 секунд, потребовался бы компьютер, работающий в 341 раз быстрее, чем ваш.
При расчете спектра протяженных сигналов приходится не дополнять отсчеты до целой степени двойки, а поступать совершенно наоборот: использовать для вычислений не все отсчеты сигнала, а, к примеру, каждый сотый, тысячный, десятитысячный. Судите сами. В одной секунде оцифрованного стереофонического звука при частоте дискретизации 44,1 кГц содержится 88200 отсчетов. Тогда в одной минуте — 5292000, а в 4 минутах (типичная длительность композиции) — 21168000 отсчетов. В качестве примера средствами Cubase SX мы проанализировали спектр 4-минутной композиции. На нашем компьютере для этого понадобилось 10 секунд. При этом было выбрано число отсчетов, равное 4096 (что для анализатора спектра Cubase SX в два раза меньше максимального). Если бы программа использовала для вычислений все отсчеты, которыми представлена композиция (более 21 миллиона отсчетов), то для решения этой задачи ей потребовалось бы непрерывно работать больше 14 часов.
Существуют аудиоредакторы, позволяющие не только анализировать текущий и мгновенный спектры, но также и редактировать звуковой сигнал, представленный в спектральной форме. Примером подобной программы может служить аудиоредактор Cool Edit Pro 2. Конечно, от такой универсальной программы, как Cubase SX, нельзя требовать, чтобы она позволяла обращаться со спектром так же свободно, как и специализированный звуковой редактор. Вместе с тем, в Cubase SX возможности для проведения спектрального анализа все же имеются.

Частотная фильтрация

1.10.1. Частотная фильтрация

Фильтрация — это процесс обработки электрического звукового сигнала частотноизбирательными устройствами с целью изменения спектрального состава (тембра) сигнала. Задачами такой обработки могут быть:
амплитудно-частотная коррекция сигнала (усиление или ослабление отдельных частотных составляющих); полное подавление спектра сигнала или шумов в определенной полосе частот. Например, если микрофон, акустическая система или еще какой-либо элемент звукового тракта имеют неравномерную амплитудно-частотную характеристику, то с помощью фильтров эти неравномерности могут быть сглажены. Если в результате анализа спектра выяснилось, что в некоторой области частот в основном сосредоточена энергия помех, а энергии сигнала совсем немного, то посредством фильтрации все колебания в этом диапазоне частот можно подавить.
Для осуществления фильтрации созданы самые различные устройства: отдельные корректирующие и формантные фильтры, устройства для разделения звука на несколько каналов по частотному признаку (кроссоверы), двухполосные и многополосные регуляторы тембра (эквалайзеры), фильтры присутствия и т. д.
Основой фильтров, реализованных программным путем в составе звуковых редакторов, служит спектральный анализ. Любой реальный сигнал может быть представлен в виде набора коэффициентов разложения в ряд по гармоническим функциям. Фильтрация сводится к умножению спектральных коэффициентов на соответствующие значения передаточной функции фильтра. Если спектр представлен в комплексной форме, то сигнал описывается совокупностью амплитудного и фазового спектров (АС и ФС), а фильтры — амплитудно-частотными и фазо-частотными характеристиками (АЧХ и ФЧХ). АЧХ представляет собой зависимость коэффициента передачи фильтра от частоты. ФЧХ отражает сдвиг фазы выходного сигнала по отношению ко входному в зависимости от частоты. В этом случае фильтрация эквивалентна перемножению АС на АЧХ и алгебраическому сложению ФС с ФЧХ.
Классический спектральный анализ из-за наличия большого количества операций перемножения занимает очень много процессорного времени и при значительном числе отсчетов сигнала неосуществим в реальном темпе обработки. Для сокращения времени спектрального анализа дискретных сигналов разработаны специальные алгоритмы, учитывающие наличие связей между различными отсчетами сигнала и устраняющие повторяющиеся операции. Одним из таких алгоритмов является быстрое преобразование Фурье (БПФ).
В зависимости от расположения полосы пропускания на оси частот фильтры подразделяются на:
фильтры нижних частот (ФНЧ) (Low Pass), типичные АЧХ и ФЧХ которых показаны на Рисунок 1.22; фильтры верхних частот (ФВЧ) (High Pass), их АЧХ и ФЧХ показаны на Рисунок 1.23; полоснопропускающие (полосовые) фильтры (Band Pass) (Рисунок 1.24); полоснозадерживающие (режекторные) фильтры (Band Stop) (Рисунок 1.25). На рисунках по горизонтальным осям отложено значение частоты, по вертикальным осям отложены значения передаточных функций K(f) или фазовых сдвигов

(t) в зависимости от частоты.
Тот участок АЧХ, где коэффициент передачи не равен нулю, соответствует полосе пропускания фильтра. В полосе задерживания (или подавления), напротив, коэффициент передачи фильтра должен быть минимальным (в идеальном случае нулевым).
Характеристики, представленные на Рисунок 1.22-1.25 являются идеализированными: реальные фильтры, строго говоря, не позволяют обеспечить равенство передаточной функции нулю вне полосы пропускания. Колебания в полосе подавления пусть и значительно ослабленные, все равно проникают через фильтр.
Реальные фильтры низких и высоких частот характеризуются следующими основными параметрами:
частотой среза; шириной полосы пропускания; неравномерностью характеристики в полосе пропускания; крутизной ската характеристики в области перехода от полосы пропускания к полосе задерживания. Для полосового фильтра добавляется еще один параметр — добротность, под которой понимают отношение центральной частоты фильтра к полосе его пропускания.

Частотное вибрато

Суть частотного вибрато заключается в периодическом изменении частоты звукового колебания.
В музыке частотное вибрато получило широкое распространение лишь после создания электронных музыкальных инструментов. Реализовать этот эффект на адаптеризированных акустических инструментах довольно сложно. Правда, у соло-гитары конструкция предоставляет такую возможность. Натяжение всех струн можно одновременно изменять с помощью специального механизма: подвижной подставки для крепления струн и рычага. Частотное вибрато здесь исполняется вручную.
Реализация частотного вибрато в электромузыкальных инструментах и синтезаторах проста и естественна. Работу всех узлов электронных музыкальных синтезаторов как аппаратных, так и реализованных программным путем, синхронизирует опорный генератор. Если изменять его частоту, то будут изменяться частоты и всех синтезируемых колебаний. В радиотехнике этот процесс называется частотной модуляцией. Если изменение частоты производится по периодическому закону, то в результате получается частотное вибрато. По существу дела, при частотном вибрато также расширяется спектр исходного сигнала, тембр перестает быть постоянным, а периодически изменяется во времени.
Красивое звучание получается только в том случае, когда глубина частотного вибрато (относительное изменение частоты звука) невелика. Как известно, в соответствии с хроматической гаммой введена единица музыкальных интервалов, в 1200 раз меньшая, чем октава — цент. Интервал между соседними полутонами в темперированной гамме равен в точности 100 центам. Колебание высоты тона при частотном вибрато не должно превышать нескольких десятков центов. В противном случае создается впечатление нарушения строя инструмента.
Частотное вибрато используется и само по себе и входит составной частью в более сложные звуковые эффекты.

Четыре фазы огибающей сигнала

Рисунок 1.11. Четыре фазы огибающей сигнала

Цифроаналоговое преобразование

1.4.2. Цифроаналоговое преобразование

Для воспроизведения звукового сигнала, записанного в цифровой форме, необходимо преобразовать его в аналоговый сигнал.
Цифроаналоговое преобразование в общем случае происходит в два этапа. На первом этапе из потока цифровых данных с помощью цифро-аналогового преобразователя выделяют отсчеты сигнала, следующие с частотой дискретизации. На втором этапе путем сглаживания (интерполяции) из дискретных отсчетов формируется непрерывный во времени аналоговый сигнал.
На выходе простейшего ЦАП сигнал представляет собой последовательность узких импульсов, имеющих многочисленные высокочастотные спектральные компоненты. На аналоговый фильтр в этом случае возлагается задача полностью пропустить сигнал нужного частотного диапазона (например, 20 Гц — 20 кГц) и по возможности наиболее полно подавить ненужные высокочастотные компоненты. К сожалению, аналоговому фильтру выполнить такие противоречивые требования не под силу. Поэтому цифровой сигнал сначала интерполируют, то есть вставляют дополнительные отсчеты, вычисленные по специальным алгоритмам, и тем самым резко увеличивают частоту дискретизации. При этом исходный спектр полезного сигнала не искажается, а сигнал оказывается дискретизированным на значительно более высокой частоте. Это приводит к тому, что побочные спектральные компоненты на выходе ЦАП далеко отстоят от частотных компонентов основного сигнала и, чтобы отфильтровать их, достаточно простого аналогового фильтра.
После первого этапа цифроаналогового преобразования информация о величине звукового сигнала имеется только в определенные моменты, соответствующие частоте дискретизации АЦП. Дополнительная информация о форме сигнала между отсчетами отсутствует. Задачей второго этапа цифро-аналогового преобразования является восстановление значения сигнала между отсчетами, или интерполяция.
Наибольшее распространение получили линейные методы интерполяции формы сигнала по его дискретным отсчетам, основанные на использовании цифровых фильтров. В исходную последовательность отсчетов сигнала вставляются дополнительные нулевые отсчеты. Новая полученная последовательность подается на интерполирующий цифровой фильтр, в котором нулевые отсчеты преобразуются в очень точно реконструированные отсчеты исходного сигнала. Затем для сглаживания и окончательного восстановления сигнал подается на простой аналоговый фильтр. Полученный в результате цифроаналогового преобразования звуковой сигнал, как правило, попадает в микшер звуковой карты.

Controller — сообщение о состоянии контроллера

1.2.2. Controller — сообщение о состоянии контроллера

Controller — сообщение о состоянии контроллера. Параметры сообщения — тип контроллера и его состояние. В спецификации MIDI этому сообщению соответствует сообщение Control Change формата Bk cc vv, где k — номер MIDI-канала, ее — номер, vv — значение контроллера. В литературе принято обозначать сообщение Control Change сокращенно, например, СС91 — сообщение о смене значения контроллера глубины эффекта реверберации.
MIDI-контроллеры делятся на контроллеры непрерывного действия (связанные с рукоятками, движками, регуляторами и т. п.) и переключатели (педали, кнопки и т. п.), имеющие два дискретных состояния (On/Off— включено/выключено). Для переключателей значения контроллера 0—63 означают выключенное состояние, а 64—127 — включенное.
В соответствии со спецификацией General MIDI принята следующая нумерация контроллеров:
№ 0-31 — старший байт значения контроллеров непрерывного действия; № 32-63 — младший байт значений контроллеров непрерывного действия; № 64-95 — переключатели; № 96-119 — зарезервированы; № 120-127 — специальные канальные сообщения. На сообщения, содержащие старший или младший байт значения контроллера, MIDI-устройства реагируют немедленно. Причем в качестве недостающего байта значения контроллера используется либо ранее переданное, либо установленное по умолчанию значение. Это позволяет, передав однажды неизменный байт, в дальнейшем передавать только изменившийся байт значения контроллера.
Спецификацией General MIDI определены следующие контроллеры:
№ 1 — Modulation — контроллер глубины частотной модуляции; № 2 — Breath — духовой контроллер; № 4 — Foot Controller — ножной контроллер; № 5 — Portamento Time — контроллер времени портаменто (портаменто — плавный переход по частоте от ноты к ноте); № 7 — Volume — контроллер громкости звука в канале; № 8 — Balance — контроллер баланса стереоканалов; № 10 — Pan — контроллер панорамы; № 11 — Expression — контроллер экспрессивности звука; № 64 — Sustain Pedal, Holdl — контроллер педали удержания звучания нот; № 65 — Portamento — контроллер включения/выключения режима портаменто; № 66 — Sostenuto Pedal — контроллер педали удержания звучания нот, включенных во время действия педали; № 67 — Soft Pedal — контроллер педали приглушения звука.

Диалоговое окно Open Project

Рисунок 1.37.Диалоговое окно Open Project

В поле Look in: следует выбрать необходимую папку. Появится список файлов, находящихся в ней. В этом списке нужно найти и выделить файл, предназначенный для загрузки. Его имя отобразится в поле File name:. Остается нажать кнопку Open и файл откроется. Для того чтобы открыть файл, можно также сделать двойной щелчок на его имени в списке.
Если вы хотите увидеть имена всех файлов, хранящихся в выбранной папке, то в раскрывающемся списке Files of type: выберите строчку Any Type (*.*). Однако с помощью окна Open Project загрузить в Cubase SX вам удастся файлы только одного из двух типов:
Cubase Project File — файлы проектов программы Cubase SX, имеющие расширение CPR; Nuendo Project File — файлы проектов программы Nuendo, имеющие расширение NPR. Если в раскрывающемся списке Files of type: выбрать строчку Cubase Project File (*.срr), то в списке останутся только файлы проектов программы Cubase SX. При выборе в этом списке строчки Nuendo Project File (*.npr) — только файлы проектов программы Nuendo. Когда выбрана строчка All Types (*.cpr;*.npr) — и те и другие. Таким образом, списком Files of type: можно пользоваться как фильтром, сокращающим количество имен файлов, просматриваемых перед загрузкой, и облегчающим обнаружение необходимого файла.
Если у вас пока нет собственных файлов в формате Cubase Project File, то в целях обучения загрузке проектов и воспроизведению сонга воспользуйтесь файлами, находящимися в папке PROJECTS на диске, который сопровождает книгу.
Не нужно думать, будто программа Cubase SX способна работать только с файлами Cubase Project File и Nuendo Project File. Просто файлы других типов могут быть импортированы в программу не при помощи команды Open, а посредством других команд.
После загрузки файла в окне проекта на треках появится изображение частей. Если в проекте есть MIDI-сообщения, то в редакторе Score Editor появятся ноты, в редакторе Key Editor — отпечатки клавиш, а в редакторе List Editor — список сообщений. Можно в деталях рассмотреть, как устроена компьютерная музыка, написанная другими авторами. Но лучше, конечно, не только смотреть, но и слушать.

