Компьютерная обработка звука

Для выбора источника синхронизации и настройки параметров используется окно Project Options (Возможности проекта), которое открывается по команде Project Options из меню Tools (Инструменты) и вкладку Clock (Время) которого можно увидеть на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Вкладка Clock окна Project Options

Информация об источнике и типе синхронизации хранится в опциях проекта. Таким образом, один из проектов может быть настроен на внутреннюю синхронизацию, другой может использовать Audio или MIDI Sync (Cakewalk будет ведущим устройством), а третий будет синхронизирован тайм-кодом SMPTE/MTC.

Глава 8 Аппаратная обработка звука

В этой главе мы лишь обозначим проблематику, необходимые сведения по указанной теме.

Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи

Сегодня подавляющее большинство звукозаписывающей и звуковоспроизводящей студийной аппаратуры и музыкальных синтезаторов представляют собой цифровые устройства. Все знают, что даже в обычном домашнем проигрывателе компакт-дисков имеется цифро-аналоговый преобразователь, а музыка на диске записана 16-битными числами. Однако исходный звуковой материал (голос, классические музыкальные инструменты, электрогитары и т. д.) и звук на выходе вашего музыкального центра – это аналоговые, а не цифровые сигналы. Таким образом, для современной индустрии звукозаписи ключевым моментом является преобразование аналоговых сигналов в цифровые и обратно. Этим целям и служат цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи (ЦАП, АЦП).

Цифровое кодирование звука

Чтобы представить звуковые колебания в цифровом виде, в каждый конкретный момент звучания измеряют амплитуду звукового сигнала. Так как волновая форма звука по своей природе непрерывна, то для ее точного цифрового отображения необходимо измерять амплитуду бесконечное количество раз в секунду и делить амплитудную шкалу на бесконечное количество градаций. В реальности же количество измерений в секунду (частота дискретизации) колеблется обычно от 10000 до 96000. В настоящее время наиболее употребительные частоты дискретизации – 44100 Гц (стандарт для CD-аудио) и 48000 Гц (основной стандарт для DAT). Количество же амплитудных градаций (разрешение) обычно принимается равным 28, 216 или 224 (в зависимости от количества битов, выделенных для этой информации).

Разумеется, при дискретизации непрерывного сигнала неизбежно возникают искажения. Чем меньше частота дискретизации и/или разрешение, тем сильнее волновая форма на выходе приближается к прямоугольной. При этом возникают высокочастотные искажения, которые частично подавляются с помощью фильтров, устанавливаемых на выходе ЦАП.

Оцифрованный звук требует больших объемов памяти. В самом деле, при стандартной частоте дискретизации в 44100 Гц и разрешении 16 бит звуковой материал (стерео) продолжительностью в одну минуту будет занимать 10584000 байт (приблизительно 10,09 Мбайт). Кроме того, звуковые файлы очень плохо сжимаются стандартными программами архивации (zip, arj и т. п.). Поэтому для них существуют особые алгоритмы сжатия. Например, WAV-файл, сжатый с помощью ADPCM, занимает примерно в четыре раза меньше места. Однако при этом могут появиться искажения. Следовательно, при профессиональной работе алгоритмы сжатия звука лучше не использовать.

Сжатие данных

Любой идеальный метод сжатия не должен допускать заметных потерь качества, то есть сокращение объема данных не должно приводить к потере информации. Это означает, что все изменения звукового сигнала должны быть ниже порога слышимости. Это особенно важно при записи на жесткий диск, когда необходимо гарантировать возможность многократной перезаписи фонограммы. Временная задержка, возникающая при преобразовании сигнала, должна быть минимальной для сохранения синхронности сигналов звука и изображения (менее 20 мс).

Применяемые на практике способы сжатия звукового сигнала базируются на двух основных методах: сокращении избыточности и релевантности (уместности или «существенности» деталей).

При преобразовании звукового сигнала в цифровую форму применение линейного квантования является нецелесообразным, так как не все отсчеты имеют одинаковую вероятность. Поэтому можно уменьшить объем передаваемых данных, присваивая наиболее часто встречающимся значениям более короткие кодовые слова. При этом информационное содержание сигнала не меняется. Такой метод с успехом применяется при передаче текста и изображений. В звуковом сигнале, однако, не удается получить большого коэффициента сжатия.

Более эффективным является использование физиологических свойств слухового аппарата. Так, ухо по-разному улавливает различия уровней сигнала при изменении не только его частоты, но и абсолютного уровня. В упомянутом выше методе перцептуального кодирования Audio MPEG Layer-3 производится динамическое присвоение битов каждому отсчету в соответствии с разрешающей способностью уха человека.