Процессоры звуковых эффектов. От простого к сложному.

Звук. Немного теории.

Упрощенно звук можно представить, как воспринимаемые слухом человека колебания, имеющие различное происхождение. Человеческий слух воспринимает не все колебания, а лишь определенную часть. Но об этом я напишу ниже. Звук имеет волновую природу. Звуковые волны — передающиеся в пространстве колебания воздуха, или другого вещества. Тело, создающее колебания, называют источником звука.

В звуковой технике звук имеет несколько представлений. Упрощенно все эти представления можно представить двумя классами — аналоговый звук и цифровой звук. Аналоговый звук (или сигнал) является электрическим сигналом, полученным в результате преобразования механических колебаний (например, иголка звукоснимателя электропроигрывателя попадает в канал грампластинки и «прыгает» по выступам и впадинам — отсюда и механические колебания») или электромагнитных колебаний (электромагнитные звукосниматели на электрогитарах или в магнитофонах). Условно аналоговый сигнал можно представить как непрерывную функцию — зависимость уровня и спектра сигнала от времени. Цифровой сигнал является конечной последовательностью цифр (или импульсов), полученной в результате дискретизации и квантования аналогового сигнала. Преобразование аналогового сигнала в цифровой называется аналого-цифровым преобразованием (АЦП).

Подробнее о звуке.

Способы обработки звука

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.

Спектральные (частотные) преобразования. Такие преобразования выполняются над частотными составляющими звука. Фактически сигнал представляется рядом Фурье, то есть раскладывается на простейшие синусоидальные колебания различных частот и амплитуд. Затем производится обработка необходимых частотных составляющих (например, фильтрация) и обратная свертка. В отличие от амплитудных преобразований, эта процедура значительно более сложная в исполнении, так как сам процесс разложения звука на простейшие синусоидальные колебания очень трудоемок.

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.

Временные преобразования. Реализуются путем наложения на сигнал одной или нескольких его копий, сдвинутых во времени. Позволяют создать эффекты эха или хора. Кроме того, временные преобразования могут влиять на пространственные характеристики звука.

Формантные преобразования. Выполняются над формантами — усиленными участками спектра звука. Применительно к звуку, сформированному речевым аппаратом человека, изменяя параметры формант, фактически можно изменять восприятие тембра и высоты голоса.
(Материал взят с сайта Websound)

Так же, все способы обработки можно разделить на две категории: аппаратные и программные. Ну тут, я думаю, все понятно: аппаратные модули обработки звука реализованы в виде звуковых процессоров, или же «педалей» звуковых эффектов, так же аппаратные модули эффектов могут быть встроены в усилительные элементы (комбоусилители, усилители мощности, микшеры). Программные модули реализованы в виде программного обеспечения, и служат, в основном, для пост-процессинга, то есть для наложения эффектов на записанные ранее звуковые дорожки. Так же существуют программные модули, позволяющие налаживать звуковые эффекты в режиме реального времени. Ну по качеству обработки они серьезно уступают аппаратным модулям.

Статьи об обработке звука.

Сайты Рунета, посвященные звукозаписи, обработке звука.

Эквалайзер.

Пожалуй, самый распространенный модуль обработки звука — это эквалайзер. Эквалайзер, или, как его еще называют, темброблок, присутствует в музыкальных центрах, магнитолах, CD-и DVD-проигрывателях, телевизорах, и во многих других предметах домашней мультимедийной техники. Причиной такой распространенности эквалайзера является простота использования и настройки.

Эквалайзер — это устройство, предназначенное для изменения уровня частотных составляющих входного сигнала. Эквалайзеры бывают трех видов: графические, параграфические и параметрические.

