Запись голоса через микрофон на компьютер

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. Подробные рекомендации по применению задержки в этих целях приведены в очень интересной серии статей [82]. 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,

В работе [54] представлены данные исследований, из которых следует, что при определенных соотношениях громкостей прямого и задержанного сигнала может иметь место психоакустический эффект изменения кажущегося расположения источника звука на стереопанораме. Согласитесь, что, например, скачки 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: 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 сначала преобразован в цифровую форму. А после прохождения его копии через линию задержки происходит обратное, цифро-аналоговое преобразование. Исходный сигнал и его задержанная копия могут быть раздельно направлены в различные стереоканалы, но могу быть и смешаны в различных пропорциях. Суммарный сигнал может быть направлен 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 копий сигнала, задержанных на различное время.

Флэнжер и фэйзер

В основу звуковых эффектов флэнжер (Flanger) и фэйзер (Phaser) также положена задержка сигнала. В чем заключается отличие этих эффектов от дилэя?

Как мы уже сказали, дилэй имитирует эффект неодновременного восприятия мозгом человека звуковых сигналов, поступающих в уши. 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). И 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 не приходил.

Если же какой-либо из трех элементов подвижен, то частота принимаемого звука не может оставаться той же, что и частота звука переданного. Это есть ни что иное, как проявление того самого эффекта Доплера, который в школьных учебниках традиционно поясняется на примере изменения высоты звучания гудка движущегося паровоза.

Итак, реальные музыкальные звуки при распространении претерпевают не только расщепление на несколько волн и различную (для каждой из них) задержку, но и неодинаковое для различных спектральных составляющих изменение частот.

И флэнжер, и фэйзер имитируют (каждый по-своему) проявления взаимного перемещения упомянутых трех элементов: источника, приемника и отражателя звука. По сути дела, и тот, и другой эффекты 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. Читателям, страдающим головокружением или склонным к морской болезни, проводить на себе последний эксперимент не советуем.

Если же говорить серьезно, то 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, характерных 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 очень маленькое время задержки. Оно столь мало, что оказывается сравнимо с периодом звукового колебания. При столь 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 фейзера. Так что можно считать фейзер предельным случаем флэнжера. Но если внимательно прочитать еще раз этот абзац, то можно увидеть, что фейзер -- это ни что иное, как фазовое вибрато.

Чего только не придумывали в относительно старые времена, чтобы реализовать эти эффекты [16, 22]!

Например, чтобы получить флэнжер, вместо одной акустической системы использовали несколько систем, размещенных на различных расстояниях от слушателей. В необходимые 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 фазовращателей, управляемых электрическим путем. А иногда можно было наблюдать и такую картину: в акустической системе, подключенной к ЭМИ или электрогитаре, вдруг начинало вращаться что-то вроде вентилятора. Звук пересекался с подвижными лопастями и отражался от них, получалась фазовая модуляция. Представляете, сколько усилий предпринималось только ради того, чтобы оживить тембр звучания инструментов! Сколько это все стоило!

Современные звуковые редакторы позволяют реализовать такое большое количество различных звуковых эффектов, что если на их число разделить сумму стоимостей компьютера, звуковой карты, программы и даже этой книги, то себестоимость одного эффекта окажется просто смешной.

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, и 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 слегка 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, аккордеона, баяна, гармони 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 двух и более голосов).

В цифровых электромузыкальных инструментах, напротив, частоты пары вторичных генераторов могут быть сформированы абсолютно равными друг другу, В таком звучании отсутствует жизнь, потому что оно слишком правильное. Для оживления электронного звучания и для создания впечатления игры нескольких инструментов и используют хорус.

Существует множество разновидностей алгоритмов хоруса. Но все они имеют общие элементы:

ѕ исходный сигнал разделяется на два или несколько каналов;

ѕ в каждом из каналов спектр сигнала сдвигают по частоте на определенную для каждого канала величину. Частотные сдвиги очень малы, они составляют доли герца;

ѕ сигналы, полученные таким способом, складывают.

В итоге получается сигнал, в котором звуковые волны как бы «плывут» с разными скоростями. Один раз за время, пропорциональное произведению периодов колебаний разностных частот, сигналы складываются в фазе, и образуется «девятый вал» -- максимум огибающей звуковых колебаний; один раз за это же время канальные сигналы складываются в противофазе, и получается «впадина между волнами» -- минимум огибающей. В итоге образуется 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 стал одним из эффектов, имеющихся практически в каждом синтезаторе и многих звуковых картах. Так, например, цифровой сигнальный процессор одной из лучших звуковых карт-синтезаторов Yamaha SW60XG обеспечивает более десятка вариантов хоруса. Обработка аудиосигнала звуковыми редакторами позволяет получить еще больше 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.

Реверберация.

Реверберация [Reverb] относится к наиболее интересным и популярным звуковым эффектам. Сущность реверберации заключается в том, что исходный звуковой сигнал смешивается со своими копиями, задержанными относительно него на различные временные интервалы. Этим реверберация напоминает дилэй. Однако при реверберации число задержанных копий сигнала может быть значительно больше, чем для дилэя. Теоретически число копий может быть бесконечным. Кроме того, при реверберации, чем больше время запаздывания копии сигнала, тем меньше ее амплитуда (громкость). Эффект зависит от того, каковы временные промежутки между копиями сигналов и какова скорость уменьшения уровней их громкости. Если промежутки междукопиями малы, то получается собственно эффект реверберации. Возникает ощущение объемного гулкого помещения. Звуки музыкальных инструментов становятся сочными, объемными, с богатым тембровым составом. Голоса певцов приобретают напевность, недостатки, присущие им, становятся малозаметными.

