1. Signalni qayta ishlash usullari. Fft tahlili bet

4. Raqamli audioni saqlash usullari
Raqamli ovozni saqlashning turli usullari mavjud. Aytganimizdek, raqamlashtirilgan tovush ma'lum vaqt oralig'ida olingan signal amplitudasi qiymatlari to'plamidir. Shunday qilib, birinchidan, raqamlashtirilgan audio ma'lumotlar bloki faylga "xuddi shunday" yozilishi mumkin, ya'ni raqamlar ketma-ketligi (amplituda qiymatlari). Bunday holda, ma'lumotlarni saqlashning ikkita usuli mavjud.

10-rasm

Birinchisi (10-rasm) - PCM (Pulse Code Modulation - impuls code modulation) - amplitudalarning mutlaq qiymatlarini yozib olish orqali signalni raqamli kodlash usuli (imzolangan yoki imzolanmagan ko'rinishlar mavjud). Aynan shu shaklda ma'lumotlar barcha audio CD larga yozib olinadi.

+ Ikkinchi usul (11-rasm) - ADPCM (Adaptive Delta PCM - adaptiv nisbiy impuls-kod modulyatsiyasi) - signal qiymatlarini mutlaq emas, balki nisbiy amplituda o'zgarishlarida (o'sishda) qayd etish.

5. Ovozni qayta ishlash (effektlar) masalasiga.
Yuqorida aytib o'tilganidek, tovushni qayta ishlash deganda ba'zi tovush xususiyatlarini o'zgartirish uchun tovush ma'lumotlarining turli xil o'zgarishlarini tushunish kerak. Ovozni qayta ishlash turli xil tovush effektlarini yaratish, filtrlash usullarini, shuningdek tovushni kiruvchi shovqindan tozalash, tembrni o'zgartirish va hokazolarni o'z ichiga oladi. Ushbu ulkan o'zgarishlar to'plami, oxir-oqibat, quyidagi asosiy turlarga to'g'ri keladi:
1.Amplitudali transformatsiyalar. Ular signal amplitudasida bajariladi va signalning ma'lum bo'limlarida ba'zi qonunlarga muvofiq uning kuchayishiga / zaiflashishiga yoki o'zgarishiga olib keladi.

2.Chastotani o'zgartirish. Ular tovushning chastotali komponentlarida amalga oshiriladi: signal ma'lum oraliqlarda chastotalar spektri shaklida taqdim etiladi, zarur chastota komponentlari qayta ishlanadi, masalan, filtrlash va signalning teskari "katlanması". spektr to'lqinga aylanadi.

3.Fazali transformatsiyalar. Signalning fazasini u yoki bu tarzda o'zgartiring; masalan, stereo signalning bunday o'zgarishlari aylanish yoki "hajmli" tovushning ta'sirini amalga oshirishga imkon beradi.

4.Vaqtinchalik o'zgarishlar. Signallarni joylashtirish, cho'zish / siqish orqali amalga oshiriladi; sizga, masalan, aks-sado yoki xor effektlarini yaratishga, shuningdek, tovushning fazoviy xususiyatlariga ta'sir qilishga imkon beradi.

Signalning konvolyutsiyasi turli effektlarga erishishi mumkin.Konvolyutsiya - natijada olingan funktsiyaning bir nuqtasini olish uchun koeffitsientlar (konvolyutsiya jadvali) bilan ko'paytirilgan kirish funksiyasining N nuqtasini qo'shishning ketma-ket jarayoni. Ushbu operatsiya nuqtalar soni natijaviy funktsiyani o'z ichiga oladigan darajada ko'p marta amalga oshiriladi.
Rasmda (12-rasm) asl funktsiya ko'rsatilgan, konvolyutsiya jadvali qurilgan ("bo'sh" - ya'ni ko'p nol va bittadan iborat, shunchaki funktsiyani siljitadi) va ushbu funktsiyani ushbu jadval bilan konvolyutsiya natijasi. ko'rsatiladi.
Quyidagi barcha misollarda ishlatiladigan yig'ma jadval nosimmetrik tarzda qo'llaniladi, ya'ni. konvolyutsiya jarayonining markazi jadvalning markazida (va shunga mos ravishda, "konvolyutsiya jadvali" grafigining o'rtasida), jadvalning o'zi 41 nuqtadan iborat (bir yo'nalishda 20 ball, markaziy nuqta va 20 ball). boshqa yo'nalishda). Men darhol oldindan aytib o'taman, oldingi rasmda sodir bo'lgan funktsiyani almashtirish effekti bizni umuman qiziqtirmaydi - ishlov berishning mohiyati bunda emas.

