В данной статье рассматриваются принципы действия различных устройств, предназначенных для обработки звука.
О том как и в каких случаях правильно и нужно их использовать речь пойдёт далее. Рассматриваемые в статье эффекты разбиты по следующим категориям: • Временные преобразования: дилей, эхо, реверберация, различные задержки с применением модуляции (фазер, частотная модуляция, хорус, флэнджер). • Частотные преобразования: различные типы эквалайзеров. • Амплитудные преобразования: компрессор (лимитер, максимайзер), экспандер, амплитудная модуляция (риппер). • Другие преобразования: вокодер.
Временные преобразования
Дилей (delay) и эхо (Echo)
Дилей (Delay) - эффект, который добавляет к оригинальному сигналу его копии с временной задержкой (больше 0.5 сек), с определённой вами периодичностью повторений (обычно кратной темпу) и затуханием амплитуды.
Различают два вида этого эффекта: • Простой дилей (Simple Delay), использует одну линию задержки оригинального сигнала. • Сложный дилей (Multi Delay), использует более одной линии задержки оригинального сигнала.
Пример сложного дилея: повторение сигнала в правом канале с периодичностью n и повторение сигнала в левом канале с периодичностью 2n.
Дилей является хорошим инструментом для придания стерео-эффектного звучания композиции. Пользуясь дилеем имейте ввиду то что чрезмерное использование этого эффекта может сделать композицию неразборчивой и может получиться "каша".
В случае, если время задержки совпадает с темпом музыки, то глубина звучания возрастает, а эффект остается незаметным. Большинство звукооператоров устанавливает время задержки в соответствии с темпом композиции. Дилэй подчиняют пульсу музыки и он добавляет пространства в звук. Кажется, что задержанное повторение сигнала исчезает, а звучание сглаживается.
Очень похожим на дилей является эффект эхо (Echo). Если дилей просто добавляет к оригинальному сигналу его копии с определёнными значениями периодичности и затухания, - то в эхо копии сигнала подвергаются спектральному (частотному) изменению.
Вам ведь доводилось слышать эхо в жизни ?
К примеру, вы что-то крикнули и услышали отражение своего крика через определённый промежуток времени.
Почему это произошло ?
Звуковая волна распространяется в воздушной среде (и не только), встречая на своём пути препятствия. В зависимости от частоты звука – она может огибать это препятствие или же отражаться от него. Чем ниже частота (больше длина звуковой волны) – тем лучше она огибает препятствия. Звук отражается различным образом от различных препятствий, именно это и учитывается в эффекте «Эхо». Дилей же просто добавляет копии оригинального сигнала без изменения их частотных характеристик.
Реверберация (Reverberation)
Реверберация — также является эффектом задержки звука, но в отличие от эха оригинальный сигнал повторяется с гораздо меньшей периодичностью и затухает соответственно быстрее.
Если эхо в реальных условиях может встретиться в горах и на улице, - то реверберация - в закрытом помещении. Звуковая волна отражается от стенок помещения, после чего опять отражается от стенок помещения – и так до тех пор пока она не затихает. Реверберация очень хорошо различима в длинных туннелях, пещерах, церквях, в объёмных помещениях с плохой акустикой (под плохой акустикой также понимается полное отсутствие реверберации, что лишает звук своей естественности). Звук различается после прекращения резонирования его источника – это Вы слышите отражения звуковой волны от поверхностей помещения. В начале к Вам возвращаются ранние отражения – непосредственно от поверхностей помещения, потом с меньшей интенсивностью поступают отражения от отражений.
Реверберацию принято считать по формуле:
T= 0.164V/A , где V – объём помещения, А – звукопоглощение (зависит от материала и типа поверхностей, их площадей). В Интернете есть калькулятор реверберации помещения.
Короткая реверберация или короткие задержки придают звучанию объём.
Реверберация с затуханием меньше 1 с и задержки меньше 100 миллисекунд (обычно их делают много короче) создают акустическое пространство вокруг звука, особенно, если они идут по обоим стерео каналам.
Часто время затухания реверберации ставят как можно меньше, а для цифровых устройств это очень трудная задача. Может получиться металлическое звучание. Если такое случилось, можно исправить положение, увеличив время затухания, или попробовать другой пресет, который даст более мягкое звучание, либо взять другой ревербератор, который сможет работать с такими параметрами.
Реверберация звучит значительно лучше, если привязана к темпу записи.
Реверберацию настраивают под песню по удару рабочего барабана, а время затухания подбирают так, чтобы звучание закончилось перед следующим ударом. Задача — заставить реверберацию "дышать" вместе с музыкой. Лучше всего — сначала сделать всё как можно больше при минимальном времени реверберации, потом потихоньку прибавлять время, пока реверберация не встроится в темп.