Диалоговое окно Save As

Рисунок 1.45. Диалоговое окно Save As

В этом окне выберите каталог (в раскрывающемся списке Look in:), введите имя (в поле File name:) и нажмите кнопку Save. В окне Save As имеется также раскрывающийся список Files of type:, поэтому может создаться впечатление, будто есть выбор типа и расширения сохраняемого файла. Однако в Cubase SX (в отличие от предыдущих версий программы Cubase) проект можно сохранять в единственном формате: Cubase Project File (с расширением CPR).
Имеется возможность экспортировать из Cubase SX содержимое MIDI-треков в MIDI-файлы, а содержимое аудиотреков — в WAV-файлы (команды File > Export > MIDI File и File > Export > Audio Mixdown). Это может пригодиться, если работу над MIDI- или аудиоданными необходимо будет продолжить в какой-то другой программе.
Заметим, что для обеспечения некоторой совместимости с предыдущими версиями программы предусмотрено импортирование в Cubase SX WAV-файлов и MIDI-файлов, а также файлов с такими объектами, как сонг, аранжировка и часть (команды File > Import > Audio File..., File > Import > MIDI File..., File > Import > Cubase Song, File > Import > Cubase Arrangement, File > Import > Cubase Part...). Следует учитывать, что импортирование данных из файлов перечисленных типов (кроме WAV- и MIDI-файлов) осуществляется с некоторыми потерями.

Дилэй

Необходимость в эффекте дилэй (delay) возникла с началом применения стереофонии. Сама природа слухового аппарата человека предполагает в большинстве ситуаций поступление в мозг двух звуковых сигналов, отличающихся временами прихода. Если источник звука находится "перед глазами": на перпендикуляре, проведенном к линии, проходящей через уши, то прямой звук от источника достигает обоих ушей в одно и то же время. Во всех остальных случаях расстояния от источника до ушей различны, поэтому одно либо другое ухо воспринимает звук первым. Проведем несложные расчеты. Время задержки (разницы во времени приема сигналов ушами) будет максимальным в том случае, когда источник расположен напротив одного из ушей. Так как расстояние между ушами — около 20 см, то максимальная задержка может составлять около 6 мс. Этим величинам соответствует волна звукового колебания с частотой около 1,7 кГц. Для более высокочастотных звуковых колебаний длина волны становится меньше, чем расстояние между ушами, и разница во времени приема сигналов ушами становится неощутимой. Предельная частота колебаний, задержка которых воспринимается человеком, зависит от направления на источник. Она растет по мере того, как источник звука смещается от точки, расположенной напротив одного из ушей, к точке, расположенной перед человеком.
Дилэй применяется прежде всего в том случае, когда запись голоса или акустического музыкального инструмента, выполненную с помощью единственного микрофона, "встраивают" в стереофоническую композицию. Этот эффект служит основой технологии создания стереозаписей.
Но дилэй может применяться и для получения эффекта однократного повторения каких-либо звуков. Величина задержки между прямым сигналом и его задержанной копией в этом случае выбирается большей, чем естественная задержка в 8 мс. Какая именно задержка должна быть выбрана? Ответ на этот вопрос определяется несколькими факторами. Прежде всего, следует руководствоваться эстетическими критериями, художественной целью и здравым смыслом. Для коротких и резких звуков время задержки, при котором основной сигнал и его копия различимы, меньше, чем для протяженных звуков. Для произведений, исполняемых в медленном темпе, задержка может быть больше, чем для быстрых композиций.
При определенных соотношениях громкостей прямого и задержанного сигналов может иметь место психоакустический эффект изменения кажущегося расположения источника звука на стереопанораме. Согласитесь, что, например, "перескоки" рояля с места на место по ходу прослушивания произведения очень трудно обосновать как с эстетических позиций, так и с точки зрения верности воспроизведения реального звучания. Как и любой эффект, дилэй нужно применять в разумных пределах и не обязательно на протяжении всей композиции.
Этот эффект реализуется с помощью устройств, способных осуществлять задержку акустического или электрического сигналов. Таким устройством сейчас чаще всего служит цифровая линия задержки, представляющая собой цепочку из элементарных ячеек — триггеров задержки. Для наших целей достаточно знать, что принцип действия триггера задержки сводится к следующему: символ двоичного сигнала, поступивший в некоторый тактовый момент на его вход, появится на его выходе не мгновенно, а только в очередной тактовый момент. Общее время задержки в линии тем больше, чем больше триггеров задержки включено в цепочку, и тем меньше, чем меньше тактовый интервал (чем больше тактовая частота). В качестве цифровых линий задержки можно использовать запоминающие устройства. Известны специальные алгоритмы адресации ячеек запоминающих устройств, обеспечивающие "скольжение" информации "вдоль" адресного пространства. Разумеется, для применения цифровой линии задержки сигнал должен быть сначала преобразован в цифровую форму. А после прохождения копией сигнала линии задержки происходит цифроаналоговое преобразование. Исходный сигнал и его задержанная копия могут быть как раздельно направлены в различные стереоканалы, так и смешаны в различных пропорциях. Суммарный сигнал можно направить либо в один из стереоканалов, либо в оба.
В звуковых редакторах дилэй реализуется программным (математическим) путем за счет изменения относительной нумерации отсчетов исходного сигнала и его копии.
Возможны такие, например, разновидности задержки, при которых формируются несколько задержанных на различное время копий сигнала. Реализация эффекта delay в программе Cubase SX рассмотрена в главе 13.
В виртуальных дилэях, как и в их аппаратных прототипах, обязательно имеются регуляторы глубины и частоты модуляции задержанного сигнала, а также регулятор коэффициента обратной связи (feedback). Сигнал с выхода подается опять в линию задержки. Время затухания устанавливается регулятором обратной связи. Чтобы однократное повторение превратилось в настоящее повторяющееся эхо, коэффициент обратной связи надо увеличить. Как правило, и в реальных, и в виртуальных устройствах имеется регулятор, при помощи которого можно подобрать такое время задержки, чтобы оно соответствовало темпу композиции.

Динамическая обработка

1.10.2. Динамическая обработка

О сущности динамической обработки мы ограничимся лишь изложением кратких сведений о назначении различных приборов динамической обработки, работа которых моделируется в Cubase SX.
В зависимости от выполняемых функций различают следующие приборы динамической обработки:
ограничители уровней; компрессоры динамического диапазона; экспандеры динамического диапазона; пороговые шумоподавители (гейты). Ограничитель уровня (лимитер) — это авторегулятор уровня, у которого коэффициент передачи изменяется так, что при превышении номинального уровня входным сигналом уровни сигналов на его выходе остаются практически постоянными, близкими к номинальному значению. При входных сигналах, не превышающих номинального значения, ограничитель уровня работает как обычный линейный усилитель. Лимитер должен реагировать на изменение уровня мгновенно.
Компрессор — такое устройство, коэффициент передачи которого возрастает по мере уменьшения уровня входного сигнала.
Действие компрессора приводит к повышению средней мощности и, следовательно, громкости звучания обрабатываемого сигнала, а также к сжатию его динамического диапазона.
Экспандер имеет амплитудную характеристику, обратную по отношению к амплитудной характеристике компрессора. Экспандер применяют в том случае, когда необходимо восстановить динамический диапазон, предварительно преобразованный компрессором. Система, состоящая из последовательно включенных компрессора и экспандера, называется компандером. Она используется для снижения уровня шумов в трактах записи или передачи звуковых сигналов.
Пороговый шумоподавителъ (гейт) — это авторегулятор, у которого коэффициент передачи изменяется так, что при уровнях входного сигнала меньше порогового амплитуда сигнала на выходе близка к нулю. При входных сигналах, уровень которых превышает пороговое значение, пороговый шумопо-давитель работает как обычный линейный усилитель.
Любой прибор динамической обработки в своем составе имеет два функциональных элемента — основной канал и канал управления.
Задача канала управления заключается в обнаружении момента пересечения аудиосигналом порогового значения, измерении уровня аудиосигнала относительно порога и выработке управляющего напряжения.
Результат обработки зависит от вида характеристики регулируемого элемента основного канала. Например, если с ростом управляющего напряжения, подаваемого на регулируемый элемент, его коэффициент передачи уменьшается, то получается компрессор, если увеличивается, то — экспандер.
Оценку инерционности устройств динамической обработки осуществляют на основе анализа двух временных характеристик: времени срабатывания и времени восстановления.
Для регулируемых звеньев всех устройств динамической обработки кроме гейта срабатыванием принято считать реакцию устройства на увеличение уровня сигнала, а восстановлением — на его уменьшение. Время срабатывания — это интервал между моментом, когда от источника начинает подаваться сигнал с уровнем на 6 дБ выше номинального значения, и моментом, когда выходной уровень уменьшается с 6 дБ до 2 дБ по отношению к номинальному значению.
Время восстановления — это интервал между моментом, когда уровень сигнала от источника снижается с 6 дБ до номинального значения 0 дБ, и моментом, когда выходной уровень увеличивается от —6 до —2 дБ по отношению к номинальному значению.
Для гейта срабатыванием принято считать уменьшение усиления при пропадании полезного сигнала, а восстановлением — восстановление усиления при появлении полезного сигнала.
Одной из наиболее часто применяемой разновидностью динамической обработки является компрессия — сжатие динамического диапазона.
Субъективно компрессия проявляется как увеличение громкости звука. Он становится более "плотным". И это не удивительно. Ведь в результате компрессии можно достичь увеличения средней мощности неискаженного сигнала. По сути дела компрессия сводится к автоматическому управлению усилением. Когда уровень сигнала становится слишком большим, усиление уменьшается, а при нормальном уровне сигнала усилению возвращается исходное значение.
Результат компрессии зависит от правильного выбора значений нескольких основных параметров. К важнейшим из них относятся:
порог срабатывания (Threshold); коэффициент компрессии или коэффициент сжатия (Compression Ratio); компенсирующее усиление (Makeup Gain); время атаки (Attack Time); время восстановления (Release Time). Порог срабатывания определяет уровень, при превышении которого компрессор начинает управлять усилением (иногда говорят, что он находится в активном состоянии). До тех пор пока значение уровня сигнала меньше порогового, компрессор не воздействует на сигнал (компрессор находится в пассивном или выключенном состоянии). От величины порога зависит, коснется ли обработка только отдельных пиков или сигнал будет подвергаться компрессии постоянно.
Коэффициент компрессии (сжатия) определяет степень сжатия динамического диапазона сигнала, имеющего уровень выше порогового. Численно он равен отношению уровня сигнала на выходе работающего компрессора к уровню сигнала на его входе.
Например, коэффициент компрессии 2:1 означает, что изменение уровня входного сигнала на 2 дБ вызовет изменение уровня выходного сигнала только на 1 дБ. На практике именно такое отношение часто применяется, хотя иногда приходится устанавливать более высокие значения. Если коэффициент компрессии установлен, скажем, в пропорции 20:1 и больше, то получается режим ограничения. Это значит, что если на входе появляется сигнал, превышающий установленный уровень, то сигнал на выходе практически не будет усилен.
Абсолютному ограничению соответствует коэффициент компрессии "Бесконечность:!", но на практике величины отношений больше, чем 20:1, дают такой же эффект.
Время атаки определяет, насколько быстро компрессор будет реагировать на сигналы с уровнем выше порогового.
При больших значениях параметра Attack Time компрессор, вероятнее всего, не будет успевать отслеживать резкие увеличения уровня входного сигнала. В сигнале на выходе компрессора будут присутствовать пики.
Если значение параметра Attack Time мало, то можно практически исключить возникновение пиков сигнала при скачкообразном увеличении его уровня. Однако при этом звучание может стать недостаточно акцентированным.
Время восстановления — это время, за которое компрессор выходит из активного состояния после падения уровня сигнала ниже порогового.
Если время восстановления слишком велико, то компрессор дольше находится в активном состоянии и воздействует на динамический диапазон даже тогда, когда это нежелательно. Это дает заметный на слух эффект пульсации звука, так как компрессия не приводит к сглаживанию сигнала.
При малом времени восстановления обеспечивается более существенное сглаживание. Но в тех ситуациях, когда уровень входного сигнала постоянно колеблется в окрестностях порогового значения, возможно возникновение эффекта "захлебывания".
Подбор оптимального времени восстановления основан на поиске компромисса. Обычно рекомендуется для инструментальной музыки в качестве грубого приближения и отправной точки для более тонкой настройки выбирать время восстановления около 500 мс. Это соответствует промежутку между двумя тактами при темпе 120 четвертей в минуту.
Восприятие музыки зависит от динамического диапазона, так как динамика позволяет передать эмоциональное содержание. Если совершенно сгладить динамику, сделать один неизменный средний уровень, то получится музыка, которую неинтересно слушать.
Неопытный вокалист обычно допускает большие перепады в громкости. В результате некоторые слова тонут в общем звучании музыки, а другие, наоборот, слышны слишком громко. Поэтому при записи вокала всегда используется компрессия.
Когда у вокалиста есть проблемы с шипящими звуками, а смена типа микрофона и его расположения не приводит к исправлению ситуации, тогда при сведении стоит использовать компрессор в режиме деэсера, в котором устраняются свистящие и шипящие согласные в вокальной партии. Если путем фильтрации при помощи внешнего эквалайзера подавить все низкие частоты, поступающие на вход канала управления, компрессор будет реагировать только на высокочастотные звуки. В таком случае сигнал, управляющий компрессором, формируется только из тех компонентов исходного аудиосигнала, что составляют свист и шипение. В этом и заключается принцип действия деэсера. Выбор частотных составляющих, на которые надо повлиять, производится на слух. Эквалайзер, включенный в канал управления компрессором, должен усиливать частоты в области 4-10 кГц. Однако нужно подобрать точную АЧХ.