+ Ushbu turdagi transformatsiyalarning har birini muhokama qilish butun bir ilmiy ish bo'lishi mumkin. Haqiqiy ovoz effektlarini yaratishda ushbu turdagi o'zgarishlardan foydalanishning amaliy misollarini keltirish kerak:

Yagona aks-sado Vaqtinchalik transformatsiyalar yordamida amalga oshiriladi.
Haqiqatan ham, aks-sadoni olish uchun uning vaqtni kechiktirilgan nusxasini dastlabki kirish signaliga qo'shish kerak. Inson qulog'i signalning ikkinchi nusxasini asosiy signalning aks-sadosi sifatida emas, balki takrorlash sifatida qabul qilishi uchun kechikish vaqtini taxminan 50 ms ga o'rnatish kerak.
Ushbu konvolyutsiya amplitudasi asl signalning yarmiga teng bo'lgan yagona aks-sadoni ishlab chiqarishni ko'rsatadi. Osonlik bilan taxmin qilish mumkinki, konvolyutsiyaning ikkinchi zarbasi (portlash) ma'lum miqdordagi namunalardan keyin signalni yana bir marta takrorlaydi.
Keling, biroz chetga chiqamiz va konvolyutsiya bilan uzviy bog'liq bo'lgan tushuncha - impuls funktsiyasi (impulsli javob) haqida gapiramiz. Impuls funktsiyasi - bu savolga javob beradigan jarayonning xarakteristikasi: jarayon bitta impuls bilan nima qiladi? Keling, konvolyutsiya impulsi funktsiyasini olishga harakat qilaylik, ya'ni. Keling, jarayonimizni kirish funktsiyasi sifatida bitta impuls bilan ta'minlaylik va u bilan nima qilishini ko'rib chiqamiz:

Ko'rish mumkinki, konvolyutsiya o'zini chiqishga yubordi. Juda muhim xulosa: konvolyutsiya jadvali bajarilayotgan jarayonning impuls funktsiyasidir. Keling, takror aytamiz: berilgan impuls funktsiyasiga mos keladigan jarayonni yaratish uchun ma'lumotlarni ushbu impuls funktsiyasi bilan "tartibga solish" kifoya qiladi. Impuls funksiyasini qanday olish mumkin? Juda oddiy: siz shunchaki kerakli tizim orqali impuls o'tkazishingiz kerak ...
Shunday qilib, keling, haqiqiy aks-sadoni qayta yarataylik.

Harakatlar ketma-ketligi daho uchun oddiy: biz mikrofonni olib, ma'lum bir g'orga kiramiz. Biz uskunani o'rnatamiz, yozuvni yoqamiz va "impuls" chiqaramiz - aniqrog'i, unga iloji boricha yaqinroq bo'lgan hodisa: masalan, qandaydir o'ta keskin zarba. Biz impulsimizning aks-sadosini yozamiz. Biz nima oldik? Biz xonaning akustikasini to'liq qayta tiklash usulini oldik - hech bo'lmaganda bu bizga bir xil impuls funktsiyasi bilan bir xil ovozni kafolatlaydi. Bu tushunish kerak bo'lgan muhim nuqta: jarayonning barcha parametrlari impuls funktsiyasi bilan aniqlanmaydi, lekin inson uchun muhim bo'lganlarning aksariyati hali ham aniqlanadi. Shunday qilib, biz impulsning so'nib borayotgan haqiqiy aks-sadosini yozib oldik va endi u bilan o'z ovozimizni o'rab olamiz:

