Урок: Теория музыки, звукозапись

Как  кодир уется  звук Статьи о музыке » Звукозапись, Статьи о музыке » Теория музыки   Звук представляет собой  распространяющуюся чаще всего в воздухе,  воде или другой среде волну с непрерывно  изменяющейся интенсивностью и частотой.  Человек может воспринимать звуковые  волны (колебания воздуха) с помощью слуха  в форме звука различая при этом громкость итон.  Чем больше интенсивность звуковой волны,  тем громче звук, чем больше частота волны,  тем выше тон звука. Подробнее о человеческом  восприятии звука мы писали ранее, об этом  можно прочитать здесь  Зависимость громкости, а также высоты тона звука от интенсивности и частоты   звуковой волны Герц (обозначается Гц или Hz) — единица  измерения частоты периодических процессов (например колебаний).  1 Гц означает одно исполнение такогопроцесса за одну секунду: 1 Гц= 1/с.  Если мы имеем 10 Гц, то это означает, что мы имеем десять исполнений такого процесса за  одну секунду.  Человеческое ухо может воспринимать звук  с частотой от 20 колебаний в секунду (20  Герц, низкий звук) до 20 000 колебаний в  секунду (20 КГц, высокий звук).  Кроме того, человек может воспринимать  звук в обширном диапазоне интенсивностей,  в котором максимальная интенсивность  больше минимальной в 1014 раз (в сто тысяч  миллиардов раз).  Для того, чтобы измерять громкость звука  придумали и применяют специальную  единицу "децибел" (дБ)  Уменьшение или увеличение громкости звука на 10 дБ соответствует уменьшению или  увеличению интенсивности звука в 10 раз.  Характерный звук Нижний предел  Громкость,  измеренная в  децибелах 0чувствительности  человеческого уха Шорох листьев Разговор Гудок автомобиля Реактивный двигатель Болевой порог 10 60 90 120 140 Громкость звука в децибелах Временная дискретизация звука Для того чтобы компьютерные системы  могли обрабатывать звук, непрерывный  звуковой сигнал должен быть преобразован в  цифровую, дискретную форму с помощью  временной дискретизации.  Для этого, непрерывная звуковая волна  разбивается на отдельные маленькие  временные участки, для каждого такого  участка устанавливается определенная  величина интенсивности звука.  Таким образом, непрерывная зависимость  громкости звука от времени A(t) заменяется  на дискретную последовательность уровнейгромкости. На графике это выглядит как  замена гладкой кривой на  последовательность "ступенек".  Временная дискретизация звука    Для записи аналогового звука и его  преобразования в цифровую форму  используется микрофон, подключенный к  звуковой плате.  Чем гуще на графике будут располагаться  дискретные полоски, тем качественнее в  итоге получится воссоздать первоначальный  звук  Качество полученного цифрового звука  зависит от количества измерений уровня  громкости звука в единицу времени, т. е.  частоты дискретизации.Частота дискретизации звука ­ это  количество измерений громкости звука за  одну секунду.  Чем большее количество измерений  производится за одну секунду (чем больше  частота дискретизации), тем точнее  "лесенка" цифрового звукового сигнала  повторяет кривую аналогового сигнала.  Каждой "ступеньке" на графике  присваивается определенное значение уровня громкости звука. Уровни громкости звука  можно рассматривать как набор возможных  состояний N (градаций), для кодирования  которых необходимо определенное  количество информации I, которое  называется глубиной кодирования звука.  Глубина кодирования звука ­ это  количество информации, которое  необходимо для кодирования дискретных  уровней громкости цифрового звука.  Если известна глубина кодирования, то  количество уровней громкости цифрового  звука можно рассчитывать по общей  формуле N = 2I.Например, пусть глубина кодирования звука  составляет 16 битов, в таком случае  количество уровней громкости звука равно:  N = 2I = 216 = 65 536.  В процессе кодирования каждому уровню  громкости звука присваивается свой 16­ битовый двоичный код, наименьшему уровню звука будет соответствовать код  0000000000000000, а наибольшему ­  1111111111111111.  Качество оцифрованного звука Итак, чем больше частота дискретизации и  глубина кодирования звука, тем более  качественным будет звучание оцифрованного звука и тем лучше можно приблизить  оцифрованный звук к оригинальному  звучанию.  Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации 8000  раз в секунду, глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки (режим  "моно").