Оппенгейм - Применение цифровой обработки сигналов (1044221), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Любые изменения или усовершенствования в способах обработки сигналов связаны либо с переделкой существующей аппаратуры, если это возможно, либо с покупкой новой. Несмотря на сложность современной акустической техники, ее возможности во многих отношениях ограничены. Система, в которой применяется цифровая обработка с программируемым выполнением операций, позволяет преодолеть многие трудности, характерные для микширования с применением обычной аппаратуры. Небольшую вычислительную машину можно запрограммировать так, чтобы она в каждом канале выполняла цифровую обработку сигналов, а также управляла режимом и синхронизацией процесса смешивания сигналов. В отличие от аналоговых пультов цифровые системы обеспечивают при обработке сигналов неограниченную гибкость.
Можно запрограммировать любые характеристики цифровых фильтров и менять их с учетом конкретной ситуации и характера музыкальной программы. Изменение параметров фильтров и регулировку громкости можно синхронизировать с элементами числовой последовательности, представляющей собой музыкальную программу, и такая синхронизация может быть введена с точностью до конкретного отсчета. Так как все эти операции хранятся в машине в виде программ, можно добавлять, изменять или совсем отменять те или другие операции по обработке сигналов, что позволяет экспериментировать со всевозможными эффектами, не испортив предыдущую программу. Кроме того, в архиве вместе с музыкальной записью можно хранить точную схему обработки.
Цифровые системы являются мощным средством для обеспечейия наглядного представления и анализа музыки. Если в систему входит устройство графического отображения, то на нем можно одновременно показывать параметры входного и обработанного сигналов, т. е. непосредственно наблюдать, как обработка влияет на сигнал. В цифровой системе легко выполняется спектральный анализ сигналов, что позволяет синтезировать характеристики фильтров в частотной области для создания специальных звуковых эффектов.
Цифровая техника дает возможность показывать на микшерном пульте положение регуляторов, задающих способ обРаботки сигнала, и отмечать моменты изменения их положения. В любой большой системе одной из главных проблем является взаимодействие человека с машиной, а устройство отображения, управляемое ЦВМ, позволяет отображать информацию гораздо лучше, чем это получается на любом аналоговом пульте. Еще одним достоинством цифровых систем монтажа записей является возможность непосредственной обработки цифровых записей. В обычных микшерных пультах для обработки записи требуется преобразовать числовую последовательность в аналоговый сигнал, а потом для хранения снова преобразовать его в цифро- Глава 2 78 79 Цифровая обработка звуковых сигналов вую форму.
Если обработка происходит в цифровой форме, то можно не опасаться искажений сигнала, вызванных многократными кодированиями и декодированиями. Как показывает опыт, для успешного проведения цифрового монтажа музыкальной программы необходимо иметь высококачественный цифровой магнитофон. Наряду с достоинствами цифровая обработка музыки имеет и явные недостатки. Для обработки сигналов требуется вычислительная машина с очень высоким быстродействием.
Скорости вычислений на несколько порядков превышают возможности серийных мини-ЦВМ. При обработке в реальном масштабе времени также встречаются трудности, поскольку увеличивается время обработки и становятся необходимыми промежуточные запоминающие устройства. В малой ЦВМ типичным ЗУ большой емкости является магнитный диск с емкостью порядка 10' чисел, что соответствует 30-секундной широкополосной записи. Это существенно ограничивает реальные возможности систем, которые можно создать на базе современной техники. Построены специализированные вычислительные машины„ предназначенные для обработки звуковых сигналов (см. разд.
2.3.3), но стоимость этих машин очень высока. Более того, такие несложные операции, как сжатие динамического диапазона или выравнивание спектра, могут занимать большую часть машинного времени и на цифровое смешение сигналов, поступающих с разных дорожек, все равно придется отводить специальные интервалы времени. Тем не менее Стокхэм [12б, 127~ построил цифровую систему для микширования сигналов на основе машины РЭР 11/45 и дискового ЗУ емкостью 800 Мбит. Этой емкости хватает для записи 2б-минутного одноканального сигнала с частотой дискретизации 32 кГц, квантованного в 1б-разрядные числа. Разработана универсальная система программирования, позволяющая при микшировании выполнять такие операции, как регулировка уровня, панорамирование и выравнивание спектра.