Если промежутки между копиями велики (более 100 мс), то правильнее говорить не об эффекте реверберации, а об эффекте «эхо». Интервалы между соответствующими звуками при этом становятся различимыми. Звуки перестают сливаться, кажутся отражениями от удаленных преград.

Основным элементом, реализующим эффект реверберации, является устройство, создающее эхо-сигнал.

Интересна история развития таких устройств. Первоначально радиостудии и солидные концертные залы содержали эхо-камеры. Эхо-камера представляет собой комнату с сильно отражающими стенами, в которую помещен источник звукового сигнала (громкоговоритель) и приемник (микрофон). По сути дела, такая эхо-камера является уменьшенной моделью реального зрительного зала, в котором не всегда удается создать необходимую акустическую атмосферу. В эхо-камере с трудом, но можно было в некоторых пределах управлять распределением интенсивностей и времени распространения переотраженных сигналов, устанавливая отражающие или поглощающие звук перегородки. Преимущество эхо-камеры состоит в том, что затухание звука происходит в ней естественным путем (что очень трудно обеспечить другими способами). В то время как звук продолжает реверберировать в трех измерениях, исходная волна разбивается на множество отраженных, которые достигают микрофона за уменьшающиеся промежутки времени. Недостатки эхо-камер связаны с их относительно малыми размерами, при этом вследствие собственных резонансов, о которых мы уже говорили, рассматривая вопросы применения микрофонов, спектр сигнала искажается в области средних частот. Определенную проблему представляет надежная звукоизоляция помещения эхо-камеры. Но самое главное заключается в том, что эхо-камера не может служить распространенным инструментом получения искусственной реверберации, т. к. она слишком дорога.

Наряду с эхо-камерами для имитации реверберации использовали стальные пластины, точнее, довольно большие по размеру листы. Колебания в них вводили и снимали с помощью устройств, по конструкции и принципу действия похожих на электромагнитные головные телефоны. Для получения удовлетворительной равномерности амплитудно-частотной характеристики толщина листа должна быть выдержана с точностью, которую не обеспечивают обычные технологии проката стали. Реверберация здесь была не трехмерной, а плоской. Сигнал имел характерный металлический оттенок.

В середине 60-х годов для получения эффекта реверберации стали применять пружинные ревербераторы. С помощью электромагнитного преобразователя, соединенного с одним из концов пружины, в ней возбуждались механические колебания, которые с задержкой достигали второго конца пружины, связанного с датчиком. Эффект повторения звука обусловлен многократным отражением волн механических колебаний от концов пружины. Подобные устройства устанавливали даже в некоторые бытовые стереорадиолы [48]. Качество звука в пружинном ревербераторе чрезвычайно низкое. Пружина воспринимает любые колебания воздуха и пола, между акустической системой и пружиной существует практически неустранимая обратная связь, звук имеет ярко выраженную «металлическую» окраску. Время реверберации не регулируется.

На смену этим несовершенным устройствам пришли ревербераторы магнитофонные. Принцип формирования в них эхо-сигнала состоит в том, что исходный сигнал записывается на ленту записывающей магнитной головкой, а через время, необходимое для перемещения ленты к воспроизводящей головке, считывается ею. Через цепь обратной связи уменьшенный по амплитуде задержанный сигнал вновь подается на запись, что и создает эффект многократного отражения звука с постепенным затуханием. Качество звука определяется параметрами магнитофона. Недостаток магнитофонного ревербератора заключается в том, что при приемлемых скоростях протяжки ленты удается получить только эффект эха. Для получения собственно реверберации требуется либо еще сильнее сблизить магнитные головки (чего не позволяет сделать их конструкция), либо значительно увеличить скорость движения ленты.

С развитием цифровой техники и появлением интегральных микросхем, содержащих в одном корпусе сотни и тысячи цифровых триггеров (о которых мы уже говорили) появилась возможность создавать высококачественные цифровые ревербераторы. В таких устройствах сигнал может быть задержан на любое время, необходимое как для получения реверберации, так и для получения эха. Ревербератор отличается от рассмотренного выше цифрового устройства, реализующего дилэй, только тем, что содержит обратную связь, необходимую для формирования затухающих повторений сигнала. Такие ревербераторы широко используются сейчас не только музыкантами и звукорежиссерами [12, 45, 48, 69], но и любителями радиосвязи [2], установившими, что умеренная реверберация способствует повышению разборчивости речи.