Но следует помнить, что для улучшения  этого звука в телефонии применяются  приборы, напоминающие синтезаторы речи  и вокодеры. О вокодерах, также  доступна эта статья  Самое высокое качество оцифрованного  звука, соответствующее качеству аудио­CD,  достигается при частоте дискретизации 48  000 раз в секунду, глубине дискретизации 16  битов и записи двух звуковых дорожек  (режим "стерео").  Необходимо помнить, что чем выше  качество цифрового звука, тем больше  информационный объем звукового  файла.  Можно легко оценить информационный  объем цифрового стереозвукового файла  длительностью звучания 1 секунда при  среднем качестве звука (16 битов, 24 000  измерений в секунду). Для этого глубину  кодирования необходимо умножить на  количество измерений в 1 секунду и  умножить на 2 канала (стереозвук):  16 бит × 24 000 × 2 = 768 000 бит = 96 000байт = 93,75 Кбайт.  Звуковые редакторы Звуковые редакторы позволяют не только  записывать и воспроизводить звук, но и  редактировать его. Наиболее видными можно смело назвать, такие как Sony Sound  Forge, Adobe Audition, GoldWave и другие.  Оцифрованный звук представляется в  звуковых редакторах в наглядной визуальной форме, поэтому операции копирования,  перемещения и удаления частей звуковой  дорожки можно легко осуществлять с  помощью компьютерной мыши.  Кроме того, можно накладывать,  перехлёстывать звуковые дорожки друг на  друга (микшировать звуки) и применять  различные акустические эффекты (эхо,  воспроизведение в обратном направлении и  др.).  Звуковые редакторы позволяют изменять  качество цифрового звука и объём конечного звукового файла путём изменения частоты  дискретизации и глубины кодирования.  Оцифрованный звук можно сохранять безсжатия в звуковых файлах в универсальном  формате WAV (формат компании Microsoft)  или в форматах со сжатием OGG, МР3  (сжатие с потерями).  Также доступны менее распространённые, но  заслуживающие внимания форматы со  сжатием без потерь. О музыкальных  форматах читайте нашу  статью: Разнообразие цифровых  форматов  При сохранении звука в форматах со  сжатием отбрасываются не слышимые и  невоспринимаемые ("избыточные") для  человеческого восприятия звуковые частоты  с малой интенсивностью, совпадающие по  времени со звуковыми частотами с большой  интенсивностью. Применение такого  формата позволяет сжимать звуковые файлы  в десятки раз, однако приводит к  необратимой потере информации (файлы не  могут быть восстановлены в первоначальном, исходном виде).мплитудная  модуляция  в VST  плагинах Справочные данные, Статьи о музыке » Теория музыки Амплитудная модуляция (AM) — вид  модуляции, при которой изменяемым  параметром несущего сигнала является  его амплитуда.  Использование в VST плагинах  Синтезируемые колебания насыщаются  амплитудной модуляцией новыми  гармониками, которые генерируются на  основе двух поступающих сигналов иопределяются по формуле:  AM = carrier + M * carrier * mod где carrier (carrier signal ­ несущий  сигнал) ­ сигнал первого осциллятора;  mod (modulation signal ­ модулирующий сигнал) ­ сигнал второго осциллятора;  M ­ некоторое число, называемое  коэффициентом модуляции.  В образованном амплитудной  модуляцией сигнале, всегда  присутствует сигнал несущего  осциллятора, а также произведение  колебаний несущего и модулирующего  осцилляторов. Новые гармоники в  спектре сигнала создаются  исключительно только посредством  произведения carrier*mod, т.к.  колебание несущего осциллятора без  изменения поступает на выход блока  амплитудной модуляции.  Количество присутствующего  результата, произведения, регулируется коэффициентом M.Что можно получить с помощью  амплиьудной модуляции?  ­ например, создание колокообразных  звуков, атмосферных, негармонических  фонов, эффекта амплитудного вибрато  и тремоло и т.д.  Родственное сходство имеют  амплитудная и кольцевая модуляции.  Кольцевая модуляция (ring  Modulation, RM) – это результат  произведения двух сигналов. Но  амплитудная модуляция, на выходе,  ещё имеет необработанный сигнал  несущего осциллятора. Уровень сигнала RM, присутствующего в сигнале AM  можно регулировать с помощью  коэффициента модуляции M. Наличие  кольцевого модулятора в плагине  достаточно для генерации и AM и RM  сигналов.Аудио и МИДИ Статьи о музыке » Всё о звуке, Статьи о музыке » Теория музыки » Всё о MIDI Как Вам, наверное, уже известно,  при работе с музыкой  используется два основных вида  представления звука – это Аудио и MIDI.  