Цифровой прогрыватель с графическим интерфейсом

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 1. Аудио эффекты

• 1. Echo (Эхо)

Один или несколько задержанных  сигналов, которые добавляются к  оригинальному. Чтобы эффекты воспринимался  как эхо, задержка должна быть порядка 50 миллисекунд или более. Эффект может быть достигнут с помощью как аналоговой, так и цифровой обработки. Если значительное число задержанных сигналов воспроизводится в течение нескольких секунд, результирующий сигнал создает эффект присутствия в большом помещении и воспринимается как эффект реверберации.

• 2. Delay (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 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 либо одно, либо другое ухо воспринимает звук первым.

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 можно применять дилэй и для получения эффекта однократного повторения каких-либо звуков. Какую именно задержку нужно выбрать? 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 сигнала  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 необязательно на протяжении всей композиции.

Этот эффект реализуется с помощью  устройств, способных осуществлять задержку акустического или электрического сигнала. Таким устройством чаще всего служит цифровая линия задержки, представляющая собой цепочку из элементарных ячеек — триггеров задержки. Для наших целей достаточно знагь, что принцип действия триггера задержки сводится к следующему: двоичный сигнал, поступивший в некоторый тактовый момент времени 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 сперва преобразован в цифровую форму. А после прохождения копией сигнала линии задержки выполняется цифроаналоговое преобразование. Исходный сигнал и его задержанную копию можно раздельно направлять в различные стереоканалы, но можно и смешивать 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.

Есть разновидности задержки, при  которых формируются несколько  задержанных на различное время  копий сигнала.

• 3. Detonation (Детонация)

Эффект детонации был открыт при попытке использования выходных сигналов с двух катушечных магнитофонов для создания эффекта хора, который будет описан ниже. В результате возник эффект, напоминающий звук взлетающего реактивного самолета. Детонация в акустике — искажения звука в результате частотной модуляции посторонним сигналом с частотой 0,2 — 200 Гц, например, порождаемым колебаниями скорости протяжки магнитной ленты. В англоязычной литературе термину детонация эквивалентен составной термин wow and flutter (где wow — «медленная» детонация («плавание» звука), flutter — «быстрая»). Движение аналогового носителя звукового сигнала (магнитной ленты, звуковой дорожки грампластинки) не является идеально линейным; механические несовершенства привода порождают гармонические и апериодические колебания скорости, которые и модулируют полезный сигнал. Восприятие такой модуляции человеком зависит от модулирующей частоты:

• до 4 Гц — «плавание» звука
• 5-15 Гц — «дробление»
• 15-25 Гц — «дрожание»
• 25-100 Гц — «хриплость», «грязь» на средних частотах

свыше 100 Гц — дополнительные тоны (явно слышимые призвуки)

Уровень детонации, однозначно воспринимаемой человеком как дефект звука, зависит  от содержания звукового материала. Слух человека усредняет ощущение детонации за время порядка 0,1 с, поэтому кратковременные, разовые скачки скорости проходят незамеченными. Распознавание детонации с частотами в диапазоне 15-100 Гц относительно сложно, так как нетренированный слушатель не в состоянии отличить «грязь» детонации от аналогичных искажений иной природы.

Основные источники детонации  — неоднородность скорости вращения электродвигателей; неоднородный износ деталей механизма; вибрации, порождённые трением деталей механизма и самой ленты. Детонация в диапазоне 15-100 Гц — одна из причин того, что в механизмах магнитофонов и проигрывателей грампластинок низкого и среднего класса (без кварцевой стабилизации частоты) доминирует ременной привод: резиновые пассики эффективно сглаживают неоднородности скорости вращения электродвигателя (при прямом приводе ведущего вала все эти неоднородности передавались бы непосредственно носителю (ленте, пластинке)). Детонация численно оценивается коэффициентом детонации — «коэффициентом паразитной частотной модуляции, измеренной при условиях оценки, соответствующей среднему субъективному восприятию этой модуляции» (ГОСТ 11948-78). «Условия оценки» предполагают, что различным частотным составляющим детонации присваиваются различные веса, соответствующие, с точки зрения разработчика стандарта, значимости этих частот для усреднённого слушателя.