15-rasm
Reverberatsiya (takrorlash, aks ettirish). Effekt tovushga katta zalga xos ovoz balandligini berishdir, bu erda har bir tovush mos keladigan, asta-sekin so'nadigan aks-sadoni hosil qiladi. Amalda, reverberatsiya yordamida siz, masalan, bo'g'iq xonada yaratilgan saundtrekni "jonlantirishingiz" mumkin. Reverbning “echo” effektidan farqi shundaki, kirish signalining kechiktirilgan nusxasi emas, balki kirish signaliga vaqt bo‘yicha kechiktirilgan chiqish signali qo‘yiladi. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, reverb bloki oddiygina halqa bo'lib, unda blokning chiqishi uning kirishiga ulanadi, shuning uchun allaqachon qayta ishlangan signal har bir tsiklda dastlabki signal bilan aralashib, kirishga qaytariladi.
Xor (xor). Uni qo'llash natijasida signalning ovozi xuddi xor ovoziga yoki bir vaqtning o'zida bir nechta asboblarning ovoziga aylanadi. Bunday effektni yaratish sxemasi aks-sado effektini yaratish sxemasiga o'xshaydi, yagona farq shundaki, kirish signalining kechiktirilgan nusxalari kirish signali bilan aralashtirishdan oldin zaif chastotali modulyatsiyaga (o'rtacha 0,1 dan 5 Gts gacha) duchor bo'ladi. . Xorda ovozlar sonining ko'payishi signalning turli xil kechikish vaqtlari bilan nusxalarini qo'shish orqali erishiladi.
Bu qilinishi mumkin bo'lgan narsalarning faqat kichik bir qismi. Jadvallarni qurishning turli usullarini birlashtirib, siz juda xilma-xil effektlarga erishishingiz mumkin - odatiy musiqa muharririning barcha funktsiyalarining 90% konvolyutsiyalar yordamida amalga oshirilishi mumkin. Konvolyutsiya quyidagi effektlarni osongina amalga oshiradi (har qanday kombinatsiyada):

belgilangan kechikishlar

har qanday chastotali filtrlash

+ signal fazalarining o'zgarishi

6. Signalni qayta ishlash uchun uskunalar
Albatta, boshqa barcha sohalarda bo'lgani kabi, signalni qayta ishlashda ham o'ziga xos to'siq bo'lgan muammolar mavjud. Shunday qilib, masalan, signallarni chastota spektriga ajratishda noaniqlik printsipi mavjud bo'lib, uni engib bo'lmaydi. Ushbu printsipga ko'ra, ma'lum bir vaqtning o'zida signalning aniq spektral rasmini olish mumkin emas: yoki aniqroq spektral rasmni olish uchun signalning kattaroq vaqt qismini tahlil qilish kerak yoki agar biz ko'proq bo'lsak. Spektrdagi u yoki bu o'zgarishlar sodir bo'lgan vaqtga qiziqsangiz, spektrning o'zi aniqligini qurbon qilishingiz kerak.
Boshqacha qilib aytganda, bir nuqtada signalning aniq spektrini olish mumkin emas - signalning katta qismining aniq spektri yoki juda taxminiy spektr, lekin qisqa qism uchun.

+ Signalni qayta ishlash mexanizmlari dasturiy ta'minot va apparat versiyalarida (effekt protsessorlari deb ataladi) mavjud. Masalan, vokoderlar va gitara protsessorlari, xorlar va reverblar apparat va dasturiy ta'minot sifatida mavjud.