В звуковых картах реверберация, в конечном счете, основана именно на цифровой задержке сигналов. Поэтому может показаться лишним описание остальных способов создания этого эффекта. Но это не так. В звуковом редакторе, о котором речь пойдет в следующей главе, встроена именно та эхо-камера, с которой мы начали рассказывать о реверберации. Конечно, не само гулкое помещение втиснуто в компьютер, а его математическая модель. Для чего это понадобилось делать? Эхо-камера принципиально отличается от всех остальных устройств тем, что реверберация в ней настоящая: трехмерная, объемная. Во всех же остальных устройствах это и не реверберация даже, а ее жалкое, плоское, двумерное (а то и одномерное) подобие. Модель эхо-камеры позволяет воссоздать акустику любого помещения. Она даже лучше, чем настоящая эхо-камера, потому что допускает оперативное изменение размеров моделируемого помещения и отражающих свойств стен, пола и потолка. Более того, это не одна, а как бы две эхо-камеры, с отдельно устанавливаемыми координатами источников и приемников звука.

И это еще не все. В другой программе, предназначенной для синтеза голосов новых музыкальных инструментов, смоделирован эффект реверберации, реализуемый с помощью уже знакомого вам стального листа. Речь об этой программе пойдет в гл. 3.

Наблюдая этапы развития средств реверберации, можно предположить, что когда-нибудь появятся и математические модели пружинных и магнитофонных ревербераторов. Ведь не исключено, что есть люди, испытывающие ностальгические чувства по отношению к звукам музыки, окрашенным дребезгом пружин или шипением магнитной ленты. В этом нет ничего удивительного, ведь, скажем, предусмотрен для чего-то среди эффектов стандарта GM звук, сопровождающий перемещение пальцев по грифу гитары при переходе от одного аккорда к другому. Выходит, что это и не посторонняя помеха вовсе, а неотъемлемый элемент голоса гитары.

На этом мы завершаем рассказ о сущности основных эффектов, реализованных как в звуковых картах, так и в программах-редакторах звука.

1.4 Сведение стереозаписи

Конечной целью сведения стереозаписи является придание ей той формы, которая пригодна для тиражирования на стандартных носителях, таких, например, как магнитная лента компакт-кассет или компакт-диски. Тиражирование производится с образцовой фонограммы. Она является как бы эталоном, записью максимально высокого качества. В остальном эта фонограмма полностью совпадает со своими копиями, поступающими в продажу. Для записи, например, на магнитную ленту эталонная фонограмма должна содержать две дорожки с сигналами левого и правого каналов. А исходный материал, накапливающийся в процессе работы над композицией, может быть рассосредоточен по самым различным носителям и средствам записи и обработки звука: аналоговым и цифровым магнитофонам, секвенсорам, реализованным «в железе», MIDI-и WAVE-трекам музыкальных и звуковых редакторов. Число треков, хранящих фрагменты фонограмм или отдельные партии, может доходить до нескольких десятков, и для их воспроизведения необходимо иметь большой набор различной аппаратуры. Суть сведения стереозаписи и состоит в преобразовании исходного материала в единую образцовую фонограмму.

Учебников на эту тему не найти. Большинство книг по данной тематике оказались уж слишком теоретизированы. Например, книга [74], на которую мы из-за ее названия («Теория и практика звукорежиссуры») возлагали особенно много надежд, оказалась посвященной разработке математической модели микрофона в виде эквивалентной приемной антенны и просто переполненной «трехэтажными» формулами. В других многочисленных источниках [17, 18,20, 25,34, 38, 41, 45, 49, 67,69,76, 100, 101] рассматривается очень много не менее интересных вопросов, но они непосредственно не относятся к теме данного раздела. Одним словом, ни в одной книге каких-либо теоретических основ для выдачи рекомендаций типа: «Чтобы создать хит сезона, крутите регулятор панорамы на N градусов и передвигайте движок регулятора уровня громкости на К делений», -- обнаружить не удалось, что лишний раз подтверждает: звукорежиссура -- это в большей степени искусство, чем наука. А разве хоть в какой-нибудь сфере искусства можно написать книгу с алгоритмом создания шедевра, например: «Пишем оперу по методу П. И.Чайковского», или «Сделай сам памятник Петру Первому»? Правда, продолжая отвлекаться от темы, заметим, что исключением является поэзия, где подобные методические рекомендации имеются, например, «Как делать стихи» В. Маяковского и «Студия стиха» И. Сельвинского.

Возвратимся к сведению стереозаписи. Основных проблем здесь три: микшрование. панорамирование, синхронизация. Первые две проблемы на практике почти нельзя разделить. Поэтому и рассматривать мы их будем совместно.

1.4.1 Микширование и панорамирование

Под микшированием понимают процесс смешивания в определенных пропорциях звуковых сигналов, записанных на различных треках или поступающих от различных источников. Исходные сигналы могут быть записаны с разными уровнями громкости. В результате микширования должен быть установлен оптимальный баланс уровней громкости инструментов, голосов, эффектов. Оптимальность заключается в том, что:

ѕ одни источники звука не должны заглушаться другими;

ѕ солисты не должны заглушаться аккомпанементом;

ѕ в фонограмме должны сохраняться все характерные и ценные в художественном отношении особенности звучания отдельных голосов;

ѕ запись должна сопровождаться минимальными амплитудно-частотными и нелинейными искажениями.

Панорамирование -- регулировка кажущихся положений источников звука на стереопанораме.