Графические эквалайзеры позволяют изменять уровень сигнала на нескольких фиксированных частотах (полосах). Такие эквалайзеры характеризуются количеством каналов, полос, а также добротностью (или глубиной захвата). Добротность — это величина, показывающая, какие близлежащие от основной полосы частоты будут затронуты при изменении уровня основной полосы. Сложно? Хорошо, приведу пример. Допустим мы изменяем при помощи эквалайзера уровень сигнала, частота которого — 1 кГц. При глубине захвата 400 Гц, эквалайзер затронет сигнал, частота которого изменяется от 600 до 1400 Гц. При этом, чем дальше находится частота от 1 кГц, тем меньше на ее уровень влияет эквалайзер. Обычно, чем меньше в эквалайзере полос, тем больше его добротность

Параметрический эквалайзер — это такой эквалайзер, в котором помимо изменения уровня определенной частоты можно задавать саму частоту, уровень которой будет меняться. В таких эквалайзерах обычно всего 2-3 полосы

Параграфический эквалайзер – это многополосный параметрический эквалайзер, регуляторы которого выполнены в виде ползунков.

КомпрессорЛимитер

Допустим, вы записали гитарную дорожку. Или вокальную. Ну в принципе неважно. На любой «сырой» записи будут наблюдаться участки с повышенным уровнем сигнала, и относительно тихие участки. Невозможно сразу записать трек так, чтобы он звучал равномерно. Для устранения такого недостатка и служит приспособление под названием компрессор. Компрессор определяет «пики» записи (или же реального звука, если используется аппаратный компрессор), и уменьшает их амплитуду в несколько раз. Подавляющее большинство компрессоров имеет 2 параметра регулировки — Treshold и Ratio.

Treshold (с англ. — порог) — критический уровень амплитуды сигнала, превысив которую, сигнал будет подвержен обработке компрессором.

Ratio (с англ. — соотношение) — это относительная величина, показывающая во сколько раз будет уменьшен сигнал, превысивший по амплитуде величину Treshold.

Лимитер (или ограничитель) — это похожее на компрессор устройство, с единственной разницей, что он «рубает на корню» все сигналы, амплитуда которых больше Treshold.

Помимо настроек Ratio и Treshold, компрессоры и лимитеры могут также иметь регуляторы Attack и Release.

Attack определяет время, спустя которое сигнал, превысивший Treshold, начнет обрабатываться. Release — время, спустя которое компрессор (или лимитер) закончит обрабатывать сигнал. Эти регулировки служат для обеспечения «незаметности» работы эффектов, для больше мягкости обработанного звука (при резком «срезе» амплитуды сигнала часто наблюдаются неприятные щелки).

Expander. Gate.

Экспандер и гейт — это эффект-процессоры, полностью противоположные компрессору и лимитеру.

Экспандер — это устройство, которое уменьшает в определенное количество раз (Ratio) сигнал, уровень которого меньше определенной метки (Treshold).

Гейт — устройство, которое не пропускает сигнал, уровень которого меньше метки Treshold.
Основное предназначение обоих устройств — борьба с шумом, который возникает в перерывах между игрой инструмента. Таким образом, мы слышим тишину, а не гул электрогитары или микрофона.

Как и компрессорылимитеры, экспандерыгейты могут иметь настройки Attack и Release. Устройство и назначение этих регулировок аналогичное.

Delay, echo, reverb.

Дилей (от англ. delay — задержка) — это эффект, который обеспечивает многократное повторение сигнала со смещением во времени. Часто используется для создания эффекта псевдо-стерео. Например, сигнал моно пускается на одну акустическую систему байпасом (то есть без наложения каких-либо эффектов смещения), а на другую систему пускается звук, обработанный дилеем. Звук будет одинаковый, только из одной АС он будет появляться спустя небольшой промежуток времени, что и создает эффект стерео.

Эхо — это фактически тот же дилей, только с разницей в том, что «задержанный» сигнал накладывается поверх входного сигнала.