Amaliy signalni qayta ishlash ikki turga bo'linishi mumkin: tezkor ishlov berish va keyingi ishlov berish. On-the-fly qayta ishlash signalni bir lahzali konvertatsiya qilishni anglatadi (ya'ni qayta ishlangan signalni kiritish bilan deyarli bir vaqtda chiqarish imkoniyati bilan). Oddiy misol - gitara "gadjetlari" yoki sahnada jonli ijro paytida reverb. Bunday qayta ishlash bir zumda sodir bo'ladi, ya'ni ijrochi mikrofonga qo'shiq aytadi va effekt protsessor uning ovozini o'zgartiradi va tinglovchi ovozning allaqachon qayta ishlangan versiyasini eshitadi. Post-processing - bu allaqachon yozib olingan signalni qayta ishlash. Bunday ishlov berish tezligi ijro etish tezligidan ancha past bo'lishi mumkin. Bunday qayta ishlash bir xil maqsadlarni ko'zlaydi, ya'ni tovushga ma'lum bir belgi berish yoki xususiyatlarni o'zgartirish, ammo u tovushni o'zlashtirish yoki takrorlashga tayyorlash bosqichida, shoshilinch zarurat bo'lmaganda, lekin muhimroq bo'lganda qo'llaniladi. tovushning barcha nuanslarini sifatli va sinchkovlik bilan o'rganishdir. Ovoz ustida juda ko'p turli xil operatsiyalar mavjud, ular bugungi protsessorlarning etarli darajada ishlashi tufayli tezda amalga oshirilmaydi, shuning uchun bunday o'zgartirishlar faqat post-rejimda amalga oshiriladi.
Signalni qayta ishlash murakkab va eng muhimi, resurslarni ko'p talab qiladigan protseduradir. Yaqinda u raqamli qurilmalarda amalga oshirila boshlandi - ilgari turli xil ovoz effektlari va boshqalar analog qurilmalarda ovozni qayta ishlash orqali erishilgan. Analog uskunada elektr tebranishlari ko'rinishidagi tovush signalning fazasi, spektri va amplitudasining o'zgarishiga erishadigan turli yo'llar (elektr elementlar bloklari) orqali o'tadi. Biroq, bu qayta ishlash usuli juda ko'p kamchiliklarga ega.Birinchidan, qayta ishlash sifati yomonlashadi, chunki har bir analog elementning o'z xatosi bor va bir necha o'nlab elementlar kerakli natijaning aniqligi va sifatiga tanqidiy ta'sir ko'rsatishi mumkin.
Ikkinchidan, va bu, ehtimol, eng muhimi, deyarli har bir effekt alohida qurilma yordamida amalga oshiriladi, har bir bunday qurilma juda qimmat bo'lishi mumkin. Raqamli qurilmalardan foydalanish imkoniyati inkor etilmaydigan afzalliklarga ega. Ularda signalni qayta ishlash sifati uskunaning sifatiga kamroq bog'liq, asosiysi ovozni yuqori sifatli raqamlashtirish va uni yuqori sifatda takrorlash imkoniyatiga ega bo'lish, keyin qayta ishlash sifati faqat dasturiy ta'minot mexanizmiga to'g'ri keladi. . Bundan tashqari, tovush bilan turli xil manipulyatsiyalar uchun uskunani doimiy ravishda o'zgartirish talab qilinmaydi. Va, eng muhimi, qayta ishlash dasturiy ta'minot tomonidan amalga oshirilganligi sababli, u uchun shunchaki aql bovar qilmaydigan imkoniyatlar ochiladi, ular faqat kompyuterlarning kuchi (va har kuni ortib bormoqda) va insonning tasavvurlari bilan cheklanadi. Biroq, (hech bo'lmaganda bugungi kunda) ba'zi muammolar ham mavjud. Shunday qilib, masalan, ko'pincha, hatto oddiy signalni qayta ishlashni amalga oshirish uchun ham, uni chastota spektriga ajratish kerak.