Аудио (лат. audio «слышу») —  общий термин, относящийся к  звуковым технологиям. Зачастую  под термином аудио понимают  звук, записанный на звуковом  носителе; реже под аудио  подразумевается запись и  воспроизведение звука,  звукозаписывающая и  звуковоспроизводящая  аппаратура.Аудио аппаратура работает с  сигналами, включающими частоты  до 20 кГц, поскольку звук большей частоты не воспринимается  слухом.  MIDI (англ. Musical Instrument  Digital Interface — цифровой  интерфейс музыкальных  инструментов) — стандарт на  аппаратуру и программное  обеспечение, позволяющее  воспроизводить (и записывать)  музыку путем выполнения/записи  специальных команд, а также  формат файлов, содержащих  такие команды. Воспроизводящее  устройство или программаназывается синтезатором  (секвенсором) MIDI и фактически  является автоматическим  музыкальным инструментом.  Аудио – это то, что раньше  записывали на магнитофоны,  виниловые диски, то есть, аудио  вначале имело аналоговую  природу. С внедрением  компьютера в работу со звуком,  аудио стало цифровым и звуковые  карты компьютера работают  только с цифровым звуком. Поток  цифр стал определять множество  параметров воспроизведения  звука. О достоинствах и  недостатках цифрового звука  можно спорить до хрипоты, но  факт остается фактом – цифровая  запись и воспроизведение сегодня  используется повсеместно, как и  цифровое фото и видео. Все CD и  DVD, которые Вы  слушаете/смотрите, записаны  цифровым способом.  О многоканальном и трёхмерном  звуке здесь я говорить не буду –это отдельная тема. И о том, что  звук бывает моно и стерео, тоже,  надеюсь, в общих чертах все  имеют об этом представление.  Замечу, что моно – это  одноканальный звук, а стерео – это два независимых аудио­канала.  Звук на компьютере может быть  записан и воспроизведён с  заданным (определённым) уровнем частоты дискретизации и  разрядности.  Частота дискретизации (или  частота семплирования) ­ это  означает, сколько раз передается  информация о звуке за одну  секунду, то есть, частота отсчетов  непрерывного сигнала. Например,  стандартная частота для  музыкального CD ­ 44100 Герц или 44,1 КГц. Это значит, что при  воспроизведении звука, на  звуковую карту, за одну секунду,  44100 раз передается информация  о файле.  Разрядность звука – это означает,сколько бит информации о звуке  передается каждый раз, при  каждой передаче. 16 Бит является  стандартом CD. И если Вы  увидите изображение параметров в таком виде – 16/44, то это  отображение разрядности звука  (16 бит) и частоты дискретизации  (44 КГц, округленно).  И чем выше параметры  частоты/дискретизации, тем  качественнее звук. В студиях  звукозаписи для получения  лучшего качества работают с  высокими показателями ­ 24, 32  бита и 96 КГц и более. А затем,  при подготовке музыки к изданию  на CD, переводят в более низкие  показатели стандарта CD ­ 16/44.  Аудиоформатов существует  достаточно много.  Самыми распространёнными  являются такие, как:  CDA (Audio CD) – обычный CD  со звуком высокого качества.WAV ­ стандартный файл  Windows, используемый на  компьютере.  Форматы со сжатием с потерями:  MP3 (MPEG­1, Layer3) ­  обеспечивающий приемлемое  качество звука при высоком  коэффициенте сжатия. Самый  популярный сегодня формат.  Качество звучания сжатого звука  зависит от показателя битрейта  (величины потока данных). Самый  низкий, приемлемый битрейт – 128 кБит в секунду. Соответственно,  чем выше битрейт, тем лучше  качество звука.  WMA (Windows Media Audio) ­  формат от Microsoft. При меньших размерах файла примерно  идентичен качеству MP3.  OGG Vorbis – этот формат по  качеству превосходит MP3 на  аналогичных битрейтах, но  исторически так сложилось, чтоMP3 завоевал мировой рынок  раньше.  RealAudio ­ это формат передачи  звука в Интернет. Сверхнизкий  битрейт и, как Вы понимаете,  соответствующее качество, но для  медленного интернета очень  хорошо пригоден.  Теперь о MIDI интерфейсе.  Внедрение в музыку цифровых  технологий породило  принципиально новый для  звукозаписи  формат MIDI(Musical  Instruments Digital Interface), что означает цифровой интерфейс  музыкальных инструментов.  Нужно отчетливо понимать, что  формат MIDI не является  звукозаписью, как таковой. В  потоке миди­команд отражаются  исключительно только «приказы»  семплеру или синтезатору по  выполнению действий  направленных на извлечениезвуков. И по протоколу MIDI не  передается сам звук с его  колебаниями, а только команды на его воспроизведение.  