Дистошн

1.9.3. Дистошн

Дистошн (distortion) — преднамеренное искажение формы аудиосигнала, придающее ему резкий, скрежещущий оттенок. Чаще всего дистошн применяется в качестве гитарного эффекта. Получается перегрузкой усилителя вплоть до появления в усилителе ограничений и даже его самовозбуждения. Благодаря этому сигнал становится похож на прямоугольный, отчего в нем появляется большое количество новых гармоник, резко расширяющих спектр. Этот эффект применяется в нескольких вариациях (fuzz, overdrive и т. п.), различающихся:
способом ограничения сигнала (обычное или сглаженное, весь спектр или полоса частот, весь амплитудный диапазон или его часть); соотношением исходного и искаженного сигналов в выходном миксе; частотными характеристиками усилителей (наличие/отсутствие фильтров на выходе). Варианты эффекта дистошн, реализованные в программе Cubase SX, рассмотрены в главе 13.

Фантомное питание

Фантомное питание подается только на сбалансированный микрофонный вход и является источником питания конденсаторных микрофонов. Название фантомное объясняется тем, что для подачи напряжения питания не требуются дополнительные проводники. Питание 48 В на конденсаторный микрофон подается по сигнальным проводникам. Для разделения цепей постоянного и переменного тока применяются конденсаторы. Пользоваться выключателем фантомного питания следует предельно осторожно. Если микрофонный вход скоммутирован с несбалансированным источником сигнала, случайное включение фантомного питания может привести к поломке прибора, так как на него будет подано напряжение 48 В.
На сбалансированные источники сигнала фантомное питание не оказывает негативного воздействия.
Фантомное питание можно использовать также и для подключения электрогитары или клавиатуры. Однако при этом нужно:
применять специальные распределительные устройства, понижающие напряжение фантомного питания до величины, на которую рассчитано подключаемое устройство; следить, чтобы источник фантомного питания не оказался перегружен устройством, потребляющим недопустимо большой ток. Регулятор предварительного усиления позволяет привести в соответствие уровни источника сигнала и микшера. Тем самым компенсируется, например, разброс в громкостях звучания голосов различных певцов и в уровнях сигналов различных источников (микрофон, гитара и т. п.).
Предварительное усиление необходимо регулировать при нажатой кнопке Solo, расположенной рядом с фейдером канала. Эта кнопка позволяет выделить канальный сигнал из общего микса, проверить уровень и оценить качество звука в канале независимо от общего микса. Кнопка Solo имеется не на всех микшерах и на схеме (см. Рисунок 1.16) она не показана. Усиление на входе следует отрегулировать таким образом, чтобы пиковые отметки индикатора уровня находились на границе красной зоны (О VU), но не оставались в ней подолгу.
Эквалайзер микшера обычно имеет три полосы частот: низкую, среднюю и высокую. В микшерах, стоящих не очень дорого, используются полупараметрические эквалайзеры. В них для всех или некоторых полос можно выбрать частотный диапазон, с которым будет работать эквалайзер. Полупараметрический эквалайзер не позволяет регулировать добротность фильтра в отличие от параметрического. С перестройкой центральной частоты фильтра эквалайзера изменяется полоса пропускания и в полупараметрическом эквалайзере скомпенсировать это изменение невозможно.
В дорогих микшерах используются параметрические эквалайзеры, которые позволяют независимо регулировать и центральную частоту, и добротность (полосу пропускания).
Если все метки на вращающихся ручках направлены строго вертикально вверх, то эквалайзер находится в нейтральном положении. При вращении ручки по часовой стрелке происходит усиление сигнала в выбранном частотном диапазоне, против часовой стрелки — подавление.
Для поиска частоты эквализации есть смысл усиливать сигнал, тогда станут заметны изъяны звука на этой частоте. Для достижения тонального баланса целесообразно применять не усиление частот того сигнала, который вы хотите выделить (что может вызвать его искажение), а, наоборот, подавление частот остальных сигналов.

Флэнжер и фэйзер

В основу звуковых эффектов флэнжер (flanger) и фэйзер (phaser) также положена задержка сигнала.
В аналоговых устройствах флэнжер реализуется при помощи гребенчатых фильтров, которые могут строиться на линиях задержки. Характерная форма амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) создается за счет сдвига фазы при распространении сигнала в линии задержки и сложения реализаций задержанного сигнала.
Меняя параметры гебенчатого фильтра, можно в значительной степени изменять первоначальный тембр звука.
Гребенчатая АЧХ фильтра обусловлена тем, что для некоторых частот задержанные копии сигнала складываются в фазе и поэтому усиливаются, для других частот — в противофазе и поэтому взаимоуничтожаются. Периодическая структура АЧХ определяется периодическим характером составляющих аудиосигнала (синусоид).
Совершенно не случайно в старые времена флэнжером часто пытались заменить реверберацию. Реверберация возникает за счет многократного отражения звуковых волн от стен, потолка и пола помещения. При этом звуковые колебания по пути к слушателю претерпевают различные по величине задержки (фазовые сдвиги). Имеет место интерференция колебаний. Если исследовать любое помещение с заметными реверберационными свойствами, то обнаружится, что его АЧХ имеет гребенчатую форму.
Как мы уже сказали, дилэй имитирует эффект неодновременного восприятия мозгом человека звуковых сигналов. Эффект повторного звучания может быть вызван и распространением звука от источника к приемнику различными путями (например, звук может приходить, во-первых, напрямую и, во-вторых, отразившись от препятствия, находящегося чуть в стороне от прямого пути). В том и в другом случаях время задержки остается постоянным. В реальной жизни этому соответствует маловероятная ситуация, когда источник звука, приемник звука и отражающие предметы неподвижны относительно друг друга. При этом частота звука не изменяется, каким бы путем и в какое бы ухо он ни приходил.
Если же какой-либо из трех элементов подвижен, то частота принимаемого звука не может оставаться той же, что и частота звука переданного. Это и есть проявление того самого эффекта Доплера, который в учебниках традиционно поясняется на примере изменения высоты звучания гудка движущегося паровоза.
Итак, реальные музыкальные звуки при распространении претерпевают не только расщепление на несколько звуковых волн и различную (для каждой из них) задержку, но и неодинаковое изменение частот для разных спектральных составляющих.
И флэнжер, и фэйзер имитируют (каждый по-своему) проявления взаимного перемещения упомянутых трех элементов: источника, приемника и отражателя звука. По сути дела, оба эффекта представляют собой сочетание задержки звукового сигнала с частотной или фазовой модуляцией. Разница между ними чисто количественная. Флэнжер отличается от фейзера тем, что для первого эффекта время задержки копии (или времена задержек копий) и изменение частот сигнала значительно большее, чем для второго. Образно говоря, флэнжер наблюдался бы в том случае, когда певец мчался бы к зрителю, сидящему в зале, со скоростью автомобиля. А вот для того чтобы ощутить фэйзер в его, так сказать, первозданном виде, движущегося источника звука не требуется, зрителю достаточно часто-часто вертеть головой из стороны в сторону.
Упомянутые количественные отличия эффектов приводят и к отличиям качественным: во-первых, звуки, обработанные ими, приобретают различные акустические и музыкальные свойства, во-вторых, эффекты реализуются различными техническими средствами.
Значения времени задержек, характерные для флэнжера, существенно превышают период звукового колебания, поэтому для реализации эффекта используют многоразрядные и многоотводные цифровые линии задержки. С каждого из отводов снимается свой сигнал, который в свою очередь подвергается частотной модуляции.
Для фэйзера, наоборот, характерно столь малое время задержки, что оно оказывается сравнимо с периодом звукового колебания. При таких малых относительных сдвигах принято говорить уже не о задержке копий сигнала во времени, а о разности их фаз. Если эта разность фаз не остается постоянной, а изменяется по периодическому закону, то мы имеем дело с эффектом Phaser. Так что можно считать фэйзер предельным случаем флэнжера. Но если внимательно прочитать еще раз этот абзац, то можно понять, что фэйзер — это фазовое вибрато.
Чего только ни придумывали в относительно старые времена, чтобы реализовать эти эффекты!
Например, чтобы получить флэнжер, вместо одной акустической системы использовали несколько систем, размещенных на различных расстояниях от слушателей. В определенные моменты производили поочередное подключение источника сигнала к акустическим системам таким образом, что создавалось впечатление приближения или удаления источника звука. Задержку звука выполняли и с помощью магнитофонов со сквозным трактом запись/воспроизведение. Одна головка записывает, другая — воспроизводит звук с задержкой на время, необходимое для перемещения ленты от головки к головке. Для частотной модуляции особых мер можно было и не придумывать. Каждому аналоговому магнитофону присущ естественный недостаток, называемый детонацией, которая проявляется в виде "плавания звука". Стоило чуть-чуть специально усилить этот эффект, изменяя напряжение, питающее двигатель, и получалась частотная модуляция.
Для реализации фэйзера методами аналоговой техники использовали цепочки электрически управляемых фазовращателей. А иногда можно было наблюдать и такую картину: в акустической системе, подключенной к электромузыкальному инструменту или электрогитаре, вдруг начинало вращаться что-то вроде вентилятора. Звук пересекался подвижными лопастями, отражался от них, получалась фазовая модуляция. Представляете, сколько усилий предпринималось только ради того, чтобы оживить тембр звучания инструментов! Современные звуковые редакторы позволяют без особых усилий со стороны пользователя реализовать гигантское количество различных звуковых эффектов.

указывает на количество каналов, но

1.12.2. Формат 5.1

Обозначение "5.1" указывает на количество каналов, но не несет в себе информации о каком-либо определенном способе кодирования многоканального звука. Используется пять каналов с полным частотным диапазоном (левый передний, центральный, правый передний, левый задний и правый задний), а также один низкочастотный канал (с диапазоном от 3 до 120 Гц), подключаемый к сабвуферу (Рисунок 1.36).
В этой системе 5.1 формируется круговая стереопанорама. Поскольку на сверхнизких частотах наш слух практически лишен способности определять направление на источник звука, место расположения сабвуфера не имеет существенного значения.
Сабвуфер применяется и в обычных стереосистемах. В его канал подается низкочастотная часть спектра суммарного сигнала стереоканалов, в результате чего обеспечивается гарантированное воспроизведение басовых звуков. Однако в системе 5.1 канал низкочастотных эффектов играет особую роль. Его стоит рассматривать не как низкочастотную компоненту многополосной акустической системы, а именно как независимый канал низкочастотных эффектов.
При записи на магнитофон для большинства систем 5.1 принят следующий порядок каналов (начиная с первой дорожки): левый передний, центральный, правый передний, левый задний, правый задний и низкочастотный каналы. В ряде случаев (например, в многоканальных звуковых картах) предусмотрен и другой порядок: левый передний, правый передний, левый задний, правый задний, центральный, низкочастотный.
По мнению специалистов, формат 5.1 является наиболее перспективным, поскольку поддерживается основными разработчиками. Важно, что имеются подходящие носители (DVD).

Формат MIDIданных Типы MIDIсообщений в Cubase SX

1.2. Формат MIDI-данных. Типы MIDI-сообщений в Cubase SX

К категории MIDI в программе Cubase SX относятся следующие сообщения: Note, Controller, Program Change, Aftertouch, Pitchband, SysEx.
Кроме того, предусмотрены сообщения SMF и Text. Сообщения этих двух типов не принадлежат к категории MIDI-сообщений и не влияют на синтез звука. Сообщения SMF относятся к сообщениям нотации. Сообщение Text (текстовая метка, комментарий) имеет единственный параметр — текстовую строку. Они отображаются только в списке сообщений редактора List Editor, а также над нотным станом (в окне редактора Score Editor) и предназначены для записи комментариев или текста песни.
Рассмотрим подробнее сообщения категории MIDI.