Источники звука могут быть как монофоническими, так и стереофоническими. В конечном счете, сигналы всех источников должны быть записаны на двух дорожках, соответствующих левому и правому каналам. Панорамирование служит цели создания эффекта размещения источников звука в различных точках пространства. Кроме достижения чисто художественных результатов, это способствует улучшению различимости звуков вообще и разборчивости речи и пения в частности.

И микширование, и панорамирование -- операции динамические. В целях улучшения общего качества записи возникает необходимость менять по ходу композиции относительные уровни громкости отдельных источников звука. Для создания эффекта перемещения источников звука можно изменять положения регуляторов панорамы.

Регулятор уровня громкости в микшере устроен так же, как и подобный регулятор в любом вашем бытовом радиоприборе. С точки зрения схемотехники -- это делитель напряжения с переменным коэффициентом деления, который способен изменять амплитуду сигнала, поступающего от источника в микшер. Чем больше амплитуда сигнала, тем громче звук и наоборот.

Регулятор панорамы -- это, по сути дела, пара регуляторов уровня сигнала. Но вот между собой они связаны своеобразно: когда в результате изменения положения регулятора панорамы уровень сигнала в одном из стереоканалов возрастает, то в другом он уменьшается. Громкость звука, скажем, правой акустической системы становится больше, чем громкость звука левой. Кажущееся положение источника смещается от центра стереобазы в правую сторону. Заметим, что стереоэффект наблюдается лишь в том случае, когда уровни сигналов в стереоканалах близки друг к другу. Поэтому регулировка панорамы -- дело довольно тонкое.

Аппаратно реализованные микшеры, кроме регулировки уровней сигналов и панорамы каждого источника звука, позволяют выполнять еще ряд операций:

ѕ согласование чувствительности входа канала микшера с уровнем напряжения, развиваемого на выходе источника сигнала (существует несколько значений стандартных уровней);

ѕ коммутацию источников звуковых сигналов с выходами микшера;

ѕ отключение любого из каналов;

ѕ частотную коррекцию сигналов в каждом канале;

ѕ наложение на канальные сигналы эффектов (например, реверберации) и регулировку их уровней.

Лучшие образцы современных микшеров допускают программное управление положениями регуляторов с использованием MIDI-интерфейса.

При работе с виртуальными микшерами музыкальных и звуковых редакторов доступны все перечисленные функции и еще очень много других возможностей.

Только что мы обратили ваше внимание на отдельные, на наш взгляд, недостатки книги [74], а сейчас отметим, что именно в ней мы обнаружили мысль, которую вполне можно считать теоретической основой микширования и панорамирования.

Звуковые планы.

Эта мысль сжато сформулирована в заглавии одного из разделов книги: «Формирование звуковых планов -- основа творчества звукорежиссера». Продолжим цитирование [74]: «Подобно художнику, формирующему зрительные образы, звукорежиссер создает звуковые планы и в ряде случаев согласует их со зрительными. С помощью звуковых планов имеется возможность сделать акцент на том или ином звуковом объекте и тем самым сформировать соответствующее эмоциональное состояние у слушателей, физической основой звуковой плановости является отношение энергии отраженных звуковых сигналов к энергии прямых. Это отношение зависит от расстояния между источником и приемником звука. Отсюда следует, что оперативное управление расстоянием между микрофоном и источником звука равносильно оперативному управлению плановостью».

Итак, что же это такое -- звуковой план? На слушателя (или микрофон), расположенного (ный) в некоторой точке помещения одновременно воздействует энергия Едр прямого звука источника и энергия Едтр звука, рассеянного в результате многочисленных отражений. Энергия прямого звука с увеличением расстояния до источника очень быстро уменьшается (обратно пропорционально квадрату расстояния). Поэтому можно считать, что если вблизи от источника на микрофон действует прямой звук, а отраженным можно пренебречь, то на значительных расстояниях преобладает отраженный звук.

Соотношение между отраженным и прямым звуками называется акустическим отношением и выражается формулой А=Ео^р/Е„р. Значение А зависит от расстояния от микрофона до источника звука.

Для каждого помещения характерен свой уровень реверберации. В одном помещении эхо от резкого звука (хлопка в ладоши, выстрела) затухает быстро, это помещение с малым уровнем или временем реверберации. С точки зрения физики это означает, что энергия звуковых колебаний в значительной мере поглощается материалом стен или предметами. Если звукопоглощающие свойства помещения невелики, то колебания будут переотражаться длительное время, и для такого помещения будет характерен высокий уровень реверберации, Реверберация зала, заполненного зрителями, всегда меньше, чем пустого.

От расстояния между источником и приемником звука зависит субъективное ощущение уровня реверберации помещения.

С точки зрения соотношения между прямым и отраженным звуками различают три звуковых плана: крупный, средний и удаленный.

Крупный план имеет место тогда, когда А « 1. В этом случае преобладает прямой звук, а действие отраженных волн чрезвычайно мало. Крупному звуковому плану соответствует четкое, сухое звучание. При прослушивании создается впечатление, что источник звука имеет большие размеры и находится перед акустической системой. Звуковое пространство кажется очень маленьким, как будто сжато в точку. В звучании голоса человека слышны малейшие оттенки (и недостатки тоже). Голос близок и интимен.