Система Сток- хэма предназначена для работы с цифровым магнитофоном, причем перед обработкой отрезки музыки переписываются в ЗУ вычислительной машины. Для хранения и последующего использования результаты обработки сигналов записываются на магнитную ленту. Поскольку в системе все операции выполняются в цифровой форме, многократное повторение операций обработки сигналов не приводит к характерному для таких случаев ухудшению качества.
С точки зрения качества цифровой монтаж несомненно лучше аналогового, но это улучшение связано со значительными материальными затратами. 2.3.3. Искусственная реверберация Для выполнения многих операций в процессе монтпрования музыкальной записи необходимы специализированные устройства (например, системы для создания искусственной реверберации, сжатия динамического диапазона, шумоподавления) Эти операции обычно выполняются с помощью аналоговых устройств, но цифровые методы дают выигрыш и в качестве, и в гибкости обработки сигналов.
В настоящее время для монтажа записей почти везде применяют аналоговые системы, и такое положение сохранится в ближайшем будущем, поэтому специализированные цифровые устройства должны согласовываться с аналоговой частью системы с помощью стандартных преобразователей. По тем же причинам цифровая аппаратура должна обеспечивать обработку в реальном масштабе времени. К сожалению, необходимое быстродействие не обеспечивают не только существующие мини-ЦВМ, цо и большинство более крупных машин. Это стимулировало разработку специализированных быстродействующих процессоров, архитектура которых оптимальным образом приспособлена к задаче обработки звуковых сигналов.
Было бы полезно, чтобы регулировки на пульте машины соответствовали естественным параметрам музыки; в частности, нежелательно, чтобы звукооператор вводил программу с помощью устройства типа пишущей машинки. На пульт следует вывести такие регулируемые параметры, которые связаны с привычными физическими или психоакустическими величинами, причем преподчтительнее второй вариант. Конструктору не просто выполнить данное требование, ибо для этого нужно глубоко понимать особенности выполняемой обработки и в то же время знать, как она влияет на восприятие музыки человеком.
Эти проблемы рассматриваются ниже при обсуждении вопроса о реверберации. Звуки, которые мы слышим, сильно зависят от акустических особенностей окружающего нас пространства или помещения. Звуковая энергия, излученная в пространство, отражается от различных поверхностей, так что слушатель воспринимает суммарный звук, образованный многочисленными отражениями, приходящими с разных направлений и постепенно ослабевающими изза потерь энергии. Человеку очень неприятно находиться в безэховой камере, где полностью отсутствует реверберация, и наоборот, в большом соборе возникает приятное ощущение огромного пространства, связанное с очень высоким уровнем реверберации.
В промежуточных случаях слушатель также воспринимает акустику окружающего пространства, но делает это не совсем осознанно. Тем не менее для человеческого слуха реверберация является очень важным фактором. Разница между великолепным концертным залом и посредственной аудиторией почти полностью связана с наличием и силой реверберации. Ощущение пространства зависит от времени прихода отраженных звуковых волн, скорости их затухания, направленности отдельных отражений. Изменение всех этих параметров в пространстве и времени создает впечатление, что слушатель находится в большом зале, а изменение какого-либо одного параметра такого 80 Глава 2 Иисрровая обработка звиковых сигналов 81 впечатления не создает, В комнатах жилых домов обычно не образуется сильного реверберационного поля, характерного для концертного зала, поэтому при прослушивании музыки в домашних условиях замечают, что реверберация в записях наблюдается только со стороны громкоговорителей.
Поскольку бытовые музыкальные системы основаны на применении двух раздельных каналов, то реверберация слышится только с этих двух направлений. Далее будет показано, как с помощью системы имитации акустики большого зала можно создать отражения звуковых сигналов с такими запаздываниями и направленностью, которые отсутствуют в двухканальных системах. Тем самым у слушателя создается впечатление, что он находится в большом зале. В настоящем разделе рассматриваются способы получения реверберации в записанном сигнале. Необходимость создания искусственной реверберации обычно бывает вызвана тем, что во время первоначальной записи микрофон располагается рядом с исполнителем. При многодорожечной записи для каждого инструмента или группы инструментов устанавливается свой микрофон, что улучшает отношение сигнал/шум и позволяет лучше разделить отдельные сигналы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