Данных «приказов» в процессе  звукоизвлечения поступает по  современным компьютерным  понятиям не так много и  охватывают они основные  параметры звука: тембр  инструмента, высота тона,  громкость, длительность,  панорама, частотная модуляция и  еще множество других.  Практически все современные  электронные инструменты и  звуковые карты работают с  форматом MIDI. Он был создан  для того, чтобы инструменты  разных фирм (синтезаторы,  семплеры) могли одинаково  хорошо реагировать на одни и те  же команды. При воспроизведении миди­файла поток данных  передаётся устройству,  генерирующему звук  (секверсору/семплеру/синтезатору) – о номере канала, тембре, о том, какую клавишу нажать, с какой  силой, какой  продолжительностью, какую  нажать педаль и еще довольно  много различной информации.  Одновременно могут звучать 16  различных инструментов.  В 1982 году, ассоциацией  производителей MIDI­ инструментов был разработан  стандарт General MIDI (GM). Это  самый распространенный  стандарт, несмотря на то, что  позже были созданы еще три  разновидности. GM имеет 16  каналов, стандартный банк  музыкальных инструментов, где за  каждым инструментом закреплен  свой неизменный порядковый  номер. В банке 128 мелодических  тембров (включая электронные) и  47 ударных инструментов,  расположенных на 10 канале  (каждой клавише соответствует  свой ударный инструмент).  Часто используемый формат ­стандартный MIDI файл (SMF ­  Standard MIDI FIle). Это формат,  предназначенный для хранения  записанных данных с секвенсора,  будь то аппаратный или  программный. В нем существует  16 каналов, с миди­треками  различных инструментов. Каждый  трек – это записанная музыкальная партия какого­либо инструмента.  И любой секвенсор, совместимый  с GM, читает примерно одинаково  эти музыкальные файлы. То есть,  он считывает информацию об  использованном инструменте,  высоте звуков, их длительности,  громкости и т.д. Например, если  записана гитара, то в любом  секвенсоре будет звучать именно  гитара и никак не другой  инструмент. Другое дело, что  гитара эта может быть разного  качества звучания – это зависит от качества используемого семплера  или синтезатора. И еще, на любой  трек можно назначать любой  инструмент (их 128) из  стандартного банка GM и лишь  только 10 канал используетсяисключительно для ударных  инструментов.  Можно сказать, что MIDI­запись –  это как бы нотная запись для  секвенсора или звуковой карты  компьютера, читающего миди­ формат, с высокой точностью  фиксации каждого параметра  звука.  И еще добавлю немаловажный  факт, что миди­информация очень мала по объему занимаемой  памяти, что очень удобно и  экономно.  Файлы MIDI являются набором  команд для синтезатора  (секвенсора) установленного на  компьютере.  Установленный по умолчанию на  компьютере "Программный  синтезатор" не дает желаемых  результатов, из­за скудного "банка звуков". Для улучшения звука  требуется установить синтезатор с нормальным "банком звуков" инастроить караоке плеер, чтобы он работал используя установленный  нами синтезатор.  Об интервале Интервал в музыкальной теории (от  лат. intervallum — промежуток,  расстояние; различие, разница,  несходство) — соотношение между  двумя звуками определённой  высоты.Самой минимальной единицей  измерения музыкального интервала в является полутон. Интервалы  меньше полутона именуются  микроинтервалами. Консонантные и  диссонантные интервалы —  важнейшие элементы гармонии.  Две стороны интервала С одной стороны, интервал можетбыть представлен как  абстрактная математическая велич ина, выраженная отношением двух  чисел (в отечественном  музыковедении часто неправильно  называемым «пропорцией»), с другой стороны, как элемент  специфически музыкальной логики,  категория гармонии, выраженная в  буквенной или графической нотации. Математическое значение интервала, как правило, не может быть  напрямую выведено из музыкального, и наоборот. Например, запись eis­a в  классическом учении о гармонии  трактуется как хроматический  интервал (уменьшённая кварта,  подразумевается разрешение eis в  fis), энгармонически равный большой терции равномерно  темперированного строя, в другом  контексте может означать и  пифагорейский дитон, и чистую  большую терцию (например, в  итальянском мадригале XVI века).  