Фрагмент транспортной панели Индикатор положения локаторов

Рисунок 1.46. Фрагмент транспортной панели. Индикатор положения локаторов

Существует также способ точной установки локатора. В программе Cubase SX любые цифровые поля (в том числе и поля значений локаторов) менять очень просто: щелчок в этом поле левой кнопкой мыши делает поле доступным для редактирования. Чтобы увеличить или уменьшить значение, воспользуйтесь клавишами вверх и вниз.
Для того чтобы начать запись "сначала", то есть с первого такта, установите левый локатор в положение 0001.01.01.000, что означает "первый такт, первая четвертная доля, первая четвертая часть первой доли, нулевой тик".

Фрагмент транспортной панели Счетчик

Рисунок 1.47. Фрагмент транспортной панели. Счетчик указателя текущей позиции

Счет времени ведется следующим способом:
1. Подсчитываются такты, и их количество отображается числом, расположенным слева от левой точки (в примере на Рисунок 1.46 это число составляет 6064). На первый взгляд кажется, что в проекте может быть не более 9999 тактов. На самом деле это не так. По мере необходимости в счетчике тактов появляются дополнительные разряды.
2. Внутри каждого такта подсчитываются доли (в примере на Рисунок 1.46 это число составляет 03). Количество долей в такте определяется тем, какой музыкальный размер вы зададите (дробь в правой области транспортной панели), максимальное разрешенное число долей составляет 16.
3. Внутри каждой доли подсчитываются части долей (в примере на Рисунок 1.46 это число составляет 01). Каждая четвертная доля автоматически делится на 4 части, восьмая — на 2, шестнадцатая доля на части неделима (в ней заключена ровно одна часть).
4. Каждая часть доли в свою очередь делится на 120 тиков (в примере на Рисунок 1.46 это число составляет 038). Счет тиков ведется от 0 до 119. Таким образом, на шестнадцатую долю приходится 120 тиков, а на четвертную — 480.
Такая организация счета музыкального времени поначалу иногда вводит в заблуждение: некоторые пользователи воспринимают обе правые группы цифр как количество тиков. Игнорируя правую точку, такие пользователи могли бы запись, приведенную в примере (01.038 — первая часть, 38 тиков), истолковать абсолютно неправильно как 1038 тиков. Нам даже как-то встретилась публикация, автор которой, вероятно, не разобравшись с показаниями счетчика, утверждает, что в Cubase максимальная разрешающая способность секвенсора составляет более 15 тысяч тиков на четверть. Это совершенно неверно. Разрешающая способность Cubase SX равна 480 тикам на четверть.
Теперь в правой части транспортной панели установите нужный музыкальный темп и размер (в полях, расположенных справа от кнопок Click и Master). Размер устанавливается в традиционном формате, например, 3/4, 6/8, 2/2 и т. п. Темп устанавливается в стандартных единицах "количество долей в секунду".
Для того чтобы легче было сыграть отрывок ровно, нажмите кнопку Click на панели управления. В этом случае метроном будет "отбивать" каждую долю такта. Для того чтобы быстро, "на ходу" включать или выключать кнопку Click, можно просто нажимать клавишу < С >.

Хорус

Хорус (chorus) проявляется как эффект исполнения одного и того же звука или всей партии не одним-единственным инструментом или певцом, а несколькими. Искусственно выполненный эффект является моделью звучания настоящего хора. В том, что хоровое пение или одновременное звучание нескольких музыкальных инструментов украшает и оживляет музыкальное произведение, сомнений, вероятно, нет ни у кого.
С одной стороны, голоса певцов и звуки инструментов при исполнении одинаковой ноты должны звучать одинаково, а к этому стремятся и музыканты, и дирижер. Но из-за индивидуальных различий источников звук все равно получается разным. В пространстве, тракте звукоусиления и в слуховом аппарате человека эти немного неодинаковые колебания взаимодействуют, образуются так называемые биения. Спектр звука обогащается и, самое главное, течет, переливается.
Можно считать, что предельным случаем хоруса является одновременное звучание слегка отличающихся по частоте двух источников — унисон.
Унисон был известен задолго до появления синтезаторов. В основе сочного и живого звучания двенадцатиструнной гитары и аккордеона лежит унисон. В аккордеоне, например, звук каждой ноты генерируется узлом, содержащим два источника колебаний (язычка), специально настроенных "в разлив" — с небольшой (в единицы герц) разницей в частотах. В двенадцатиструнной гитаре звук извлекается одновременно из пары струн. Разница в частотах образуется естественным путем из-за невозможности идеально одинаково настроить струны инструмента.
Вот именно наличие этой ничтожной разницы в частотах голосов певцов или инструментов и служит причиной красивого звучания унисона (для двух голосов) или хоруса (для более двух голосов).
В цифровых электромузыкальных инструментах, напротив, частоты пары вторичных генераторов могут быть получены абсолютно равными друг другу. В таком звучании отсутствует жизнь, потому что оно слишком правильное. Для оживления электронного звучания и создания впечатления игры нескольких инструментов и используют хорус.
Существует довольно много разновидностей алгоритмов хоруса. Но все они сводятся к следующему:
исходный сигнал разделяется на два или несколько каналов; в каждом из каналов спектр сигнала сдвигают по частоте на определенную величину. Частотные сдвиги очень малы, они составляют доли Гц и в ряде случаев изменяются во времени; в каждом из каналов сигнал немного задерживают во времени, причем, величина задержки может меняться (поэтому хорус относится к числу эффектов, основанных на задержке сигнала); каждый из каналов позиционирует в свою точку на стереопанораме; сигналы, полученные таким способом, складывают. В итоге получается сигнал, спектр которого непрерывно изменяется, причем период полного цикла этого изменения столь велик, что повторяемость спектральных свойств сигнала не ощущается.
Хорус настолько украшает звучание инструментов, что ныне он стал одним из эффектов, имеющихся практически в каждом синтезаторе и многих звуковых картах.
Обработка аудиосигнала звуковыми редакторами позволяет получить массу разновидностей этого эффекта. Вместе с тем, не следует чрезмерно увлекаться им, так как это может привести к ухудшению разборчивости звучания голоса, к "засорению" акустической атмосферы композиции.

Иллюстрация процесса квантования

Рисунок 1.8. Иллюстрация процесса квантования сигнала (интерполяция нулевого порядка)

В теоретических работах для представления дискретных сигналов используют функцию отсчетов (дельта-функцию) — бесконечно большой по амплитуде и бесконечно короткий по времени импульс. Площадь дельта-функции равна единице. Разумеется, функции отсчетов в природе не существуют. На практике они заменяются прямоугольными импульсами малой длительности.
Если взять последовательность смещенных во времени функций отсчетов и умножить ее на ординаты кривой линии, соответствующей аналоговому сигналу, то получится дискретный по времени сигнал, который можно представить графически так, как показано на Рисунок 1.8, в. В данном случае это и есть шум квантования, представленный дискретными отсчетами.
Не существует и идеальных фильтров, с помощью которых можно было бы точь-в-точь восстановить аналоговый сигнал по его дискретным значениям. Однако в современных АЦП используются методы, позволяющие свести погрешности, обусловленные неидеальностью преобразования, к разумному минимуму.
На Рисунок 1.9, а показан исходный аналоговый сигнал и сигнал, восстановленный из цифрового с использованием интерполяции 1-го порядка (отсчеты соединяются отрезками прямых линий).
Видно, что разница между исходным и восстановленным сигналом (Рисунок 1.9, б) гораздо меньше, чем при использовании интерполяции нулевого порядка (Рисунок 1.8, а). А ведь в современных ЦАП используются гораздо более сложные алгоритмы восстановления аналогового сигнала.
Что касается цифрового шума квантования (Рисунок 1.8, в), бесспорно, при цифроаналоговом преобразовании он трансформируется в некий аналоговый шум. Вид этого шумового колебания будет зависеть от конкретного
АЦП, но его уровень будет гораздо меньше, чем уровень шумового процесса, показанного на Рисунок 1.8, б.
Распространенная среди сторонников аналогового звука страшилка "Результат дискретизации ужасно отличается от исходного сигнала" основана именно на неадекватном представлении шума квантования (Рисунок 1.8, б).

Insert — подключение эффектов

Insert — подключение эффектов и обработок последовательного действия

После эквалайзера (а в некоторых микшерах перед ним, как показано на Рисунок 1.16) сигнал проступает на разрыв (Insert) и затем на фейдер канала.
Разрыв (Insert) представляет собой гнездо разъема типа "стереоджек" с несколько необычно скоммутированными контактными группами. Если в гнездо не вставлена ответная часть разъема, то сигнал проходит с выхода эквалайзера на вход фейдера. Однако если ответная часть разъема вставлена в гнездо, то цепь действительно оказывается разорванной. Вместо нее по подключенному к ответной части разъема кабелю с двумя сигнальными проводниками сигнал с выхода эквалайзера сначала попадает на вход внешнего устройства обработки, например, ревербератора (данная линия называется посылом), а затем возвращается в микшер по линии, которая называется возвратом. Именно за счет наличия гнезда разъема Insert, посыла и возврата каждый канал можно обработать эффектами независимо от других каналов.
После разъема Insert (либо после эквалайзера) сигнал поступает на фейдер канала, предназначенный для оперативного регулирования уровня канального сигнала. В недорогих микшерах данный регулятор управляется вращающейся ручкой. Но более удобна слайдерная (движковая) конструкция фейдера. Положение канальных фейдеров относительно друг друга создает общее представление о соотношении уровней сигналов в каналах.
Фейдер обычно имеет маркировку его оптимального положения (0 дБ). Для повышения уровня оставлен некоторый запас (10—15 дБ), но в основном предусматривается его уменьшение. Когда фейдер находится в положении — бесконечности, сигнал максимально ослаблен.
После фейдера в схеме пульта расположен регулятор панорамы, определяющий баланс сигнала между левым и правым выходами. Обычно регулятор панорамы является источником сигнала для главного стереовыхода.
Префейдерные посылы используются для организации мониторинга. Сигнал снимается до того, как он пройдет фейдер канала, поэтому уровень отбираемого сигнала не зависит от положения фейдера канала. Это удобно с той точки зрения, что мониторный микс для артистов, находящихся на сцене (или для исполнителя и звукооператора), и звук в зрительном зале (или на входе записывающего устройства) становятся независимыми. Однако при необходимости корректировок приходится манипулировать и фейдером канала, и префейдерными ручками Aux.
Постфейдерньгй посыл (сигнал, снимаемый после фейдера канала) используется для эффектов. Пропорции между уровнем сигнала, подаваемого на внешние приборы обработки звука, и уровнем сигнала в канале при этом сохраняются.
Как правило, микшеры позволяют подключать Aux как до, так и после фейдера. Делается это с помощью специального переключателя или перемычки.

Измерение спектра в Cubase SX

Команда, инициализирующая анализатор спектра, имеющийся в Cubase SX, доступна только при следующих условиях: в проекте существует хотя бы один аудиотрек, на треке имеются аудиоданные и выделен хотя бы фрагмент части с аудиоданными. Для выделения фрагмента нажмите кнопку в окне Cubase SX Project, затем нажмите левую кнопку мыши и проведите курсором мыши от одной границы предполагаемого выделения до другой. После этого отпустите кнопку мыши. Для выделения всей части сделайте на ней двойной щелчок левой кнопкой мыши. Если хотя бы один трек выделен при нажатой кнопке , то спектральный анализ будет автоматически проводиться поочередно на каждом треке.
Доступ к анализатору спектра в Cubase SX осуществляется из главного меню командой Audio > Spectrum Analyzer. Этой командой отрывается диалоговое окно Spectrum Analyzer (Рисунок 1.27), предназначенное для выбора режима спектрального анализа.
В окне диалога Spectrum Analyzer имеются следующие опции:
Size in Samples — объем выборки (число отсчетов, на основе которых будет выполняться БПФ). Чем больше число, выбранное в этом поле, тем точнее анализ и тем больше времени потребуется для его проведения. Size of Overlap — степень наложения блоков выборок в процессе спектрального анализа. Оптимальное значение этого параметра устанавливается автоматически при изменении числа в поле Size in Samples. В любом случае значение данного параметра должно быть меньше, чем значение параметра in Samples. Если попытаться задать значения Size of Overlap и Size in Samples равными, то программа закроется без всякого предупреждения и сохранения текущего проекта в файле. Window used — раскрывающийся список для выбора вида спектрального окна. Normalized values — флажок включения нормализации полученных значений. При установленном флажке наибольшее значение спектральной функции будет приравнено к уровню 0 дБ или к значению 1. From Stereo — раскрывающийся список для выбора режима обработки стереосигнала. Возможные варианты: анализ монофонического сигнала, полученного суммированием сигналов правого и левого каналов, анализ сигнала левого канала, анализ сигнала правого канала, раздельный анализ сигналов каждого из стереоканалов (спектры отображаются графиками, которые отличаются цветом).