 Для измерения детонации  используются образцовые ленты  (пластинки) с записью чистого  гармонического тона 3,15 кГц (именно  к этой частотной области наиболее  чувствителен слух человека). Воспроизведённый  сигнал анализируется аналоговым или цифровым детонометром. Выделенный модулирующий сигнал пропускается через взвешивающий фильтр, настроенный в соответствии с выбранным стандартом. Фильтры, как правило, оптимизированы под область 1-10 Гц и «заваливают» частоты выше 10 Гц, поэтому низкий измеренный показатель не гарантирует действительно качественных параметров лентопротяжного механизма.

 

 

• Блок-схема устройства, реализующего эффект детонации

 

Для реализации эффекта детонации  в цифровых устройствах может  быть использовано устройство, блок-схема  которого приведена на рисунке.

Как видно из рисунка, эта блок-схема является частным случаем базовой блок-схемы, изображенной на рисунке. Данной блок-схеме соответствует следующее разностное уравнение:

 

где

Для предотвращения возникновения переполнений разрядной сетки при вычислении выходного значения коэффициент а0 выбирается равным 0,5, а коэффициент а1 выбирается от -0,5 до 0,5. Значение параметра D, определяющего диапазон изменения задержки, обычно выбирается от 0.25 до 25 мс. Значение параметра N, определяющего частоту детонации, выбирается исходя из требований, предъявляемых к выходному сигналу.

Уменьшение длины линии задержки приводит к пропорциональному подъему  частот спектральных составляющих исходного  сигнала, а ее уменьшение — к понижению этих частот.

• 4. Flanger (Флэнжер)

Флэнжер - это звуковой эффект, который  происходит когда два идентичных сигнала смешиваются вместе, один из сигналов задержан на небольшое  время, время задержки постоянно  изменяется, как правило задержка меньше 20 миллисекунд. Это приводит к эффекту движущегося гребенчатого фильтра: пики и провалы суммируются в результирующий частотный спектр, где они связанны друг с другом в линейный гармонический ряд. Изменение времени задержки служит причиной движения вверх и вниз по частотному спектру.

Часть выходного сигнала, как правило, подается обратно на вход (обратная связь), ("рециркулирующие задержки"), это производит эффект резонанса, что еще больше усиливает интенсивность пиков и провалов в спектре. Фаза подаваемого обратно сигнала иногда перевернута, это порождает еще одну вариацию фленжер эффекта.

Флэнжер создает в спектре звука "расческу" - последовательность максимумов и минимумов, схожую с  дифракционной/интерференционной картинами

• 5. Faser (Фэйзер)

Фэйзер используют для достижения "синтезации" или "электронизации" натуральных звуков, таких как человеческая речь. В частности этот эффект популярный в кино и телевидении, где он используется для преобразования человеческого голоса в голос робота. Так, например, голос персонажа C-3PO из фильма "Звездные войны" был создан путем обработки голоса актера фэйзером. Причина такого использования заключается в том, что спектр звука, который дает фэйзер слишком нетипичен для естественных звуков.

 

• 6. Compressor (Компрессор)

Компрессоры и экспандеры используются для изменения динамического диапазона сигнала, т. е. для уменьшения различия уровней самого тихого и самого громкого сигналов. Для этого при превышении текущим значением сигнала некоторого порога устанавливается коэффициент передачи, меньший, чем используемый до превышения порога. Отношение старого коэффициента передачи к новому называется ослаблением. Все коэффициенты передачи задаются в логарифмической шкале. То есть при ослаблении 2:1 приращению входного сигнала на 20 дБ будет соответствовать приращение выходного сигнала на 10 дБ. Подобный компрессор, изменяющий свою передаточную характеристику в точке а, может быть реализован по следующей формуле:

 