Интервал, нотированный как fis­a, в  тональности C­dur может  рассматриваться как малая терция  равномерно темперированного строя,а в тетрахорде хроматического рода  у греков — как полуторатон, или  полудитон, и т. д.  Классификация интервалов в музыке Интервалы классифицируются:  1. По взятию: одновременному  (гармонический, или вертикальный,  интервал) или последовательному  (мелодический, или горизонтальный,  интервал).  2. По объёму (количеству)  заключённых в них ступеней. Число,  обозначающее количество ступеней в интервале, также является кратким  обозначением этого интервала в  музыкальной грамоте.  Количество  ступеней 1 2 3 4 Название  интервала Прима Секунда Терция Кварта5 6 7 8 Количество  ступеней 9 10 11 12 13 14 15 Квинта Секста Септима Октава Название интервала Нона (секунда через  октаву) Децима (терция через  октаву) Ундецима (кварта  через октаву) Дуодецима (квинта  через октаву) Терцдецима (секста  через октаву) Квартдецима (септима  через октаву) Квинтдецима (двойная октава) Интервалы от примы до октавы  называются простыми, от октавы до  квинтдецимы — составными.  Интервалы шире, чем квинтдецима,  традиционно не рассматриваются каксамостоятельные.  3. По «качеству» (количеству  заключённых в интервале тонов и  полутонов при известном количестве ступеней). «Качество» интервала  определяется словами «большая»  (сокращённо б.), «малая» (м.),  «чистая» (ч.), «увеличенная» (ув.),  «уменьшённая» (ум.), «дважды  увеличенная» (дв. ув.) и «дважды  уменьшённая» (дв. ум.).  Качественная характеристика  интервала в элементарной теории  музыки служит дополнением его  количественной характеристики.   Большими и малыми могут быть  секунды, терции, сексты и  септимы;  Чистыми могут быть примы,  кварты, квинты и октавы;  Увеличенными и уменьшёнными  могут быть любые интервалы (за  исключением уменьшённой  примы, которая не может  существовать на практике);Обращения интервалов Обращением интервала называется  перемещение его звуков на октаву  вверх или вниз таким образом, чтобы они поменялись местами: верхний  стал нижним, а нижний — верхним.  При обращении качество интервала  меняется на противоположное:  большой становится малым,  увеличенный — уменьшённым и  наоборот. Чистый интервал остаётся  чистым. При обращении простого  интервала на октаву переносится  один из его звуков, при этом сумма  цифровых обозначений обоих  интервалов всегда равна девяти.  Основной  интервал Прима (1) Секунда (2) Терция (3) Кварта (4) Квинта (5) Секста (6) Септима (7) Обращённый  интервал Октава (8) Септима (7) Секста (6) Квинта (5) Кварта (4) Терция (3) Секунда (2)Октава (8) Прима (1) Если требуется обратить составной  интервал, на октаву переносятся оба  его звука (верхний — вниз,  нижний — вверх), при этом сумма  цифровых обозначений обоих  интервалов всегда равна  шестнадцати.  Обращённый  Основной  интервал интервал Септима (7) Нона (9) Секста (6) Децима (10) Квинта (5) Ундецима (11) Кварта (4) Дуодецима (12) Терцдецима (13) Терция (3) Квартдецима (14) Секунда (2) Квинтдецима (15) Прима (1) Увеличенная октава, также  рассматривающаяся как составной  интервал, даёт в обращении октаву  уменьшённую.Что такое  эквалайзер Эквалайзер (англ. equalize —  «выравнивать», общее сокращение  — «EQ»), темброблок — это  устройство или компьютерная  программа, которая позволяет  увеличивать, либо уменьшать  громкость отдельных зон  частотного диапазона,  выравнивать амплитудно­ частотную характеристику  звукового сигнала, то есть  корректировать его (сигнала)  амплитуду избирательно, в  зависимости от частоты.  Рождённый в 30­х годах,  эквалайзер является старейшей и  наиболее часто используемой  звукорежиссёрами обработкойзвука. Сегодня на рынке хватает  самых разных приборов для  тембровой коррекции – от  простого НЧ­ВЧ корректора 50­х  до навороченного многополосного  эквалайзера с совершенной  параметрикой. В своей основе  эквалайзер представляет собой  несколько электронных фильтров,  позволяющих изменять  амплитудно­частотную  характеристику звукового  устройства. За последние пол века  схемотехника эквалайзеров  усовершенствовалась необычайно,  стремясь удовлетворить от  возросшие требования аудио  индустрии.  Прежде всего эквалайзеры  характеризуются количеством  регулируемых по уровню  частотных фильтров (полос).  Изначально эквалайзеры  использовались в соответствии с  этим определением: во времена  первых опытов звукозаписи,  студии были оснащены  низкокачественными