Ревер (reverb) — популярный у певцов звуковой эффект. Практически это эхо, только задержка у ревера очень маленькая — до 100 мс. Другое отличие от эха — это наложение на звук не входного сигнала, а выходного, то есть количество наложений постоянно растет, что дает эффект незатухающего звука, постоянно отбивающегося от акустических поверхностей.

Chorus, flanger, phazer.

Chorus. Эффект chorus (от англ. «chorus» — хор) предназначен для имитации хорового звука — одновременной игры в унисон нескольких одинаковых инструментов. Схема получения такого эффекта аналогична схеме создания эффекта эха с той лишь разницей, что задержанные копии входного сигнала подвергаются слабой частотной модуляции (в среднем от 0.1 до 5 Гц) перед смешиванием со входным сигналом.

Flanger (от англ. «flange» — фланец, кайма). Реализация этого эффекта напоминает реализацию эффекта эха или хора. То есть, основной сигнал смешивается с его копиями, но слегка задержанными (обычно до времени в 5-15 миллисекунд). Кроме того, эти копии могут быть частотно модулированными, при этом время задержки постоянно изменяется. В результате на выходе получается плавающий звук с биениями частот или хор с измененными тембрами копий основного сигнала.

Phaser (от англ. «phase» — фаза). Также основан на смешивании входного сигнала с его копиями, сдвинутыми в пределах фазы сигнала. Вообще говоря, сдвиг по фазе аналогичен сдвигу во времени на доли миллисекунд. Может применяться сдвиг по фазе не на фиксированные значения, а изменяющийся по какому-то фазомодулирующему закону.

Хорус Arion

Distortion, overdrive, enveloppe, tremolo.

Эти эффекты относятся к классу преобразователей амплитуд.

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.

Овердрайв (overdrive - переусиление) основан на срезе амплитуды при переусилении. Фактически, овердрайв является более мягкой, спокойной версией дистошн.

Envelope (от англ. "envelope" - оболочка). Представляет собой изменение огибающей амплитуды сигнала. Таким образом, можно изменять уровень громкости входного сигнала с заданной периодичностью.

Тремоло походит от одноименного способа получения мелодичного звука на струнных инструментах. Заключается в очень быстром чередовании двух "соседних" нот. Отсюда эффект "дрожания" звука.

Тест-драйв дистошн BOSS ML-2

Рекомендуемое чтиво.

Озон

Стереофоническое радиовещание и звукозапись Книга Ю. А. Ковалгин, Э. И. Володин, Л. Н. Кацнельсон 780 г Купить 614.00 руб. Рассмотрены системы стереофонического радиовещания и звукосопровождения телевидения, применяемые в цифровых системах РВ и ТВ; вопросы помехоустойчивого кодирования, ...

Неизвестно Книга Джон Чеппел 360 г Купить 191.00 руб. Перед вами полноценный, иллюстрированный самоучитель по всем методикам, инструментам и устройствам, которые вам понадобятся для создания качественной музыки и звука в ...

Неизвестно Книга Марк Нельсон 385 г Купить 325.00 руб. Интересуетесь, как записать музыку дома, подключить клавишные или гитару к персональному компьютеру или настроить систему таким образом, чтобы сделать ремикс танцевал�...

Неизвестно Книга Антон Борисов 1110 г Купить 412.00 руб. Эта книга научит пользователя персонального компьютера создавать музыку. Читатель узнает, как сделать из обычного компьютера мощный комплекс, который будет готов для с...

Неизвестно Книга Н. Секунов 1100 г Купить 303.00 руб. Данное руководство содержит теоретический и практический материал, необходимый для создания приложений обработки звука на PC, описание способов программирования ввода...

Что-то вроде заключения.

Как выяснилось, в рамках одного компаса сложно рассмотреть все аспекты обработки звука. Надеюсь, что в ближайшем будущем мне удастся написать продолжение, где будут рассмотрены особенности аппаратной и программной реализации звука. Также приветствую вопросы и пожелания в комментариях - все будет учтено.