Средний план характеризуется акустическим отношением А" 1. Энергии прямого и рассеянных сигналов близки друг к другу. Звучание становится более гулким и несколько размытым. Субъективное ощущение реверберации усиливается. Средний план лучше всего соответствует естественным условиям прослушивания музыки. Для него при исполнении музыки ансамблем характерна хорошая различимость звучания отдельных инструментов и направлений на них.

При дальнейшем увеличении акустического отношения (А » 1) степень относительного влияния отраженных звуков растет. Средний план трансформируется в удаленный. Кажущиеся размеры источников звука уменьшаются, а пространства достигают максимальных величин. Группа инструментов воспринимается как единое целое.

Для фиксированного объема и акустических свойств помещения каждый музыкальный инструмент можно охарактеризовать индивидуальными значениями расстояний, при которых для него происходит смена звуковых планов. Поэтому (особенно до появления компьютерных методов обработки звука) запись оркестров представляла собой очень нелегкую задачу. Управление звуковым планом однозначно связывалось только с изменением расстояния между инструментом (или певцом) и микрофоном.

Вопросы, которые мы сейчас рассматриваем, в большей степени относятся к таким композициям, при создании которых в качестве основной цели выдвигается достижение высокой степени приближения к естественному звучанию. Разумеется, такая задача решается непросто. Но традиционная (докомпьютерная) звукорежиссура других задач перед собой и не могла ставить, ибо была ограничена возможностями техники. Почитайте книги и статьи 70-х и 80-х годов, например, [Нисбет А. Звуковая студия. Техника и методы использования. -- М.: Связь, 1979. -- 464 с.]. Что ни попытка получить необычный эффект -- то настоящий подвиг инженеров и операторов. Ныне все в корне изменилось. Та техника и те программы, на которых базируется наша книга, предоставляют звукорежиссеру практически неограниченные возможности. Чтобы успеть перебрать в своих композициях все доступные варианты обработки звука, вам нужно прожить несколько жизней.

Имея в своем распоряжении арсенал средств звуковых редакторов, можно управлять звуковыми планами без изменения фактического расположения микрофонов. Разумеется, целесообразно первичную запись осуществлять в крупном звуковом плане. Микрофон должен быть расположен на минимальном расстоянии, лишь бы не было искажений, связанных с его перегрузкой в моменты достижения звуком наибольшей громкости. Ощущение различных звуковых планов для каждого из источников может быть создано в процессе микширования, панорамирования и регулирования уровней дилэя и реверберации.

В работе [73], посвященной технологии расположения мнимых источников звука в стереопанораме, приводится ряд советов.

Инструменты, обладающие мощным низким звуком, и барабаны лучше панорамировать в центр, малые барабаны также звучат лучше, когда их располагают поближе к середине, томы и тарелки можно расставить по панораме, но не слишком широко.

Лидер-вокал лучше выставить поближе к центру, так как именно на нем концентрируется основное внимание слушателей. Для него целесообразно выбрать крупный звуковой план. С панорамированием аккомпанирующего вокала можно поэкспериментировать. Для него естественными будут средний или удаленный звуковые планы.

Если нужно переместить инструмент с середины стереобазы, то не обязательно помещать его в одно из крайних положений. Можно попытаться раскрасить картину звуками, которые размыты в пространстве различными способами, но при этом основные источники должны размещаться поближе к середине.

Не следует панорамировать инструмент настолько широко, что впоследствии у слушателей создастся впечатление, будто инструмент занимает всю сцену.

Сигналы, обработанные стереоэффектами (такими как хорус или дилэй), лучше панорамировать не по всей стереобазе, а хотя бы от одного крайнего положения до середины.

При панорамировании MIDI-инструментов звуковых карт следует учитывать наличие определенного панорамирования некоторых из них, проведенного на этапе создания сэмплов.

Достоинством звуковых редакторов, кроме всего прочего, является возможность очень точного управления звуковым планом каждого реального или электронного источника звука. Для компьютерных методов обработки деление пространства на три звуковых плана слишком грубо. В интервью, опубликованном в журнале «Компьютерра», композитор Эдуард Артемьев сказал так: «Звук -- генератор пространства. Пространство начинает работать как отдельная категория, и мы уже следим не за звуком, а за пространством» [б]. Этой цитатой мы и завершим раздел, посвященный звуковым планам.

Микширование MIDI-треков в Cakewalk Pro Audio 6.0.

Конечно же, для того чтобы организовать настоящую студию звукозаписи, неплохо бы иметь реализованный аппаратно микшер, подключенный ко входам высококачественной платы оцифровки звука. Сейчас предложение продавцов звукотехнической аппаратуры существенно превышает спрос. Чего только нет! Но все очень дорого. Поэтому в домашних условиях, до тех пор, пока звукозапись не станет окупающим себя источником ваших доходов, можно обойтись и минимумом средств, реализованных в звуковой карте.

Функции и возможности микшера звуковых карт семейства AWE мы рассмотрели в разд. 1.2.4. Там же мы отметили слабые стороны этих устройств, основной из которых является недостаточное число уровней квантования значений коэффициентов передачи регуляторов уровней.

Проблема микширования при создании композиций (сонгов), включающих в себя MIDI- и WAVE-файлы, может быть разделена на три составляющие части:

ѕ микширование в процессе записи и редактирования MIDI-файлов;

ѕ микширование в процессе записи и обработки WAVE-файлов;

ѕ сведение MIDI-КОМПОЗИЦИЙ и WAVE-дорожек в единый сонг.

