Вопрос 1 Цифровой звук. Частота сеплирования и разрядность. Обработка звука на основе цифровой задержки. Обработка на основе модуляции и фильтров

Компьютер оперирует с цифровыми данными. По этому для перевода в компьютер аналоговый звуковой сигнал необходимо превратить в цифровой. Для воспроизведения же - наоборот - цифровой сигнал необходимо превратить в аналоговый. Для этого используются специальные устройства: аналого-цфровой преоюразователь (АЦП) и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Оба эти устройства встроены в звуковую карту вашего компьютера.

Одним из двух ключевых параметров процесса оцифровки является частота семплирования (частота дискретизации) - количество измерений амплитуды аналогового сигнала в секунду. Так как диапазон колебаний звуковых волн лежит в пределах от 20 Гц до 20 кГц, то количество измерений сигнала в секунду должно быть больше, чем количество колебаний звуковой волны за тот же промежуток времени.

Теперь давайте разберемся с другим ключевым параметром цифрового преобразования - разрядностью семплирования. Этот параметр указывает, с какой точностью происходят измерения амплитуды аналогового сигнала.

Точность, с которой при оцифровке передается значение амплитуды сигнала в каждый из моментов времени ("столбики" на схеме 2), фактически определяет качество сигнала после цифро-аналогового преобразования. От этой точности зависит достоверность восстановления формы волны.

Реализовать временную задержку звукового сигнала, представленного в цифровом виде, очень просто. Самым простым эффектом из этого семейства является дилэй (от англ. delay — задержка). Исходный сигнал подается на линию задержки и с некоторым временным смещением подается на выход. Таким образом вы получаете однократный повтор исходного сигнала с заданной задержкой. Для имитации многократных затухающих повторов применяется регулятор обратной связи, при помощи которого можно устанавливать уровень сигнала, подаваемого с выхода линии задержки на ее вход. Чем больше «открыт» регулятор обратной связи, тем больше повторов вы услышите. Соотношение громкости входного и обработанного сигналов управляется регулятором глубины эффекта.

По схожему принципу работают и ревербераторы — устройства, позволяющие имитировать акустические условия помещений и открытых пространств. Конечно, алгоритмы работы современных ревербераторов значительно сложнее описанных выше, но общий принцип остается таким же. В зависимости от конкретной реализации управление ревербератором может быть построено как по «классическому» принципу (с определенным количеством числовых параметров), так и на основе визуальной модели. В последнем случае вы можете выбрать или даже создать форму виртуального помещения, установить его размеры и т.д.

Теперь вернемся к дилэю. Если немного усложнить схему этого устройства, включив в нее генератор инфранизких частот (ИНЧ) и блок частотной модуляции, то мы получим эффекты хорус (chorus) и флэнджер (flanger). Четкой границы между ними нет, но условно можно сказать, что величина задержки в случае хоруса составляет единицы и десятки миллисекунд, а в случае флэнджера — десятые доли и единицы миллисекунд. Еще один эффект, сходный с флэнджером по звучанию — фэйзер (faser). Различие заключается в том, что в случае фэйзера используется не задержка сигнала, а сдвиг его фазы на определенный угол.

Эффекты на основе динамической фильтрации

Данные эффекты реализуются при помощи частотных фильтров с циклически изменяющимися характеристиками — частотой среза или шириной полосы пропускания. Наиболее известными представителями этого семейства являются автовау (autowah), называемый на музыкальном жаргоне «квакушкой», и эффект Лесли («вращающийся динамик»). На слух эти эффекты воспринимаются соответственно как периодическое закрывание и открывание источника звука каким-либо предметом или как вращение направленного источника звука относительно собственной оси.

В основе данных эффектов лежит амплитудная или частотная модуляция исходного сигнала колебаниями определенной формы (синусоидальными, пилообразными, прямоугольными, треугольными и т.д.). Известный эффект тремоло получается путем амплитудной модуляции исходного сигнала, а эффект вибрато — при помощи слабой частотной модуляции.

Еще один типичный представитель семейства эффектов частотной и амплитудной модуляции — Ring Modulator. В этом случае исходный сигнал подвергается модуляции колебаниями низкой или инфранизкой частоты, а затем пропускается через резонансный фильтр, настраиваемый на определенную частоту.