Предилэй ревербератора (пространство между затуханием ноты на дорожке-источнике и началом реверберации) может значительно изменить звучание ревербератора и обычно тоже рассчитывается по темпу музыки.
Основные регулируемые параметры, встречающиеся в современных цифровых ревербераторах, представлены ниже:
Balance (Dry / Wet) — регулирует соотношение прямого звука (Dry) и звука, обработанного эффектом (Wet). Gate Reverb — тип специального «нелинейного» эффекта. Density — плотность ранних (первичных) отражений, характеризует геометрию имитируемого помещения. Diffusion — плотность структуры ранних отражений, характеризует расплывчатость реверберации, при низких значениях ощущается ее дискретность или подобие эха. Early Reflection Level — уровень ранних отражений, соотносится с отражающими свойствами материалов помещения. Er/Rev Balance — соотношение уровней ранних отражений и остатка реверберации. Feedback Level — уровень обратной связи. Hight Cut — наличие фильтра НЧ (эквалайзера). Делает тембр реверберации более мягким. Hight Damp (LPF) — возможность демпфирования высокочастотных составляющих спектра реверберации (иногда раздельно регулируется уровень и частота). Основано на естественном эффекте более быстрого затухания высокочастотного спектра звука в процессе акустической реверберации. В некоторой степени имитирует свойства материалов отражающих поверхностей помещения. Liveness — характер затухания сигналов ранних отражений, их огибающая. Low Cut — наличие фильтра ВЧ (эквалайзера). Low Damp (HPF) — возможность демпфирования низкочастотных составляющих реверберации (иногда раздельно регулируется уровень и частота). Pre-Delay (Initial Delay) — интервал времени между приходом к слушателю прямого, необработанного сигнала, и моментом появления самого первого «отраженного» сигнала (фактически имитирует размеры помещения с учетом месторасположения слушателя). Release Density — плотность отражений конечной фазы реверберации. Reverb Delay — промежуток между ранними отражениями и остатком реверберации, который в одних процессорах отсчитывается относительно прямого сигнала, а в других — относительно ранних отражений. Reverb Send Level (Depth,Volume) — уровень реверберации. Основной параметр, управляющий глубиной эффекта. Reverb Time (Decay) — время реверберации. Shape (Early Type) — форма нарастания ранних отражений. Size (Room Size, Hall Size, Height, Width, Depth) — размеры (объем) имитируемого помещения, ширина (Width), глубина (Depth), высота (Height). Wall Vary — характеризует геометрию (неровности) отража¬ющих поверхностей. Большие значения придают реверберации более рассеянный характер.
Вибрато (Vibrato)
Вибрато — периодические изменения высоты, громкости или тембра музыкального звука. В струнных инструментах вызывается колебаниями пальца, в духовых инструментах и у вокалистов — пульсацией воздушного давления.
Как правило, высота, громкость и тембр при исполнении на конкретном инструменте не изменяются одновременно — какая-то из этих характеристик является преобладающей, а остальные — побочным эффектом основной. Вибрато широко распространено в рок-музыке, особенно в гитарных партиях. На электрической гитаре вибрато может быть исполнено 2-мя способами: с помощью тремоло-машинки и с помощью подёргивания прижатого к струне пальца.
Изменение фазы (Phasing)
Фазовые преобразования выполняются либо путем постоянного сдвига фазы сигнала, либо путем наложения некоторой фазомодулирующей функции. Такие преобразования, например, стерео сигнала, позволяют реализовать эффект вращения или "объёмности" звука.
Фазер (Phaser) - устройство (аналоговое или программное) предназначенное для сдвига фазы подаваемой на него звуковой волны, путём задержки последней на незначительный временной промежуток (от 0.0001 мс до 20мс). В результате этого эффекта звук приобретает новый оттенок
Флэнжер (Flanging)
Флэнжер - это практически тоже самое что и хорус (происходит небольшая задержка сигнала), только с обратной связью (feedback), т. е. задержка еще раз посылается в себя. Следовательно флэнжер с выключенным фидбэком становится хорусом!
Инвертирование фазы (Phase Invert)
Фазоинвертор (от фаза и инвертор) — устройство, преобразующее входной сигнал в 2 сигнала, сдвинутых по фазе на 180°.