Bunday holda, parchalanish bosqichining resurs intensivligi tufayli signalni tezda qayta ishlash qiyin bo'lishi mumkin. Shuning uchun spektral parchalanishni talab qiluvchi transformatsiyalar post-rejimda tez-tez amalga oshiriladi. Ovoz haqidagi suhbatning muhim qismi jihozlar bilan bog'liq. Ovozni qayta ishlash va kiritish/chiqarish uchun juda ko'p turli xil qurilmalar mavjud. Oddiy shaxsiy kompyuterga kelsak, biz ovoz kartalari haqida batafsilroq to'xtashimiz kerak. Ovoz kartalari odatda ovozli, musiqali va ovozli kartalarga bo'linadi.Dizaynga ko'ra barcha ovoz kartalarini ikki guruhga bo'lish mumkin: asosiy (kompyuterning anakartiga o'rnatilgan va audio ma'lumotlarni kiritish va chiqarishni ta'minlaydi) va bolalar (ular fundamental dizaynga ega. asosiy platalardan farqi - ularning barchasi ko'pincha asosiy platada joylashgan maxsus ulagichga ulanadi). Qizi taxtalar ko'pincha MIDI sintezatorining imkoniyatlarini ta'minlash yoki kengaytirish uchun ishlatiladi.
Ovoz va musiqa platalari va ovozli platalar anakart uyasiga o'rnatilgan (yoki dastlab unga o'rnatilgan) qurilmalar shaklida ishlab chiqariladi. Vizual ravishda ular odatda ikkita analog kirishga ega - chiziq va mikrofon va bir nechta analog chiqishlar: chiziqli chiqishlar va eshitish vositasi chiqishi. So'nggi paytlarda kartalar raqamli qurilmalar o'rtasida ovozni ta'minlaydigan raqamli kirish va chiqish bilan jihozlangan. Analog kirish va chiqishlarda odatda eshitish uchun ulagichlarga (1/8") o'xshash ulagichlar mavjud. Umuman olganda, ovoz kartasi ikkitadan bir oz ko'proq kirishga ega: analog CD, MIDI va boshqa kirishlar. Ular, mikrofon va chiziqli kirishlardan farqli o'laroq, ovoz kartasining orqa panelida emas, balki kartaning o'zida joylashgan; boshqa kirishlar bo'lishi mumkin, masalan, ovozli modemni ulash uchun. Raqamli kirish va chiqishlar odatda mos keladigan ulagichga ega S/PDIF (Raqamli signal uzatish interfeysi) interfeysi sifatida amalga oshiriladi (S/PDIF - Sony/Panasonic Digital Interface - Sony/Panasonic Digital Interface uchun qisqa). S / PDIF - bu AES / EBU (Audio muhandislik jamiyati / Evropa radioeshittirish ittifoqi) yanada murakkab professional standartining "uy" versiyasi. S/PDIF signali har qanday namuna olish tezligida 16-bitli stereo ma'lumotlarni raqamli uzatish (kodlash) uchun ishlatiladi.
Yuqorida aytilganlarga qo'shimcha ravishda, ovoz va musiqa platalarida MIDI qurilmalari va joystiklarni ulash, shuningdek, qiz musiqa kartasini ulash uchun ulagichlari bo'lgan MIDI interfeysi mavjud (garchi yaqinda ikkinchisini ulash imkoniyati kamdan-kam uchraydi). Foydalanuvchining qulayligi uchun ovoz kartalarining ba'zi modellari kompyuterning tizim blokining old tomoniga o'rnatilgan old panel bilan jihozlangan bo'lib, unda ovoz kartasining turli kirish va chiqishlariga ulangan konnektorlar joylashgan.
Ovoz va ovozli-musiqa taxtalarini tashkil etuvchi bir nechta asosiy bloklarni aniqlaymiz.