Измеритель уровня аудиосигнала

1.11.1. Измеритель уровня аудиосигнала

Мы ограничимся изложением того минимума сведений, который необходим для успешной работы с программой Cubase SX.
Уровень аудиосигнала характеризует сигнал в определенный момент и представляет собой выраженное в децибелах выпрямленное и усредненное за некоторый предшествующий промежуток времени напряжение аудиосигнала.
Теоретически наиболее просто усреднять мгновенное значение выпрямленного напряжения с постоянным весовым коэффициентом.
Вид зависимости уровня сигнала от времени определяется как особенностями самого аудиосигнала, так и выбранным интервалом усреднения Т.
При Т -> 0 временные зависимости средних значений выпрямленного сигнала практически не отличаются от временных зависимостей его мгновенных значений.
При увеличении Т средние значения выпрямленного сигнала будут тем меньше меняться во времени, чем больше интервал усреднения Т. Данные обстоятельства нужно учитывать, пользуясь измерителями уровня сигнала. Выбор Т -> 0 соответствует пиковому измерителю уровня. При малых значениях Т речь идет о квазипиковых измерителях. Большие значение Т означают, что вы имеете дело со среднеквадратическим измерителем уровня (RMS-измерителем уровня). В этом названии нет ничего странного: вычисление среднеквадратического значения эквивалентно операции усреднения модуля функции.
Слуховое ощущение в каждый момент текущего времени определяется не только мгновенным значением сигнала в этот момент, но и предыдущими его значениями. Последние сказываются на слуховом ощущении тем меньше, чем раньше они появились по отношению к текущему моменту. Поэтому при определении уровня аудиосигнала усреднение его выпрямленных мгновенных значений следует выполнять не с постоянным, а с переменным множителем веса, убывающим в направлении прошедшего времени. Наиболее подходящим приближением, достаточно хорошо соответствующим реальным свойствам человеческого слуха, является экспоненциальная весовая функция.
Изменяющееся во времени выпрямленное напряжение, усредненное за определенный период с заданным множителем веса и выраженное в децибелах, называется динамическим уровнем аудиосигнала.
Уровень определяется не только мгновенными значениями аудиосигнала, но и временной зависимостью множителя веса и длительностью "памяти" измерительного устройства. Поэтому, говоря об уровнях, следует обязательно учитывать временные характеристики приборов, которыми они измерены.
Если, подводя итог, ограничиться одной фразой, то можно сказать, что уровень сигнала — это результат усреднения значений сигнала. Причем усреднение производится особым образом и за определенный интервал времени.
Итак, до начала записи необходимо установить уровень сигнала, поступающего на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) звуковой карты. Сложнее всего дело с выбором уровня сигнала обстоит при записи с микрофона.
Напомним, что уровень сигнала измеряется в логарифмических единицах децибелах (дБ). Номинальный уровень соответствует 0 дБ. С одной стороны, уровень сигнала должен быть достаточно велик, чтобы разрядность звуковой карты использовалась эффективно. Если усиление тракта, предшествующего АЦП, установлено, например, таким, что в пиках уровень достигает отметки —3 дБ, это означает, что из 16 бит АЦП своей звуковой карты вы фактически используете только 15. Если максимальный уровень сигнала еще ниже, то и эквивалентная разрядность АЦП будет еще меньше.
С другой стороны, сигнал не должен превышать уровня 0 дБ. Иначе произойдет переполнение разрядной сетки АЦП, что проявит себя как очень неприятные на слух нелинейные искажения.
По этим двум причинам между микрофоном и входом звуковой карты хорошо бы включить компрессор, сужающий динамический диапазон сигнала. Фактически компрессор сглаживает разницу между самыми тихими и самыми громкими звуками. И разряды АЦП используются "с толком", и вероятность перегрузки уменьшается. Но если компрессора у вас нет, можно попросить исполнителя либо стараться петь без значительных перепадов в громкости, либо регулировать уровень записываемого сигнала путем приближения и удаления по отношению к микрофону. Правда, это требует от певца наличия определенных навыков, да и тембр голоса оказывается различным при расположении микрофона на разном удалении от источника звука.
Если у вас имеется аппаратный микшер, то уровень громкости вы можете регулировать вручную. С помощью микшера, встроенного в звуковую карту, нечего и думать об оперативном регулировании уровня сигнала. Слишком на малое число ступенек "разбита" характеристика регулятора уровня входного сигнала микшера звуковой карты. Поэтому плавной регулировки не получится. Уровень будет изменяться сразу на значительную величину. Скачки громкости будут явно заметны на слух. Однако именно с помощью микшера звуковой карты перед началом сеанса записи вам следует произвести необходимую коммутацию и установить оптимальный уровень входного сигнала. Хотя, заметим, не всегда эту удастся сделать, некоторые драйверы не предоставляют доступа к регулятору уровня входного сигнала звуковой карты. В этом случае ничего не остается, как только регулировать уровень с помощью элементов управления аппаратною микшера, подключенного к аудиовходу звуковой карты.
А теперь наступило время отыскать в Cubase SX место, где располагается измеритель уровня. Точнее говоря, таких мест несколько. Укажем для начала только два из них. Один экземпляр измерителя уровня находится в окне Cubase SX Project в секции атрибутов треков в поле каждого из треков. Им можно пользоваться в том случае, когда масштаб изображения по вертикали увеличен до максимального предела (Рисунок 1.26).

расположенном в правом верхнем углу панели Channel. В результате панель развернется (Рисунок 1.26), и мы увидим, что на ней кроме измерителя уровня располагается еще ряд элементов, относящихся к данному треку. Заметим, что среди них есть и регулятор уровня сигнала, снимаемого с выхода трека.
Если и физическое, и логическое подключения источника звукового сигнала выполнены верно и, следовательно, сигнал поступает на входной аудиопорт трека, то измеритель уровня будет функционировать. Высота светящегося столбика (индикатора уровня) будет изменяться в соответствии с изменением уровня сигнала. Значения локальных максимумов уровня будут отображаться в поле, расположенном над индикатором.
Определенная информация об уровне сигнала содержится в цвете свечения сегментов индикатора. Если верхушка индикатора в основном окрашена в желтый цвет, то это означает, что выбран оптимальный уровень. Когда индикатор не выходит за пределы синей и зеленой зоны — уровень занижен. Наличие красных всплесков свидетельствует о случаях перегрузки — уровень завышен.
Цветовое отображение информации всегда наглядно. И в данном случае разработчики тоже нашли хорошее решение, но приходится признать, что определенное неудобство составляет отсутствие разметки шкалы измерителя уровня. Те безымянные деления, что видны слева от него, относятся не к измерителю, а к регулятору. А точное значение коэффициента передачи регулятора в дБ отображается и устанавливается в поле ввода, которое находится под регулятором.

Измерители и анализаторы

1.11. Измерители и анализаторы

Заниматься записью и преобразованием звуковых данных вслепую, не измеряя их параметров, а значит и не представляя себе их свойств, нет никакого смысла. В распоряжении современного звукорежиссера имеется большое количество самых разнообразных измерительных приборов, позволяющих оперативно контролировать ход записи и редактирования звука. С их помощью можно своевременно обнаружить факт возникновения искажений, выявить то место в студийном комплексе, где возникают искажения, и выработать правильное решение, направленное на устранение искажений. И даже когда аппаратура работает нормально, то, если вы хотите получить звук высокого качества, без измерений все равно не обойтись. Наибольшую пользу способны принести те измерительные приборы, которые визуализируют какие-либо параметры звуковых колебаний. К числу таких приборов можно отнести: осциллограф, измеритель уровня сигнала, анализатор спектра, измеритель статистических характеристик сигнала и анализатор качества стереосигнала. Здесь же в силу ограниченности объема данного издания мы кратко остановимся лишь на приборах тех двух видов, виртуальные аналоги которых представлены непосредственно в программе Cubase SX: измерителе уровня сигнала и анализаторе спектра.

Эффекты и обработки

1.8. Эффекты и обработки

Использование звуковых карт, плат оцифровки звука, программ - звуковых редакторов предоставляет компьютерному музыканту довольно широкие возможности по применению в музыкальных композициях различных звуковых эффектов и приемов обработки звука. Далее мы будем различать эффекты и обработки. В чем состоит разница между ними? Обработки — это те преобразования исходного аудиосигнала, которые направлены на повышение его качества (в некотором оговоренном смысле). Примеры обработок:
шумоподавление в целях избавления от помех, сопровождающих полезный аудиосигнал; динамическая обработка уровня сигнала, позволяющая устранить случайные перепады громкости; фильтрация спектральных составляющих, необходимая для подчеркивания характерного тембра инструмента или голоса, а также для обеспечения "прозрачности" звучания композиции. Эффекты — это тоже обработки, но только такие, в результате которых у звука появляются свойства, которых у него исходно не было.
Применение эффектов не всегда приводит к улучшению объективных свойств звука. Например, эффект дистошн, широко используемый в практике гитаристов, на самом деле есть не что иное, как специально организованное сильнейшее искажение исходного сигнала, подобное тому, которое возникает при перегрузке усилителя. Но применительно к гитаре и для определенных музыкальных стилей такой эффект оказывается уместен и позволяет получить желаемый эстетический результат.
Как правило, эффекты имитируют (иногда утрированно) какие-либо природные процессы и явления, сопровождающие излучение, распространение звуковых колебаний и восприятие их человеком. Например, эффект эхо имитирует отражение звука от преграды, эффект дилэй — многолучевой характер распространения звука в ограниченном пространстве, эффект реверберация — способность помещения, с одной стороны, накапливать энергию звуковых колебаний (многократно переотражать звуковые волны), а с другой, — постепенно поглощать эту энергию, превращая ее в тепло, нагревающее поверхности помещения.
В ряде случаев бывает очень трудно отличить эффект от обработки. Скажем, за счет фильтрации можно так исказить голос человека, что он будет восприниматься звучащим из телефонной трубки. Обработка это или эффект?
Иногда эффекты и обработки применяются совместно. Например, лучшие алгоритмы реверберации учитывают различия в поглощении средой распространения звуковых волн разной длины: за счет использования частотного фильтра эффектом обрабатывается не весь спектр сигнала, а только определенная его часть.
Те эффекты и обработки, которые применяются к MIDI-сообщениям, принято называть MIDI-эффектами. Если же преобразованию подвергается оцифрованный звук, то речь идет об аудиоэффектах и аудиообработках. Эффекты и обработки могут быть встроены в программу и неотделимы от нее. В таком случае они способны функционировать лишь в составе конкретного музыкального или звукового редактора.
Эффекты и обработки могут быть реализованы в виде специализированных программ. Для выполнения необходимых преобразований MIDI- или аудио-данные должны быть импортированы в подобные программы.
Однако наибольшее распространение получили MIDI- и аудиоплагины — модули, подключаемые к программе-хосту. Такое решение позволяет практически безгранично наращивать возможности основной программы. Программа как бы непрерывно обновляется и совершенствуется без какой-либо переработки ее кода и интерфейса. К Cubase SX аудиоплагины подключаются посредством интерфейса прикладных программ VST. Имеется также возможность подключать DirectX-эффекты.

Эффекты основанные на задержке сигнала

1.9.2. Эффекты, основанные на задержке сигнала

В этом разделе мы познакомим вас с сущностью ряда эффектов, основанных на задержке сигнала, таких как:
Дилэй (Delay) Флэнжер (Flanger) Фэйзер (Phaser) Хорус (Chorus) Реверберация (Reverb) О реализации данных эффектов в Cubase SX речь пойдет в главе 13.

Канальный модуль

1.6.1. Канальный модуль

На панели канального модуля сосредоточено большинство элементов управления микшером. Канальный модуль позволяет:
подключать к микшеру источник звука (микрофон, а также электрогитару, синтезатор, магнитофон, CD-плеер и другие линейные источники сигналов); управлять уровнем громкости источника; осуществлять коррекцию частотных характеристик сигнала с помощью эквалайзера; направлять сигналы на выходы системы (основной и мониторный); направлять сигналы на дополнительные шины подключения эффектов (шины Aux). В каждом канальном модуле есть средства выбора различных источников (микрофонный/линейный) и предоставляется возможность установить предварительное усиление для каждого из них. Обобщенная функциональная схема канального модуля представлена на Рисунок 1.16.