Многоголосье (Chorus, Хорус)
Хорус (англ. chorus) — звуковой эффект или соответствующее устройство. Имитирует хоровое звучание музыкальных инструментов. Эффект реализуется путем добавления к исходному сигналу его собственной копии или копий, сдвинутых по времени на величины порядка 20-30 миллисекунд, причем время сдвига непрерывно изменяется. Частотные преобразования
Частотные преобразования могут проводиться над спектром сигнала или над частотой воспроизведения сигнала. На основе частотных преобразований спектра реализуются различные фильтры и эквалайзеры. Принцип действия их состоит в следующем. Входной сигнал раскладывается на частотные составляющие. Затем, в зависимости от производимых действий, какие-то составляющие могут быть полностью приглушены, а какие-то просто изменены по амплитуде. В результате на выходе получается сигнал с отфильтрованными частотами. Частотные преобразования применяются как для "технических нужд" (например, при очистке сигнала от ненужных постоянных шумов), так и для придания звучанию новой окраски. Как уже говорилось выше, разложение сигнала на частотные составляющие и их дальнейшая обратная свертка в сигнал - достаточно трудоемкая операция, поэтому частотные преобразования трудновыполнимы в режиме реального времени. Однако, мощность современных процессоров иногда позволяет производить такие действия.
Эквалайзер
Звук обладает как амплитудной, так и частотной характеристикой. Так, например, одни звуки располагаются в низкой частотной области (например бас и бас бочка), другие в высокой (наприер хеты и пищание комара).
С помощью эквалайзера можно подавить определённые частоты, тем самым подчеркнув другие.
Однако пользоваться эквализацией надо осторожно - потому что вырезав полосу ненужного инструмента, можно вырезать часть полосы нужного, тем самым ухудшив его качество звучания.
К тому же изменение частотной характеристики изменяет тембр, и например вокал не рекомендуется обрабатывать эквалайзером потому что наша слух. система слишком чувствительна к изменениям в этой области. Существует два типа эквалайзеров: параметрический и графический. Параметрический эквалайзер представляет из себя ряд бегунков, каждый из которых соответствует определённой частотной полосе. Передвигая вправо или влево мы усиливаем или ослабляем частоты в этой области (усиление частот - это плохо и если не ошибка, то не лучшее решение...). В графическом же эквалайзере частоты сигнала подавляются в зависимости от графика, который управляется с помощью мыши.
С помощью эквалайзера можно подправить частотную характеристику как отдельного инструмента, так и всей композиции, однако это также не лучшее решение, лучшее решение - изначально подобрать инструменты так, чтобы они не требовали последующей эквализации. Кроме того, непрофессиональные акустические системы обладают плохой АЧХ (Амплитудно-частотной характеристикой). Это значит то что одни частоты в них воспроизводятся громче положенного, другие - тише. Эту проблему можно решить выравниванием частот с помощью эквалайзера и приблизить АЧХ к "прямой" как на студийных мониторах, но подчеркну только приблизить. Выравнивание АЧХ рассмотрено позже. Амплитудные преобразования (динамическая обработка звука)
Возьмите лист бумаги, сомните его в клубок - у него есть выступающие части. А теперь сожмите его ещё больше! Выступающих частей стало меньше, клубок стал более шарообразным! Со звуком во время компрессии происходит тоже самое - выступающие части обрезаются, в следствии чего уменьшается динамический диапазон (разница между самым большим и маленьким значением амплитуды). Вы можете задать вопрос: Какая разница между компрессией и понижением громкости ? При понижении громкости клочок бумаги просто уменьшается в масштабе.
При компрессии же он увеличивается в той степени, в которой обрезаются его выступы. В следствии компрессии разница между самым громким и самым тихим звуком уменьшается, музыка звучит в целом громче. Что же теряется при достижении этой громкости ? Широкий динамический диапазон - это когда нота имеет допустим 128 значений громкости. Узкий, когда она имеет допустим 12 значений громкости. Так, допустим в композиции из 1000 нот 20 имеют 128 значение громкости а 30 имеют 127-е значение громкости. При компрессии значение громкости 20 нот приравнивается к 127 и общая громкость повышается на один пункт. Компрессия позволяет добиться громкости звучания, кроме того она позволяет сделать звук более чётким (при правильных настройках компрессии). Так, например, когда происходит компрессия бас бочки важно начать компрессию не с самого начала а немного позже - чтобы бочка имела характерный "щелчок" в начале (это можно сделать используя параметры компрессии, о которых речь пойдёт позже). В какой степени компрессировать материал - зависит от его стиля и целях автора. Чем больше компрессии - тем меньше дышит музыка. Если Вы стремитесь к написанию коммерческой музыки - без компрессии Вам практически не обойтись.
Амплитудные преобразования выполняются над амплитудой сигнала. Такую процедуру можно проделать двумя способами: либо умножая амплитуду сигнала на некоторое фиксированное число, в результате чего получится одинаковое изменение интенсивности сигнала на всей его протяженности, то есть усиление или ослабление, либо изменяя амплитуду сигнала по какому-то закону, то есть умножая амплитуду сигнала на модулирующую функцию. Последний процесс называется амплитудной модуляцией.