Перед тем, как перейти к рассмотрению перечисленных проблем, напомним, что мы понимаем под словом «сонг». Сонг--это совокупность оцифрованного звука, последовательности MIDI-сообщений и дополнительной информации, формируемой музыкальным редактором [63].

Первая задача относительно несложная, и мы ее рассмотрим сейчас.

Вторую -- также можно было бы решать без особых мук при наличии устройств, способных производить одновременную многоканальную оцифровку звуковых сигналов. Звуковые карты семейства AWE годятся только для одноканальной записи звука. Разумеется, последовательная запись звуковых сигналов нескольких источников с их помощью возможна. Дальнейшая обработка звуковых дорожек производится не в реальном времени, а средствами звуковых и музыкальных редакторов. Об этом пойдет речь в гл. 2 и частично в гл. 4.

Третья задача: объединение MIDI- и WAVE-файлов решается с помощью современных музыкальных редакторов, содержащих, как правило, в своем названии слово «audio». Одним из наиболее совершенных и удобных музыкальных редакторов, на наш взгляд, является Cakewalk Pro Audio. Поэтому в гл. 4 решение этой задачи рассматривается применительно к последней (шестой) версии этой программы.

Но для того чтобы вы были готовы к решению таких сложных задач, как сведение сонга, для начала мы должны научить вас элементарному: микшированию MIDI-дорожек с помощью виртуальных микшеров музыкальных редакторов. Вероятно, вы согласитесь с тем, что, поскольку спустя некоторое время вам все равно придется работать с Cakewalk Pro Audio 6.0, было бы неразумно сейчас знакомиться с микшером какого-нибудь другого музыкального редактора.

В нашей предыдущей книге [63] вы имели возможность познакомиться с версией 5,0 этого редактора. Версия 6.0 отличается от нее немногим, но часть этого «немногого» сосредоточена как раз в тех элементах, которые понадобятся именно сейчас.

Загрузив Cakewalk Pro Audio 6.0, вы увидите, что изменения частично коснулись окна микшера и способа отображения процесса управления манипуляторами имеющихся эффектов. В предыдущей версии для вызова окна микшера нужно было выбрать в главном меню команду View > Faders. При этом появлялось изображение микшера, содержащего несчетное число каналов. В версии 6.0 вызвать окно виртуального микшера можно путем выполнения последовательности действий, о которых мы сейчас расскажем. Напомним, что главное окно включает в себя секцию треков (левая часть окна) и секцию клипов (правая часть окна). В главном окне программы -- менеджере треков (Track) -- следует пометить номера тех треков, линейки регуляторов которых должны появиться в окне микшера. На рис. 1.31 помечены девять первых треков.

Рис. 1.31 Главное окно с помеченными треками

Далее необходимо щелкнуть правой кнопкой мыши по полю секции треков. Это вызовет появление всплывающего меню (рис. 1.32).

В нем нужно выбрать команду Panel. При этом откроется окно диалога виртуального микшера (рис. 1.33), в котором будут видны линейки регуляторов, относящиеся только к выбранным каналам. Следует предупредить, что если вы работаете с разрешением 800х600, изображение всего окна микшера не уместится по вертикали на экране монитора.

Состав регуляторов и вид каждой из линеек можно изменить, воспользовавшись кнопкой Design. После нажатия ее появится набор инструментов, с по-

Рис. 7.32 Всплывающее меню секции треков

мощью которого можно не только изменить вид и состав уже существующих модулей микшера, но и сконструировать новые модули, объединяющие в произвольном сочетании органы регулировки параметров любых каналов. Поэкспериментировав с предустановками, вы обнаружите образы панелей микшеров самых известных фирм.

По умолчанию каждая линейка содержит ползунковый регулятор громкости, рукоятки регулировки панорамы, реверберации и хоруса. Кнопка Mute служит для отключения звучания канала. Кнопки, расположенные в верхней части окна



Рис. 1.33. Пример окна диалога микшера

Panel, позволяют выбирать способы запоминания положений регуляторов и варианты отображения их перемещении. При нажатии кнопки с изображением фотоаппарата положения регуляторов зафиксируются. Реально при этом в список MIDI-событий будут записаны сообщения, содержащие параметры этих манипуляторов эффектов. Кнопка, помеченная красной точкой, позволяет записывать все изменения положений регуляторов, которыми вы управляете по ходу записи или в процессе редактирования композиции. С помощью кнопки с изображением стрелки и ползунка можно включить режим, при котором в процессе воспроизведения будут отображаться изменения настройки органов регулировки. При нажатии кнопки с изображением дискеты можно сохранить установки микшера в файле.

Второй способ управления не только громкостью, хорусом, реверберацией, панорамой, но и параметрами других эффектов, поддерживаемых звуковой картой, -- графический. Для его реализации необходимо открыть окно отпечатков клавиш фортепиано Piano Roll. Для этого в секции треков окна Track (рис. 1.31) следует щелкнуть правой кнопкой мыши по тому треку, параметры которого необходимо отредактировать. В появившемся всплывающем меню (рис. 1.32) следует выбрать команду Piano Roll, в результате чего откроется одноименное окно, изображенное на рис. 1.34.