Классический спектр

Начать разбираться в сущности спектральных представлений лучше с разложения в ряд Фурье периодического сигнала. Всякая периодическая функция (с ограничениями, носящими абстрактный характер) может быть представлена в виде разложения в ряд по тригонометрическим функциям

(1.1)

Таким образом, периодическая функция s(t) представлена суммой слагаемых, каждое из которых есть не что иное, как косинусоидальное колебание с амплитудой сk и начальной фазой

.
Совокупность коэффициентов сk называется амплитудным спектром сигнала, а

— фазовым спектром.
Частоты всех синусоидальных колебаний, из которых составляется периодическая функция s(t), кратны основной частоте F =1/Т. Отдельные составляющие называются гармониками. Колебание с частотой F называется первой гармоникой (k = 1), с частотой 2F— второй гармоникой (k = 2) и т. д.
Ряд Фурье дает разложение периодической функции по тригонометрическим функциям. Это разложение можно применить и к непериодической функции, которую рассматривают как предельный случай периодической функции при неограниченном возрастании периода.
Если Т->

, то F-> df, a 2pk/T-> w (параметр w— круговая текущая частота, изменяющаяся непрерывно). Не хотелось бы здесь рассказывать подробно обо всех математических преобразованиях, которые необходимо выполнить при таком предельном переходе. Поэтому сразу приведем итоговые формулы, которые являются основными соотношениями теории спектров. Они представляют собой пару преобразований Фурье, связывающих между собой две функции: вещественную функцию времени s(t) и комплексную функцию частоты G(w):

Формула (1.2) называется интегралом Фурье в комплексной форме. В данном случае предполагается, что функция непериодическая, поэтому она может быть представлена только суммой бесконечно большого числа бесконечно близких по частоте колебаний с бесконечно малыми амплитудами.
Если ряд Фурье представляет периодическую функцию суммой хотя и бесконечного числа синусоид, но с частотами, имеющими определенные дискретные значения, то интеграл Фурье представляет непериодическую функцию суммой синусоид и косинусоид с непрерывной последовательностью частот. Иногда говорят, что в .составе непериодического сигнала есть колебания всех частот. В случае непериодического сигнала говорить об амплитудах отдельных спектральных составляющих нет смысла, т. к. это бесконечно малые величины. На самом деле параметр G(w) выражает не непосредственно амплитуду, а так называемую спектральную плотность. Обычно эту деталь опускают и называют G(w) комплексным спектром непериодической функции, а абсолютное значение этой величины — просто спектром.
В специальной литературе можно найти теоремы, позволяющие облегчить спектральные преобразования сигналов, а также соотношения и графики, описывающие спектры сигналов различной формы.

Квантование сигнала по уровню

Рисунок 1.10. Квантование сигнала по уровню и искажения при клиппировании сигнала

Из Рисунок 1.10 видно, что в случае превышения сигналом значения самого верхнего уровня квантования ("старшего" кванта), а также в случае, когда значение сигнала оказывается меньше нижнего уровня квантования ("младшего" кванта), т. е. при ограничении сигнала, возникают искажения. Они могут быть гораздо более заметными по сравнению с шумом квантования.
Для исключения искажений этого типа динамические диапазоны сигнала и АЦП должны соответствовать друг другу.
Следует упомянуть еще об одном заблуждении. Иногда им грешат даже профессиональные звукорежиссеры. Они утверждают примерно следующее: "Поведение восстановленного сигнала в промежутках между отсчетами не определено, он может изменяться произвольным образом". Однако, говоря так, они забывают о том, что спектр аналогового сигнала, подвергающегося цифроаналоговому преобразованию, обязательно должен быть ограничен. Поэтому при аналого-цифровом преобразовании его значения между дискретными отсчетами не могут быть произвольными и поддаются однозначному восстановлению по этим отсчетам.
Довольно часто изготовители, доказывая преимущество своих звуковых карт, подчеркивают такое обстоятельство, как наличие у звуковой карты цифрового входа и/или выхода. Действительно, если звуковая карта имеет выход, на который сигналы поступают не в аналоговой (после ЦАП), а в цифровой форме, это позволяет уменьшить искажения, связанные с дополнительными преобразованиями при дальнейшей цифровой обработке сигнала вне звуковой карты.
В соответствии с концепцией виртуальной студии звукозаписи вся обработка должна выполняться средствами одного PC. С помощью этого же PC можно получить и конечный продукт — компакт-диск. ЦАП высокого качества нужен только лишь для мониторинга, т. е. для того, чтобы слышать происходящее в виртуальной студии. Наличие цифрового выхода в виртуальной студии дает преимущества только тогда, когда требуется выполнить запись на DAT или подключить высококачественные акустические мониторы, снабженные цифровым входом.
Наличие цифрового входа в виртуальной студии может быть актуальным в том случае, если вас не устраивает качество работы встроенного в звуковую карту АЦП и вы хотите использовать более качественный внешний АЦП. Кроме этого, цифровой вход может быть полезен, если требуется "перегнать" запись с DAT в PC.
Шум квантования. Как с ним бороться? Если для представления звука использовать 24- или 32-битные отсчеты, то о шуме квантования можно забыть (так он слаб). Да вот беда — основным потребительским аудиоформатом является формат компакт-дисков: 16 бит/44,1 кГц/стерео. Поэтому разрядность представления звуковых данных приходится понижать. Даже при 16-битном разрешении звука шум квантования неуловимо мал, тем не менее, он обладает одной пренеприятнейшей особенностью: этот шум коррелирован с полезным сигналом. Именно шум квантования принимает самое активное участие в формировании негативного образа цифрового звука в умах людей — он плоский, металлический, пластмассовый и т. п. Как только раньше ни называли 16-битный звук! Так было до появления специальных методов обработки цифрового звука, называемых дитерингом (dithering) и нойзшейшнгом (noise shaping). Суть дитеринга состоит в том, что до понижения разрядности к полезному сигналу подмешивается очень слабый специфичный шум. В результате шум квантования попросту забивается этим шумом, который в силу своих статистических свойств гораздо меньше действует на психику человека. Конечно, в результате получается более шумная запись, но шум этот, как и шум квантования, практически неуловим на слух.
Еще один метод борьбы с шумом квантования, нойзшейпинг, заключается в применении специальных алгоритмов округления значений звуковых отсчетов при понижении разрядности. После применения нойзшейпинга большая часть энергии шума квантования сосредоточена в области высоких частот, к которым человеческий слуховой аппарат наименее восприимчив. Обычно нойзшейпинг применяется совместно с дитерингом..
Есть еще комплекс проблем: транкейт (от truncate — усечь) — то, что раньше мы называли понижением разрядности цифрового звука. Был сигнал 24-битным, стал 16-битным — произошел транкейт. С одной стороны, понижение разрядности цифрового звука дело обычное. Стоило ли вводить специальный термин? Однако термином truncate обозначают целый комплекс проблем, возникающих при работе с цифровым звуком, разрядность которого больше 16. Прежде всего, это неконтролируемое вами понижение разрядности (оно происходит втайне от вас или вы просто не обратили на него внимания). Допустим, сигнал проходит через три соединенных последовательно цифровых устройства обработки звука. Пусть для их соединения используется интерфейс S/PDIF. Внешне все кажется нормально: три красивых прибора соединены стандартными кабелями, все работает. Что еще нужно? Но кто-то из людей, коммутирующих эти устройства между собой, не разобрался в том, что только первый и последний приборы данной цепочки 24-битные, а средний 16-битный. Эти приборы легко нашли между собой язык: каждый из 24-битных приборов при установлении связи по S/PDIF выяснил, что подключен к 16-битному устройству и переключился в соответствующий режим. В результате при передаче сигнала от первого устройства ко второму произошел транкейт, причем персонал студии этого даже и не заметил. А как вы уже знаете, шум квантования 16-битного сигнала — вещь не очень приятная. Если в процессе обработки фонограммы транкейт происходит неоднократно, то качество звучания будет постепенно понижаться.
Вы скажете, что у вас нет своей цифровой студии с оборудованием стоимостью в десятки тысяч долларов. Но проблема транкейта может подстерегать вас и в персональной студии звукозаписи на базе PC. Обработали свой 24-битный WAV-файл 16-битным plug-in-модулем реверберации — вот вам и транкейт.
Единственный способ борьбы со случайным транкейтом — внимательно читайте инструкции, поставляемые с оборудованием. Что же касается программ, plug-in-модулей в частности, то для контроля за ними существуют специальные утилиты.

Локаторы

В программе Cubase SX имеются локаторы, выполняющие различные функции. Этих локаторов два — левый и правый (Left Locator, Right Locator). Если вы нажимаете на транспортной панели кнопку (Record), когда программа находится в режиме останова, то запись начнется от места, обозначенного левым локатором. Положения локаторов указаны графически на линейке в верхней части окна проекта (локатор можно перемещать вдоль линейки, ухватившись за него курсором мыши), а также цифрами в левой части транспортной панели (Рисунок 1.46).

Мастермодуль

1.6.3. Мастер-модуль

В мастер-модуле микшера сосредоточены регуляторы уровня левого и правого каналов, регулятор панорамы стереомикса, измеритель уровня сигнала на выходе микшера. Здесь же, как правило, находится и регулятор уровня микса, поступающего на тот выход микшера, к которому подключены контрольные мониторы или наушники.
Разумеется, от модели к модели микшера состав элементов коммутации и управления варьируется. Микшеры отличаются количеством каналов (и моно, и стерео), но рассмотренные элементы, как правило, есть во всех микшерах.
Практически все MIDI- и аудиоредакторы содержат виртуальные микшеры, более или менее успешно имитирующие своих железных собратьев. Не является исключением и Cubase SX.
Ко многим звуковым картам прилагаются драйверы, по существу являющиеся специализированными виртуальными микшерами.

Методы синтеза звуков Синтезаторы и сэмплеры

1.5. Методы синтеза звуков. Синтезаторы и сэмплеры

Начало относительно широкого использования возможностей электротехники (а в дальнейшем и электроники) в музыке относится к середине 30-х годов XX века. В этот период Л. Хаммонд запатентовал электрический орган, представлявший собой набор электромеханических генераторов, каждый из которых вырабатывал колебания с частотой, соответствующей частоте одной из нот. Для исполнителя же, в конечном счете, самым важным в этом инструменте было то, что управление органом Хаммонда осуществлялось с помощью привычной органной клавиатуры. В те времена от такого электрического инструмента требовалось, в основном, чтобы его звучание было максимально похоже на звучание старшего брата — духового органа.

Мгновенный спектр

Текущий спектр — только мостик от частотного к временному описанию процесса. Представьте себе, что вы анализируете текущий спектр от начала до конца музыкального произведения, не слыша его. Вполне возможно, вы получите такой график спектральной функции, что в среднем за время анализа спектр будет выглядеть относительно широким. Рассматривая график, можно прийти, например, к следующему выводу: произведение исполняется одновременно на нескольких инструментах. В тембре звучания одних инструментов преобладают низкочастотные, других — средне- и высокочастотные составляющие.
Потом вы выводите сигнал на акустическую систему и оказывается, что это запись дуэта мужчины и женщины в сопровождении фортепиано. На самом деле тембр звука периодически меняется. Пока звучит баритон, в нем преобладают бархатные низкочастотные составляющие, а когда диалог продолжает сопрано, кажется, что звенит колокольчик. Но все эти нюансы оказались усреднены, сглажены, завуалированы в ходе спектрального анализа.
Для чего же нужны тогда все эти измерения спектра, если они не дают достоверной картины реального развития тембра музыкального произведения? На основе такого анализа трудно построить детальную стратегию последующей обработки фонограммы. Все дело в том, что не только спектр, вычисленный на бесконечном временном интервале, но и текущий спектр — слишком грубый инструмент в тех случаях, когда анализируемый процесс не стационарен. Для того чтобы сблизить частотное и временное представления сигнала, было введено понятие мгновенный спектр. Мгновенный спектр — это спектр короткого отрезка процесса длительностью

T, непосредственно предшествующего данному моменту времени t.
В этом определении мы имеем дело со скользящим интегрированием: интервал интегрирования имеет постоянную длину, но перемещается по оси времени. А вот относительно текущего времени этот интервал расположен неизменно.
Страшно далеко это определение спектра от того, что давно придумали великие математики. И все же в руках звукорежиссера именно мгновенный спектр является наиболее эффективным инструментом анализа свойств записываемого или уже записанного звука. Все дело в том, что реальные звуковые сигналы, с которыми нам приходится сталкиваться, одинаково непохожи на обе крайние математические абстракции — бесконечное во времени сверхузкополосное синусоидальное колебание и бесконечный в частотной области (сверхширокополосный) белый шум.
Музыка, которую создают с помощью синтезатора, отличается особенно заметной нестационарностью тембра. Может быть, именно поэтому в звуковых редакторах уже давно используются средства анализа текущего и мгновенного спектра.

MIDI аппаратная составляющая Подключение

1.1. MIDI: аппаратная составляющая. Подключение MIDI-клавиатуры к звуковой карте

Подключение MIDI-клавиатуры к звуковой карте, установленной в компьютер, осуществляется посредством MIDI-интерфейса. Для того чтобы выполнить необходимые соединения, совсем не обязательно вызывать специалиста. Вы в состоянии сделать это сами. А все, что необходимо знать о MIDI-интерфейсе, вы сейчас прочтете.