+1. Raqamli signalni qayta ishlash bloki (kodek).Ushbu blokda analogdan raqamliga va raqamlidan analogga aylantirish (ADC va DAC) amalga oshiriladi. Ushbu blok kartaning signalni yozish va ijro etish paytida maksimal namuna olish tezligi, maksimal kvantlash darajasi va qayta ishlangan kanallarning maksimal soni (mono yoki stereo) kabi xususiyatlarini aniqlaydi.

Ko'p jihatdan shovqin xususiyatlari ham ushbu blokning tarkibiy qismlarining sifati va murakkabligiga bog'liq.

2. Sintezator bloki.Musiqa kartalarida mavjud. U FM yoki WT sintezi asosida yoki bir vaqtning o'zida ikkalasida ham amalga oshiriladi. U o'z protsessorining nazorati ostida ham, maxsus drayverning nazorati ostida ham ishlashi mumkin.

+3. Interfeys bloki.Turli interfeyslar (masalan, S/PDIF) orqali ma'lumotlarni uzatishni ta'minlaydi. Sof ovoz kartasida ko'pincha bu blok yo'q.

4. Mikser bloki. Ovoz kartalarida aralashtirish moslamasi quyidagilarni sozlashni ta'minlaydi:

- chiziqli kirishlardan signal darajalari;

- MIDI kiritish va raqamli audio kiritish darajalari;

- umumiy signal darajasi;

+ - panorama;

- tembr.
Keling, tovush va ovozli-musiqa taxtalarini tavsiflovchi eng muhim parametrlarni ko'rib chiqaylik. Eng muhim xarakteristikalar: yozib olish va ijro etish rejimida maksimal namuna olish tezligi (namuna olish tezligi), yozish va ijro etish rejimida maksimal kvantlash darajasi yoki bit chuqurligi (maksimal kvantlash darajasi). Bundan tashqari, tovush va musiqa platalarida ham sintezator mavjud bo'lganligi sababli, o'rnatilgan sintezatorning parametrlari ham ularning xususiyatlariga kiritilgan. Tabiiyki, karta signallarni kodlash qobiliyatiga ega bo'lgan kvantlash darajasi qanchalik yuqori bo'lsa, signalning sifati shunchalik yuqori bo'ladi.

Ovoz kartalarining barcha zamonaviy modellari 16 bitli signalni kodlash imkoniyatiga ega. Muhim xususiyatlardan biri - audio oqimlarni bir vaqtning o'zida ijro etish va yozib olish imkoniyati. Kartaning bir vaqtning o'zida o'ynash va yozib olish xususiyati to'liq dupleks (to'liq dupleks) deb ataladi. Ovoz kartasini sotib olayotganda ko'pincha hal qiluvchi rol o'ynaydigan yana bir xususiyat mavjud - signal-to-shovqin nisbati (Signal/Shovqin nisbati, S/N). Ushbu ko'rsatkich signalni yozish va ijro etishning tozaligiga ta'sir qiladi. Signal-to-shovqin nisbati signal kuchining qurilma chiqishidagi shovqin kuchiga nisbati bo'lib, bu ko'rsatkich odatda dB bilan o'lchanadi. 80-85 dB nisbati yaxshi deb hisoblanishi mumkin; ideal - 95-100 dB.
7+ Dasturiy ta'minotning eng muhim sinfi raqamli audio muharrirlardir. Bunday dasturlarning asosiy xususiyati, hech bo'lmaganda, ovozni yozib olish (raqamlashtirish) va uni diskda saqlash qobiliyatidir. Ushbu turdagi dasturiy ta'minotning ishlab chiqilgan vakillari quyidagilarga imkon beradi: yozib olish, bir nechta virtual treklarda ko'p kanalli audio aralashtirish, maxsus effektlarni qayta ishlash (o'rnatilgan va o'rnatilganva tashqaridan ulangan - bu haqda keyinroq), shovqinni olib tashlash, ilg'or navigatsiya va spektroskop va boshqa virtual qurilmalar ko'rinishidagi asboblarga ega, tashqi qurilmalarni boshqarish / boshqarish, formatdan formatga audio o'tkazish, signal yaratish, yozish CD va boshqalar. Ushbu dasturlardan ba'zilari Cool Edit Pro (Syntrillium), Sound Forge (Sonic Foundry), Nuendo (Steinberg), Samplitude Producer (Magix), Wavelab (Steinberg).