Рис. 1.34. Графическое управление параметрами манипуляторов

Окно Piano Roll no вертикали разделено на два поля. В верхнем поле действительно можно видеть отпечатки нажатых клавиш. Ныне это один из общепринятых способов отображения музыки, записанной с помощью музыкальных редакторов. Нижнее поле предназначено для графического управления параметрами манипуляторов. Уровень параметра соответствует высоте вертикальных столбиков, совпадающих во времени с началами нот. Перечень редактируемых параметров содержится в списке, расположенном в левом нижнем углу окна, и открывается щелчком мыши. На рис. 1.34 показано, что выбран и отображается параметр Velocity, определяющий уровень громкости звучания музыкального инструмента, закрепленного за данным треком. Используя инструменты (карандаш и ластик), приводимые в действие нажатием соответствующих кнопок, расположенных над изображением клавиатуры, можно рисовать столбики любой высоты, задавая тем самым любой закон изменения отображаемого параметра.

Существует еще один способ управления параметрами любых эффектов. Правда, он не столь нагляден, как предыдущий, но именно он и является основным. Микшер и графики -- это всего лишь программные надстройки над ним. Речь идет об управлении параметрами с помощью MIDI-сообщений. Удобным инструментом для редактирования списка MIDI-сообщений и записи новых является окно диалога Event List. Можно открыть окно, в котором будут в хронологическом порядке размещены абсолютно все сообщения. Но это же можно сделать и для каждого из треков. Для того чтобы открыть список сообщений для отдельного трека, необходимо в секции треков окна Track (рис. 1.31) щелкнуть правой кнопкой мыши по желаемому треку. В появившемся всплывающем меню (рис. 1.32) выберите команду Event List. После этого откроется одноименное окно, изображенное на рис. 1.35.

Рис. 7.35. Окно Event List для редактирования MIDI-сообщений

Каждая строка таблицы окна Event List содержит одно сообщение. В приведенном примере почти все сообщения относятся к типу Note и означают, что в такой-то момент следует включить такую-то ноту инструмента, закрепленного за первым MIDI-каналом. Лишь верхняя строка содержит сообщение управления манипулятором (контроллером). Громкостью звучания нот можно управлять, изменяя числа, записанные во втором столбце справа. Значением остальных параметров следует управлять, посылая соответствующие сообщения. Для этого нужно щелкнуть левой кнопкой мыши по той строке, куда вы намерены вставить сообщение. При этом откроется окно диалога Kind of Event (рис. 1.36), предназначенное для выбора типа сообщения. Из рис, 1.36 видно, что, кроме MIDI-сообщений, можно выбирать специальные сообщения и сообщения, относящиеся к нотации.

Опции окон Event List и Kind of Event такие же, как у аналогичных окон программы Cakewalk Pro Audio версии 5.0, работа с которыми достаточно подробно рассмотрена в работе [63]. Поэтому, если вы не сможете самостоятельно разобраться с ними, загляните в эту книгу.

1.4.2 Синхронизация

Проблема обеспечения привязки каких-либо событий к единой временной шкале -- одна из наиболее сложных в ряду актуальных проблем современной науки и техники. Чего только ни придумало человечество для ее решения: от наручных часов до атомных эталонов частоты, от «шести точек», передаваемых радиовещательными станциями, до кодированных псевдослучайных сигналов навигационных космических аппаратов!

Не обошла стороной проблема синхронизации и музыку, создаваемую в компьютерных студиях. Выделим три основных ее аспекта:

ѕ синхронизация, звуковых и MIDI-сообщений, записанных на треках музыкальных редакторов;

ѕ синхронизация MIDI-инструментов, подключенных к звуковой карте;

ѕ синхронизация композиции, созданной средствами музыкального редактора, с аудио- и видеосредствами студии.

Первый из перечисленных аспектов мы вынуждены будем рассмотреть лишь в последней главе книги, после того как познакомим вас со способами создания звуковых сообщений.

Поэтому начнем сразу со второго аспекта, который к тому же представляется нам наиболее простым.

Инструменты, снабженные MIDI-интерфейсом, объединяются в сеть. В соответствии со стандартом MIDI, ведущим может быть только один источник MIDI-сообщений. Когда в сеть включены только два инструмента, выход MIDI OUT ведущего инструмента соединяется со входом MIDI IN инструмента ведомого. Если инструментов много, то для образования сети используются либо дополнительные ретрансляционные выходы MIDI THRU, либо специальные размножители выходных сигналов. Варианты соединения MIDI-устройств в сеть приведены в работе [63]. Аппаратные или программные секвенсоры ведомых MIDI-устройств должны работать в режиме внешней MIDI-синхронизации.

Целям синхронизации MIDI-сети могут служить следующие системные сигналы и сообщения реального времени (System Real Time Message), передаваемые по MIDI-каналу:

ѕ Timing Clock (синхронизация) -- посылается со скоростью 24 импульса на четвертную ноту, служит для задания единого темпа исполнения композиции всеми секвенсорами сети;

ѕ Start (старт) -- инициирует начало записи или воспроизведения сонга всеми устройствами реального времени, подключенными к сети,

ѕ Stop (стоп) -- сообщает о прекращении записи или воспроизведения;

ѕ System Reset (сброс системы) -- устанавливает все программные и аппаратные средства в исходное состояние, загруженные файлы из оперативной памяти удаляются, органы управления устанавливаются в положения по умолчанию.