MIDIсеквенсор Дискретная шкала времени

1.3. MIDI-секвенсор. Дискретная шкала времени

Итак, посылая MIDI-сообщения, можно управлять работой синтезатора, передавать ему команды, определяющие момент начала извлечения определенной ноты, ее длительность, а также значения множества параметров синтеза звука. Эти команды можно посылать в реальном времени, нажимая клавиши MIDI-клавиатуры и изменяя положения различных регуляторов и переключателей, расположенных на ней. Но можно поступать и по-другому: заранее записать всю последовательность действий, преобразованных в MIDI-сообщения, в запоминающее устройство, а позже, когда в этом возникнет необходимость, считать MIDI-сообщения из запоминающего устройства и направить их в синтезатор. Причем вводить данные в запоминающее устройство можно с помощью все той же MIDI-клавиатуры. Что дает такое промежуточное звено? Возникают, как минимум, пять принципиально важных возможностей.
1. При записи сообщений можно играть на MIDI-клавиатуре в значительно меньшем темпе, чем требуется при исполнении конкретного произведения, а воспроизводить запись — быстрее. В итоге с любой композицией, сколь сложной она ни была бы, справится любой человек, даже не обладающий навыками игры на музыкальном инструменте.
2. Записанные данные можно подвергать редактированию в целях устранения исполнительских погрешностей или придания исполнению определенного стиля.
3. Можно записывать не всю партию, а только ту ее часть, которая составляет один период. Например, можно записать один куплет и один припев, а затем скопировать эти две части и в необходимом количестве экземпляров вставить в партию.
4. Можно поочередно записать все партии и скомпоновать из них цельное музыкальное произведение.
5. В небольшом по объему запоминающем устройстве можно хранить очень много продолжительных композиций. Ведь MIDI-сообщение не передает сам звук или какие-то его характеристики, а только команды, которые выполняются устройством-получателем.
Программа, предназначенная для записи, редактирования и воспроизведения последовательности MIDI-сообщений, называется MIDI-секвенсором.
Конечно, существуют и аппаратные секвенсоры. Некоторые из них выполнены в виде отдельного устройства, а другие входят в состав синтезаторов. Программные секвенсоры выгодно отличаются от аппаратных. Наглядность отображения данных, неограниченное количество композиций и партий в композициях, сохраняемое в памяти, развитые средства редактирования — вот неполный перечень их преимуществ.
Совокупность данных, с которыми работает секвенсор, называют сонгом или проектом. Кроме последовательности MIDI-сообщений в проекте может храниться всевозможная дополнительная информация: начальные установки секвенсора и синтезатора, названия отдельных партий, данные автоматизации (например, команды управления микшером), ссылки на другие данные (не относящиеся к MIDI). Проект можно сохранить в памяти компьютера в виде файла.
Современные программные MIDI-секвенсоры, как правило, входят в состав музыкальных редакторов, которые позволяют работать не только с MIDI-сообщениями, но также и со звуком, представленным в цифровой форме, и даже с оцифрованным изображением. Как вы уже знаете, к числу программ с наиболее развитыми средствами редактирования MIDI- и аудио-данных принадлежит и Cubase SX.
MIDI-сообщения дискретны по своей сути. И дело не только в том, что каждое сообщение выражается числом, которое может принимать только строго определенные значения. Существенно также, что поток MIDI-сообщений дискретен во времени. Они не могут передаваться непрерывно. Передача и обработка элементарных сигналов в MIDI осуществляется с конечной скоростью в определенные тактовые моменты, привязанные к началу передачи сообщения. Причем непосредственно в аппаратной части интерфейса сообщения передаются только последовательно: одно за другим, без какого-либо перекрытия во времени. Когда вы приступите к изучению MIDI-редакторов программы Cubase SX, то у вас может создаться впечатление, что в секвенсоре параллельно существует несколько потоков MIDI-сообщений. Но это кажущаяся параллельность. Такая иллюзия возникает только из-за того, что информация в MIDI-редакторе визуально отображается как несколько расположенных параллельно треков, на каждом из которых записывается и редактируется какая-нибудь одна партия. На самом деле данные со всех этих треков, сколько бы их ни было, хоть тысяча, передаются синтезатору последовательно через все тот же соединитель MIDI-интерфейса: два проводника. Конечно, в системе может быть и не один MIDI-интерфейс, а несколько, и не один синтезатор, а тоже несколько, но сейчас речь не об этом.
Предположим, что на MIDI-клавиатуре взят и записан в секвенсор аккорд из трех нот. Это значит, при воспроизведении композиции 3 ноты должны зазвучать одновременно. Однако соответствующие сообщения секвенсор передаст синтезатору не одновременно, а одно за другим. Скорость передачи сообщений по MIDI выбрана такой, что на слух временное рассогласование будет незаметно, но нужно понимать, что оно принципиально неустранимо. А если в композиции сотня партий, причем в доброй половине из них записаны аккорды? Не исключено, что в этом случае не только станет заметным рассогласование во времени между звучанием тех нот, которые вообще-то должны браться одновременно, но наступят и более неприятные последствия. Может оказаться, что интерфейс (речь идет о MIDI) еще не успеет передать все сообщения, относящиеся к одному моменту (ноты, которые должны, к примеру, звучать в первой четверти), как уже нужно будет передавать сообщения, соответствующие следующему моменту (пойдет вторая четверть и должны быть сыграны следующие ноты). Интерфейс окажется перегруженным. Если при исполнении задействованы контроллеры непрерывного (точнее говоря, квазинепрерывного) действия (связанные со слайдерами, рукоятками, колесами и т. п.), которые создают не поток, а целый океан сообщений, то перегрузка интерфейса возможна даже при небольшом количестве партий и одновременно исполняемых нот.
Когда разрабатывались требования к стандарту MIDI, никто, вероятно, и предположить не мог, что через четверть века скорость обмена данными внутри компьютера будет измеряться гигабитами в секунду, и MIDI-интерфейс станет настоящим тормозом, самым узким местом в компьютерной системе обработки музыки.
Для того чтобы уменьшить вероятность возникновения перегрузки MIDI-интерфейса, разработчики сознательно ограничивают разрешающую способность секвенсоров по времени. Она выбирается, исходя из двух противоречивых условий. С одной стороны нужно, чтобы дискретность записи и передачи сообщений не препятствовала музыканту в выражении самых тончайших ритмических нюансов. Для этого временная шкала секвенсора должна быть поделена на очень короткие отрезки. С другой стороны требуется, чтобы для произведений, типичных с точки зрения насыщенности музыкальными партиями, перегрузка MIDI-интерфейса не возникала или возникала бы, но с очень малой вероятностью.
Шкала времени секвенсора образована на основе трех единиц измерения: музыкальных тактов, музыкальных долей и тиков.
Самая большая единица здесь — такт. Доля составляет определенную часть такта. Это привычные для музыканта понятия. Такие единицы измерения временных интервалов оказываются особенно полезными при работе с секвенсором посредством специального транслятора MIDI-сообщений в графические символы нотного письма — нотного редактора или нотатора. Нотатор способен отображать ноты и паузы той длительности, которая не короче выбранной величины доли. В Cubase SX выбирать величину доли можно в пределах от половинной с точкой до шестьдесятчетвертой триоли. Для традиционной нотной записи партитур этого более чем достаточно. Ноты и паузы, короче шестьдесятчетвертой триоли в нотной записи не отображаются. Хотя реально в секвенсоре можно записать значительно более короткие звуки, с существенно меньшим шагом во времени. Разрешающая способность секвенсора равна одному временному кванту, который носит название тик.
Тик составляет определенную очень маленькую часть четвертной доли такта.
Чем больше в доле тиков, тем тоньше ритмические нюансы, которые удастся записать. В Cubase SX разрешающая способность секвенсора составляет 480 тиков в четвертной доле, 120 тиков соответствуют шестнадцатой ноте. Это ювелирный инструмент музыканта: получается, что можно записать ноту (или паузу) в 120 раз короче шестнадцатой!

MIDIсигналы в разъеме игрового порта звуковой карты

1.1.5. MIDI-сигналы в разъеме игрового порта звуковой карты

Следует заметить, что у звуковых карт, как правило, отсутствуют стандартные MIDI-разъемы. Это связано с тем, что габариты не позволяют разместить их в прорезях на задней стенке компьютера, предназначенных для закрепления плат расширения. "Полуфабрикаты" MIDI-сигналов (MIDI RXD и MIDI TXD) выводятся на контакты разъема игрового порта (Рисунок 1.5).
Для правильной ориентации в номерах контактов нужно учесть, что разъем показан таким, каким он представлялся бы наблюдателю, сидящему внутри компьютера. Не очень удобная точка наблюдения, но именно ей соответствует рисунок, обычно приводимый в описании звуковой карты. Чтобы не запутать вас, на Рисунок 1.5 мы не стали менять направления взгляда.

Musical Instrument Digital Interface (MIDI)

1.1.1. Musical Instrument Digital Interface (MIDI)

Начнем со слова "интерфейс". Интерфейс (Interface) — система унифицированных связей и сигналов, посредством которых устройства или программы взаимодействуют между собой.
Musical Instrument Digital Interface (MIDI) — цифровой интерфейс музыкальных инструментов. Стандарт на интерфейс создан ведущими производителями музыкальных инструментов: Yamaha, Roland, Korg, E-mu и др.
Различают аппаратный MIDI-интерфейс и формат MIDI-данных. Аппаратный интерфейс используется для физического соединения источника и приемника сообщений, формат данных — для создания, хранения и передачи MIDI-сообщений. Вопросы, связанные с форматом данных, мы рассмотрим в разд. 1.2, а сейчас познакомимся с аппаратной составляющей MIDI-интерфейса.
MIDI-интерфейс — это старт-стопный последовательный асинхронный интерфейс "токовая петля".
Словосочетание "старт-стопный" означает, что в каждом передаваемом сообщении обязательно должны содержаться признаки того, что процесс передачи начат (сигнал "Старт") и завершен (сигнал "Стоп").
В последовательном интерфейсе двоичные данные передаются не одновременно, а поочередно (последовательно).
Асинхронность интерфейса состоит в том, что начало передачи данных в нем не привязано к какому-либо определенному моменту времени. Передача осуществляется тогда, когда в этом возникает необходимость. Нажали на клавишу — в интерфейсе появилось сообщение об этом.
Передающая сторона интерфейса активна, на ней имеется источник тока и коммутирующий элемент (в конечном счете, выключатель), а приемная — пассивна, на ней расположен только прибор-приемник тока. Принцип токовой петли заключается в том, что как только цепь выключателя будет замкнута, ток через нее потечет от положительного полюса источника (на передающей стороне) через "прямой" соединительный проводник кабеля, далее через приемник тока (на приемной стороне) и по "обратному" проводнику кабеля возвратится на приемную сторону ("втечет" в отрицательный полюс источника). Вот вам и токовая петля. Проходя сквозь приемник, ток выполнит предписанную ему роль: приведет в действие чувствительный элемент, в результате чего в приемнике и будет зафиксирован пришедший сигнал.

Музыкальное время в Cubase SX

В Cubase SX счет музыкального времени организован своеобразно. Рассмотрим для примера показания счетчика, который находится на транспортной панели и отображает положение указателя текущей позиции (Рисунок 1.47).

Настройка уровня сигнала

Последнее, что осталось сделать до начала записи, — установить уровень сигнала, поступающего на аналого-цифровой преобразователь звуковой карты. О теоретических основах измерения уровня сигнала мы рассказали в разд. 1.11.1. Сейчас пришло время практики. С помощью микшера звуковой карты вам следует произвести необходимую коммутацию и установить оптимальный уровень входного сигнала. Пытаться подробно описывать эту процедуру нет смысла, так как звуковые карты и соответствующие им драйверы микшеров могут быть самыми разными. Контролируется уровень с помощью измерителя уровня сигнала программы Cubase SX (Рисунок 1.26).
После завершения всех подготовительных операций наконец-то можно и приступить непосредственно к записи звука на аудиотрек.
В поле трека (или на панели инспектора) окна Cubase SX Project нажмите маленькую кнопочку (Enable Record), она окрасится в красный цвет, что означает готовность трека к записи. После этого певец должен прочистить горло, устроиться удобнее перед микрофоном, набрать в легкие воздух и ждать, когда вы нажмете кнопку (Record) на транспортной панели программы Cubase SX. Нажимайте! Поле трека стало красным. Зазвучал аккомпанемент, песня полилась.
Итак, мы рассказали начинающим компьютерным музыкантам о том, как выполнить самые необходимые операции: подключить MIDI-клавиатуру и микрофон к звуковой карте, загрузить, сохранить и воспроизвести файл с проектом, записать MIDI- и аудиотреки. А теперь приступим к детальному изучению возможностей программы Cubase SX.