Применение компрессоров позволяет  передавать по линиям связи сигналы, имеющие больший динамический диапазон, чем передающий канал. На приемном конце этой линии устанавливается экспандер, имеющий передаточную характеристику, обратную характеристике компрессора. Думаю, не будет преувеличением сказать, что компрессор – это классика обработки звука. Компрессоры самых различных моделей используются в таких сферах, как звукозапись и концертное звукоусиление. Итак, разберемся с понятиями. Компрессор относится к динамическим процессорам. Эти процессоры предназначены для изменения динамического диапазона сигнала. Динамическим диапазоном называется разница в децибелах между самым тихим и самым громким звуком, воспроизводимым системой. Чем шире динамический диапазон, тем больше разница между тихими и громкими звуками. Задача компрессора состоит в сужении динамического диапазона обрабатываемого им звукового сигнала. Компрессор делает более тихими громкие ноты и повышает громкость тихих нот, тем самым уменьшая разницу между их уровнями. Перед компрессорами стоят следующие задачи:

• устранение всплесков громкости, которые могут внести существенные искажения в цифровой звук;
• исправление ошибок певца (перепадов громкости пения), которые возникают из-за неумения некоторых певцов держать микрофон все время на одном расстоянии ото рта;
• повышение общего уровня записи при сведении;

 Рассмотрим регулируемые параметры компрессоров:

Порог (Threshold). Определяет уровень, при  достижении которого компрессор начнет обрабатывать сигнал. Этот параметр задается в децибелах ниже пикового значения. То есть значение порога -4 дБ обозначает, что компрессор будет обрабатывать сигнал, если уровень этого сигнала на 4 дБ меньше откалиброванного значения, составляющего 0 дБ. В цифровых системах 0 дБ – это самый высокий уровень сигнала. 
Отношение (Ratio). Этот параметр определяет, как компрессор воздействует на сигнал. Например, отношение 2:1 означает, что если сигнал превысит порог, то уровень этого сигнала должен быть уменьшен вдвое. Если уровень сигнала превосходит заданный на 1 дБ, то после компрессии, он будет превышать порог только на 0,5 дБ. Атака (Attack). Значение этого параметра определяет, как быстро компрессор начнет обрабатывать сигнал. Значение задается в миллисекундах, и чем резче атака инструмента, тем оно должно быть меньше. 
Затухание (Release). Этот параметр задает длительность обработки сигнала после его начала. Как и атака, затухание задается в миллисекундах. При борьбе с всплесками обычно устанавливается малое значение, так как всплески происходят преимущественно в начале ноты. 
Усиление (Gain). При помощи этого параметра задают уровень сигнала на выходе компрессора. Значение задается в децибелах. Так как компрессор, как правило, уменьшает общий уровень сигнала, то с помощью этого параметра можно восстановить его до прежнего. Жесткая или мягкая компрессия (Hard knee, soft knee). Большинство компрессоров позволяет выбирать режим обработки нот, превышающих установленный уровень порога. При жестком режиме превышающая уровень нота сжимается в постоянном отношении, которое задано соответствующим параметром (Ratio). Например, если для параметра Ratio установлено значение 4:1, то интенсивность любой ноты, превысившей порог, будет уменьшена в 4 раза. Жесткий режим применяется при записи таких инструментов, как барабан, когда нужно немедленно обработать любой всплеск. 
Напротив, мягкий режим подразумевает сжатие с переменным коэффициентом, значение которого зависит от того, насколько нота превысила установленный порог. Компрессор постепенно увеличивает значение коэффициента сжатия по мере того, как громкость ноты возрастает.

Такой режим используется при записи инструментов с медленной атакой, особенно при записи вокала. У некоторых двухканальных компрессоров есть функция Link, которая позволяет "связать" два разных канала и обрабатывать их с одним набором параметров. Это гарантирует то, что если на вход компрессора подавать два сигнала с одинаковыми характеристиками, то и на выходе получатся два идентичных сигнала. Почти всегда при обработке стереосигнала приходится пользоваться этой функцией. Компрессия это, пожалуй, один из самых ответственных этапов финального мастеринга звука. Нет ничего хуже, чем плохо (неправильно) с компрессированный звук, и нет ничего лучше, чем правильная компрессия.