Компрессия
Схематичное изображение работы компрессора
В компрессоре (Compressor) есть несколько основных параметров обработки звука:
Threshold - компрессор анализирует амплитуду (громкость) поступающего сигнала и начинает работать как только она достишает значения Threshold.
Ratio (коэффициент компрессии) - соотношение входного сигнала к выходному. Например, значение 4:1 означает, что при изменении входного сигнала на 4dB, на выходе мы получим разницу в 1dB.
Attack - задаёт промежуток времени, после истечения которого компрессор начинает работать (время отсчитывается после достижения значения Threshold ).
Release - время спада (восстановления чувствительности эффекта).
Gain - При помощи этого параметра задаётся уровень сигнала на выходе компрессора. Значение задается в децибелах. Необходимо для восстановления того же уровня сигнала после обработки компрессором.
Вид сигнала до обработки компрессором
Вид сигнала после обработки компрессором
Лимитер (Лимитер, максимайзер) отличается от компрессора тем, что он работает более грубо, срабатывает сразу же и обрезает всё что выше выставленного значения threshold:
Схематическое изображение работы лимитера
Пример работы лимитера
SideChaine
Также достаточно интересным является эффект SideChaine. Разница сайдчейна с компрессором заключается в том, что в сайдчейне параметр Threshold задаётся не громкостью входящего сигнала а наличием сигнала в другом канале. То есть, у нас есть, например, бас бочка и бас, с помощью этого эффекта можно их запрограммировать так, чтобы бас звучал когда нет сигнала в канале бас бочки. Также хочу заметить то что кроме амплитудного сандчейна существует частотный сандчейн. Благодаря использованию сандчейна можно добиться не только громкости - но и интересных эффектов!
Экспандер
Экспандер отличается от компрессора тем, что он начинает работать после того как сигнал станет не больше а меньше значения Theshold. Т.е. после того как уровень сигнала преодолевает этот уровень - под действием экспандера он становится ещё меньше (как долго - зависит от параметра Release). С помощью экспандера удобно вырезать из записи нежелательные шумы, однако это требует хорошей настройки параметров обработки а иногда и ручного управления. Лично я не встречал частотных экспандеров, а ведь это могло бы заметно улучшить качество его работы (экспандер продолжает работать до того как в оригинальном сигнале появляются определённые частоты).
Модуляция
Амплитудная модуляция - это вид модуляции, при которой изменяемым параметром является амплитуда. Т.е. звук дрожит с заданной периодичностью и амплитудой (в случае большого значения называется риппером).
Distortion. Эффект дистошн (от англ. "distortion" - искажение) основывается на использовании амплитудной модуляции. Фактически это замена одних значений амплитуд сигнала другими значениями. За счет переусиления, когда происходит срезание верхушек входного сигнала, можно получить, например, классический вариант гитары heavy metal (то есть сигналу придается скрежетание или своеобразная "хрипота"). Применение такого эффекта приводит к довольно резкому искажению входного сигнала (в зависимости от глубины модуляции), в результате чего сигнал становится похож на прямоугольный, и как следствие происходит расширение спектра сигнала. Параллельная компрессия
Параллельной компрессии (Parallel Compression, Upward Compression, New York Compression, иногда Side-Chain compression) приписываются многие чудеса. Это и прозрачность звука, и сохранение его первоначальной окраски, и нежное обращение с фронтами (transients) сигнала, и добавление такого «мяса» и «плотности» которое обычным способом (downward compression) получить очень тяжело или даже невозможно.
Параллельная компрессия - это такой способ компрессирования сигнала при котором к необработанному (Dry) параллельно подмешивается компрессированный сигнал (Wet). Другие преобразования
Вокодер (Vocoder)
Вокодер в первую очередь предназначен для работы с вокалом. Вам наверняка доводилось слышать голос "Робота" - это результат обработки вокала вокодером. Вокодер работает с двумя источниками: • Голос, который нужно обработать. • Источник синтезирующего звука - синтезатор, гитара, другой голос.
Далее происходит смешивание этих двух сигналов: Анализируются форманты вокала (резонансные частоты голосового тракта) и передаются ко второму сигналу, который и придаёт голосу новый окрас тембра.
Наиболее распространённые типы вокодеров: • Полосные вокодеры. Спектр делится на 5 - 20 каналов полосовыми фильтрами. Чем больше каналов - тем натуральней и разборчивей звучит результат. • Формантные вокодеры. Спектр речи описывается комбинацией формант. Основные параметры формант это: центральная частота, амплитуда, ширина спектра. • В ортогональных вокодерах огибающая мгновенного спектра раскладывается на составные части в ряд по выбранной системе ортогональных функций. Рассчитанные коэффициенты этого разложения передаются на приемную сторону. • Также существуют гармонические вокодеры, которые используют разложение в ряд Фурье.