Отметим, что большинство других MIDI-сообщений несут в себе информацию о времени. В этом можно убедиться, возвратившись к рис. 1.35. Целых три столбца таблицы содержат временные параметры.

Третий слева столбец информирует о времени наступления события в формате Hr:Mn:Sc:Fr (часы:минуты:секундь1:кадры). Четвертый слева столбец содержит ту же самую информацию, но в формате Meas:Beat:Tick. Правый столбец определяет продолжительность MIDI-события,

Для обеспечения возможности использования одних и тех же MIDI-устройств как в качестве ведущих, так и в качестве ведомых предусмотрены аппаратные или программные переключатели режимов синхронизации «Внешняя/ внутренняя». Если устройство используется автономно, то следует устанавливать режим внутренней синхронизации. При работе устройств в сети ведущее устройство должно функционировать в режиме внутренней синхронизации, а ведомые -- внешней. Применительно к звуковым картам следует сказать, что переключение режимов синхронизации удобно выполнять, используя органы управления, имеющиеся в музыкальном редакторе. Например, в Cakewalk такой переключатель имеется среди элементов главного окна.

Вы можете найти его в верхней части главного окна (рис. 1.31), где он показан в состоянии «Int» (внутренняя синхронизация).

Кроме проблемы синхронизации MIDI-устройств, существует и более сложная проблема, связанная с интегрированием различных элементов оборудования студий звуко- и видеозаписи. При создании различной аудио- и видеопродукции возникает необходимость сведения в единое целое информации, поступающей от различных источников. Процессы, протекающие в этих источниках, могут иметь различную периодичность и оцениваться различными единицами измерения времени.

Например, изображение на кинопленке записывается со скоростью 24 кадра в секунду, а единицей измерения времени звучания музыки в MIDI-секвенсоре служит тик. Если звуковое сопровождение записано на том же носителе, что и изображение, то проблем с синхронизацией не будет. Но ведь на этапе создания кинофильма съемка и звукозапись ведутся разными устройствами -- кинокамерой и магнитофоном. После проявления пленки изображение воспроизводится уже не на том аппарате, на котором оно записывалось. То же самое, скорее всего, относится и к воспроизведению звука. Как ни стремится промышленность соблюдать стандарты, но двух абсолютно идентичных по скорости записи/воспроизведения приборов все равно не найти. Для нашего примера эти различия выльются в расхождение скоростей воспроизведения изображения и звука. Сначала они будут проявляться незначительно, но со временем может накопиться такое рассогласование, что сначала мы услышим: «Чмок» -- и лишь спустя несколько секунд герой наконец-то поцелует героиню.

При сведении в единую фонограмму записей отдельных партий, выполненных различными магнитофонами, или при наложении голоса певца, записанного на магнитофоне, на фонограмму оркестра, воспроизводимую MIDI-секвенсором, проблема синхронизации стоит еще острее, т. к. в этих случаях расхождение, составляющее доли такта и даже такты, может накопиться гораздо быстрее. А это уже явный брак. Наиболее распространенное средство синхронизации аналоговых видео- и аудиомагнитофонов между собой и с цифровой аппаратурой -- SMPTE Time Code.

В начале 70-х годов был принят стандарт, названный SMPTE. Название стандарта произошло от названия Международного общества инженеров кино и телевидения (Society of Motion Picture and Television Engineers).

Основным преимуществом тайм-кода SMPTE является то, что в цифровой информации, записываемой на отдельную дорожку аналогового магнитофона, содержится время в абсолютной величине, что позволяет проигрывать произведение с любого места. Поскольку в качестве размерности по оси времени выбрана единица, не относящаяся к музыке, а представляющая собой реальное время записи кода, появляется возможность изменения темпа музыки. Так как стандарт SMPTE первоначально предназначался для видеозаписи, в нем определен блок данных, соответствующих одному кадру видеоизображения. Такая кодовая группа состоит из 80 бит и содержит системную информацию, информацию пользователя и информацию о времени.

Временная информация закодирована в двоично-десятичной системе. Вместе с системной информацией пользователь может записать свои собственные данные (примечания, небольшие тексты). Если информация не помещается в одну кодовую группу, она должна быть разделена на несколько частей.

SMPTE-сигнал должен записываться при выключенном подавлении шумов. Соседние дорожки должны быть либо свободными, либо не должны содержать записей сигналов с большим уровнем высокочастотных составляющих. В противном случае из-за перекрестного влияния дорожек возможно искажение информации.

В музыкальной системе, синхронизируемой SMPTE-кодом, должен быть лишь один прибор, генерирующий этот код (SMPTE-Masterj. Он является опорным, а ведомые устройства должны, исходя из этого, генерировать музыкальный такт. Так как деление времени на кадры в секунду (24 в кино, 25 (PAL) или 30 (NTSC) в телевидении) для музыкальных применений слишком грубо, устройство SMPTE-синхронизации должно интерполировать временную шкалу между кадрами с помощью системы фазовой автоподстройки частоты.