Назначение некоторых контактов разъема игрового порта

Рисунок 1.5. Назначение некоторых контактов разъема игрового порта

Большинство контактов предназначено для подключения джойстика, однако, они нас сейчас не интересуют. Обратите внимание на следующие контакты:
4, 5 — соединенные с общим проводом блока питания компьютера или, как иногда говорят, с корпусом, с землей (на схемах это соединение обозначают GND); 1, 8, 9 — соединенные с выводом +5 В источника питания компьютера; 15 — на который из внешних цепей должен поступать сигнал MIDI RXD (Receiver Data); 12 — с которого во внешнюю цепь снимается сигнал MIDI TXD (Transmitter Data). Наличие контактов 12 и 15, а также соответствующих им сигналов позволяет производителям и продавцам утверждать, что данная звуковая карта снабжена интерфейсом MIDI. Однако на деле сигналы MIDI TXD и MIDI RXD следует рассматривать как полуфабрикаты настоящих MIDI-сигналов. С их помощью можно принимать и передавать информацию, представленную стандартными для компьютеров значениями напряжения (говорят, уровнями транзисторно-транзисторной логики — TTL). И даже если заменить один из пятиконтактных разъемов MIDI-кабеля на разъем, соответствующий тому, что изображен на Рисунок 1.8, то подключить через этот кабель синтезатор к звуковой карте не удастся. Дело в том, что сигнал MIDI TXD не будет правильно восприниматься светодиодом, с помощью которого в интерфейсе MIDI передают полезные сигналы и прерывают гальваническую связь MIDI-устройств друг с другом.
Для подключения звуковой карты к MlDI-устройствам необходим переходной кабель-адаптер, содержащий оптронную развязку.
При соединении MIDI-устройств нужно придерживаться несложного правила: кабель не должен соединять одноименные разъемы двух устройств, т. е. нельзя соединять MIDI Out одного устройства с MIDI Out другого, также MIDI In с MIDI In. Однако если вы случайно ошиблись, ничего страшного не случится: в схеме MIDI-интерфейса есть необходимая защита.
А вот один кабель или два следует протягивать между MlDI-устройствами, зависит от того, что это за устройства и в каких целях они используются.
Сначала рассмотрим наиболее вероятную ситуацию. Допустим, вы приобрели MIDI-клавиатуру и хотите подключить ее к звуковой карте, воспользовавшись MIDI-интерфейсом. Нет ничего проще, однако прежде необходимо разобраться, чем же отличается MIDI-клавиатура от клавишного электронного музыкального инструмента (синтезатора). Последний содержит и клавиатуру, и блок синтеза, поэтому в состоянии самостоятельно формировать звуки. Все современные синтезаторы оснащены MIDI-интерфейсом. MIDI-клавиатура не обладает способностью синтезировать звук. Она предназначена лишь для того, чтобы посредством MIDI-интерфейса управлять работой внешнего (по отношению к ней) синтезатора. Это, прежде всего, наиболее дешевый вариант совместного использования нескольких синтезаторов. В этом случае они могут не иметь собственных клавиатур, чем и определяется их относительно низкая стоимость. Синтезатор, который не имеет собственной клавиатуры, принято называть тон-генератором.

Немного истории

1.12.1. Немного истории

Первые эксперименты по получению объемного звучания (с помощью трех — семи каналов) проводились еще в 30-е годы прошлого века. Сравнительные испытания многоканальных и монофонических систем дали удивительные результаты. Было установлено, что при воспроизведении даже 2-х раздельных каналов субъективное качество звука резко улучшается. А самое поразительное заключается в том, что эксперты предпочитали стереозвук даже в тех случаях, когда им предъявляли объективно более качественные, но монофонические фонограммы. Решающим преимуществом стала возможность пространственной локализации кажущихся источников звука (Рисунок 1.33).

Note — сообщение о нажатии MIDIклавиши

1.2.1. Note — сообщение о нажатии MIDI-клавиши

Note — это сообщение о том, что нажата клавиша MIDI-клавиатуры. Параметры сообщения — нота (используется символьное обозначение), громкость и длительность.
Сообщения Note формируются программой на основе стандартных канальных MIDI-сообщений Note On (включение ноты) формата 9k nn vv и Note Off (выключение ноты) формата 8k nn vv, где k — номер MIDI-канала, nn — номер ноты, w — скорость (Velocity) нажатия клавиши (в Note On), no умолчанию соответствующая громкости звучания ноты, или скорость ее отпускания (в Note Off). Причем числа 9k, 8k, nn и w — шестнадцатеричные.
Сообщение о включении/выключении ноты MIDI-клавиатура генерирует при нажатии/отпускании клавиши. При этом MIDI-синтезатор включает/ выключает генератор соответствующего звука.
В MIDI номер ноты задается абсолютным номером полутона в диапазоне 0-127, причем центральной фортепианной клавише — ноте до первой октавы — соответствует десятичный номер 60. В соответствии с принятой стандартом MIDI нумерацией октав (с нуля) эта нота имеет обозначение С5. Однако в Cubase SX система нумерации MIDl-октав несколько иная: отсчет октав начинается не с 0, а с —2. Поэтому центральная нота обозначена как СЗ.
Скорость (Velocity) нажатия/отпускания клавиши характеризуется десятичным числом от 0 до 127. Скорость нажатия соответствует силе удара по клавише. Чувствительная к скорости нажатия (динамическая) клавиатура выдает реальные значения этого параметра. Нечувствительная — значения 64 (десятичные).
Сообщение Note On с параметром vv = 00 эквивалентно сообщению Note Off для этой же клавиши. В простых синтезаторах информация о скорости нажатия клавиши используется для управления громкостью извлекаемого звука, в более сложных — еще и для управления фильтрами (например, большей громкости соответствует более звонкий звук) либо для выбора нужного сэмпла.
Хотя MIDI-клавиатурой формируются два сообщения (Note On и Note Off), программа преобразует их в одно типа Note, с тремя временными параметрами: временем включения ноты (нажатия MIDI-клавиши), временем выключения ноты (отпусканием MIDI-клавиши) и продолжительностью удержания MIDI-клавиши нажатой. Независимыми являются только два параметра.

Ноты

1.7.4. Ноты

Итак, Cubase SX допускает представление и редактирование музыки в различных формах. Но редактор не имел бы права именоваться музыкальным, если бы не позволял оперировать привычными нотами и символами нотного письма. Для этого в состав программы входит нотный редактор, нотатор.
Самое главное свойство MIDI-нотатора (окно редактора Score Editor, Рисунок 1.21), в котором музыкальная информация отображается в нотной форме, заключается в том, что можно не только читать нотную запись, но и воспроизводить ее звучание.
И еще одна важная особенность: ноты записываются несколькими способами. Например, щелкаете кнопкой мыши на линейках нотного стана, наигрываете партию на MIDI-клавиатуре.
Для того чтобы открыть окно Score Editor, воспользуйтесь командой главного меню MIDI > Open Score Editor. Окно нотатора похоже на страничку нотной тетради: нотные станы, поделенные на такты.
В любом месте можно вставить или удалить такт, обозначить необходимые ключевые знаки.
С помощью инструмента (Draw) записывают ноты любой длительности, пунктирные ноты, триоли, другие символы нотного письма. С помощью инструмента (Erase) исправляют ошибки.
Для тех, кто неуверенно ориентируется, на какой линейке в том или ином ключе располагается определенная нота, в программе предусмотрена подсказка. В ней содержится обозначение ноты, соответствующей положению курсора мыши.

Обобщенная функциональная схема канального модуля

Рисунок 1.16. Обобщенная функциональная схема канального модуля

Канальный эквалайзер служит для управления частотной характеристикой входного сигнала как в целях ее коррекции, так и для достижения определенного художественного эффекта.
Фейдер канала позволяет оперативно регулировать уровень сигнала.

Оцифровка звука

1.4. Оцифровка звука

Для получения приемлемого качества записи компьютерной музыки необходимо пользоваться аппаратурой, способной его обеспечить. К параметрам, от которых это зависит, относятся, в первую очередь:
Разрядность аналого-цифрового и цифроаналогового преобразователей звуковой карты; Диапазон частот дискретизации. Разрядность звуковой карты существенно влияет на качество звука. Однако перед тем как перейти к более детальному обсуждению этого вопроса, следует пояснить, что речь идет о разрядности аналого-цифрового преобразователя (АЦП) (Analog/Digital Converter — ADC) и цифроаналогового преобразователя (ЦАП) (Digital/Analog Converter — DAC).
Звуковые карты двойного назначения имеют в своем составе одновременно два функционально независимых узла: синтезатор и устройство оцифровки звуковых сигналов, поступающих с внешнего источника. В каждый из узлов входит как минимум по одному ЦАП. В устройстве оцифровки, кроме того, имеется АЦП. Некоторые полупрофессиональные звуковые карты оборудованы 24-битными ЦАП/АЦП. Звуковые редакторы, работая с любыми звуковыми картами, в том числе и 16-битными, в процессе преобразований отсчетов сигнала используют арифметику с разрядностью двоичного представления числа, превышающей 16. Это позволяет уменьшить погрешность, накапливающуюся в процессе выполнения сложных алгоритмов обработки, которая в противном случае проявлялась бы как искажение звука.

Окно Cubase SX Project

Рисунок 1.17. Окно Cubase SX Project

Итак, треки Cubase SX представляют собой графические объекты, созданные для удобства пользователя. Нагляднее и удобнее каждому инструменту назначать отдельный трек. Хотя на одном и том же треке, в принципе, могут располагаться партии разных инструментов. С помощью специального MIDI-сообщения в заданном месте трека можно подать синтезатору или сэмплеру команду смены инструмента. Однако команда для смены выходного MIDI- или аудиопорта не существует.
На самом деле вряд ли удастся выделить внутри компьютера или внутри программы что-то, напоминающее звуковую дорожку на магнитной ленте. Скорее всего, эта информация не только разбросана по разным адресам, но и сами адреса непрерывно меняются. Но для пользователя трек остается треком. При нотном представлении это проявляется в том, что каждому инструменту отводится свой нотоносец. С каждым треком ассоциирован отдельный модуль виртуального микшера.
В одном предельном случае часть — это одно сообщение, в другом — все сообщения, размещенные на одном треке.
Части же, расположенные на треках, имеют вполне определенный смысл — хранение фрагмента композиции, принадлежащего одному треку. Приведем примеры того, что может быть содержанием части:
один или несколько тактов; логически завершенный фрагмент трека, относящийся, скажем, к куплету или припеву; все сообщения, принадлежащие одному треку. Последний пример не имеет особого смысла, поскольку полезный эффект от существования частей можно получить лишь в первых двух случаях. На Рисунок 1.17 показан пример проекта Cubase SX, полученного путем импорта MIDI-файла. Структура MIDI-файла такова, что MIDI-сообщения хранятся непосредственно на треках. Однако в процессе их импорта Cubase SX создает части, поскольку в проекте данной программы хранение MIDI-сообщений вне частей не предусмотрено. В результате мы получили такую картину: на каждом непустом треке имеется по одной части, в которую собраны все сообщения данного трека. Кстати, существуют MIDI-файлы такого формата (MIDI Format 0), в котором вообще отсутствуют треки. Все сообщения, адресованные разным MIDI-каналам, "свалены" в одну кучу.
Что касается технологии частей, то она позволяет в сотни раз ускорить работу компьютерного музыканта. В каких ситуациях? Например, записали вы 4 такта барабанной партии, выделили их в отдельную часть и путем копирования размножили часть так, что образовалась партия, насчитывающая десятки, а то и сотни тактов.
Или: записали один куплет и один припев песни, выделили это в часть и размножили в необходимом количестве экземпляров.
Еще один пример. Записали солирующую партию в исполнении фортепиано. Захотелось найти какой-то оригинальный тембр. Вот он — синтезированный звук плачущей флейты! Но у этого звука большое время атаки, он медленно нарастает. Создается впечатление запаздывания. Хорошо бы сделать так, чтобы ноты этой партии брались с небольшим опережением. Если вы не работаете с клипами, то станете передвигать каждую ноту, на что уйдет уйма времени. Да еще придется делать это не один раз. А вот после объединения партии в часть, все ноты вы сможете переместить одним легким движением руки с мышью.
Часть можно скопировать, вырезать, мышью перенести в любое место проекта. Можно применить к выделенной части любую обработку, MIDI- или аудиоэффекты. Несколько частей можно объединить в одну.
Части и треки — это средство обзора композиции в целом, с высоты птичьего полета. Они, по сути дела, являются инструментами дирижера. Это не только наглядное графическое отображение структуры проекта, но и возможность быстрого и легкого переноса партий и их фрагментов во времени и пространстве музыкального произведения (с трека на трек).
Мы уже говорили об огибающих — графиках, с помощью которых в Cubase SX осуществляется управление виртуальным микшером, VST-плагинами и VST-инструментами. В Cubase SX, в отличие от многих других программ, работа пользователя с огибающими организована очень удобно. Наряду с треками, предусмотрены еще и подтреки. На каждом из них вы можете редактировать по одной огибающей. В результате графики не наслаиваются друг на друга. Доступ к подтрекам и огибающим осуществляется из окна проекта Cubase SX Project.
Подтрек открывается щелчком на маленькой кнопке, помеченной знаком + (плюс) и расположенной в левом нижнем углу каждого из полей списка треков (см. Рисунок 1.18). Открываете один подтрек, ассоциируете его с одним из параметров (например, с панорамой). У этого подтрека тоже есть кнопка, помеченная знаком +. Открываете еще один подтрек, ассоциируете его с другим параметром (например, с громкостью). И у этого подтрека тоже есть кнопка, помеченная знаком +. В общем, вы можете открыть столько подтреков, сколько надо (Рисунок 1.18).

Окно Cubase SX Project с частями

Рисунок 1.48. Окно Cubase SX Project с частями, записанными на MIDI-треках, и созданным аудиотреком