Обработка на сигнали/Дигитален звукозапис

1 Максимални нива – чрез разпределение!
Разпределението на усилването е изкуството да се контролират по подходящ начин множеството регулатори на усилването по пътя на сигнала така, че на изхода да се получи максимален по ниво чист сигнал. Много от правилата за разпределение на усилването в аналоговите системи важат и за дигитална среда, но когато става въпрос за динамичен диапазон и респективно нежелания клипинг, то играта загрубява поради допълнителните изисквания!
Задължително в началото трябва да се разграничат двете системи за изчисление, които се използват при цифровата обработка на звукови сигнали: с плаваща и с фиксирана десетична точка. У нас се използва терминът “плаваща запетая” (в българската математическа нотация точката е знак за умножение, а разделител между дробна и цяла част е запетаята), но математиците не срещат трудности с терминология, заимствана от компютърното програмиране и от английския език.
Повечето програми за запис и обработка на звук (т.нар. native системи) използват изчисления с плаваща точка, докато аудио файловете в PCM формат (.wav и .aif) се записват с фиксирана точка. От популярния софтуер само ProTools използва изчисления с фиксирана точка.
2 Без много теория:
Числата с плаваща точка използват фиксиран брой битове за мантисата, като останалите битове са за експонетата. Това в аудио файловете води до динамична схема, контролирана от експонентата, а мантисата можем да си представим като прозорец от динамичния обхват, който се мести нагоре (към високите нива) или надолу (към ниските нива) в рамките на целия динамичен диапазон в зависимост от промените на експонентата.
Най-често се използват 32-битови числа с плаваща точка, като мантисата е 24-битова, а за експонентата се ползват 8 бита (изключение правят Cakewalk Sonar и Sonic Studio SoundBlade с тяхната 64-битова архитектура). Това дава на мантисата динамичния диапазон на стандартен 24-битов файл с фиксирана точка. Увеличението на динамичния диапазон от 8-битовата експонента води до обхват над 1500 dB!!! Болшинството плъгин-ове и допълнителни хардуерни компоненти като картата Universal Audio UAD-1 PCI също използват при изчисленията 32-битови числа с плаваща точка.
На практика е почти невъзможно да се стигне до клипинг на аудио сигнала докато той се обработва от софтуер с 32-битови числа с плаваща точка – динамичният диапазон просто не е проблем! Трудностите обаче се появяват, когато се опитаме да изпратим такъв сигнал към “външния свят”, който изисква 24-битов PCM сигнал – например при запис на диск (хард или CD) или просто при изпращане на сигнала към цифрово-аналоговия конвертор на звуковата карта или интерфейс.
За да се съобразят с този неприятен факт, авторите на повечето програми за обработка на звук калибрират ниво-индикаторите така, че показваните нива да съответстват на стандартен 24-битов PCM файл. Тоест: когато индикаторите светнат в червено това не означава, че е настъпил клипинг в програмата, а показва, че такъв ще настъпи ако запишете сигнала като файл или го изпратите към аудио картата. Най-лесно клиповете се избягват като с мастър-фейдъра нивото се намалява до изчезване на индикирани ограничения на сигнала, макар това да не решава изцяло проблемите с неприятните цифрови изкривявания...
За целта се налага именно подходящо разпределение на усилването и регулиране на нивата. Например, когато искате да рендвате индивидуални тракове или групи на диска или просто да ги насочите към изход (Send) за външна обработка, то задължително трябва да се убедите, че те са с необходимите нива – достатъчно високи, но без клипинг.
3 От другата страна на оградата...
С ProTools и някои други системи с фиксирана точка случаят е съвсем различен! ProTools работи само със специализиран TDM хардуер на Digidesign, който използва 24-битова мултиплексирана шина. Програмата извършва 48-битови изчисления с фиксирана точка, като всеки сигнал вътре в миксера използва два TDM канала (позиции във времето при мултиплаксиране) при пренос по шината.
Нещата допълнително се усложняват ако искаме правилно да разберем точно какво показват индикаторите в ProTools, макар че фирмата е запазила няколко бита над 0 dBfs за да осигури някакво предпазване от клипинг. Както и в native-системите, индикаторите за клип на канал показват, че сигналът ще бъде изкривен ако бъде изпратен към цифрово-аналоговия конвертор за прослушване, макар да не е достигнал клип вътре в програмата. От друга страна, клип-индикаторът на мастър-фейдъра показва действителен клипинг! Прекалено силен микс с много канали лесно може да предизвика това.
Pro Tools LE усложнява ситуацията допълнително, защото представлява native-система с 32-битови числа с плаваща точка! Индикаторите тук са допълнително комплицирани, но два от основните (prefader-channel meter и последния master-fader output meter) са 24-битови с фиксирана точка! Това означава, че когато показват клипинг наистина имате ограничение на сигнала!
Заради ичислителната процедура в Pro Tools LE повечето плъгин-и RTAS използват 32-битови изчисления с плаваща точка. Това прави ползването им в скъпа Pro Tools TDM система изключително неефективно поради необходимостта сигналите да се конвертират многократно от едната в другата система за представяне на числата и обратно. А от това и качеството на звука неизбежно се понижава...
Ето как удобството от ползване на комбинацията софтуер плюс специализиран хардуер води до поредица от недостатъци...
Правилното разпределение на усилването за постигане на подгодящи нива на сигналите и максимално използване на наличния динамичен обхват очевидно изисква сериозни теоретични знания и практически опит. Въпреки промяната на някои детайли при преминаването към цифрови системи основната концепция си остава както преди: най-добри резултати се получават когато сме напълно наясно какво точно се случва в използваната техника и софтуер, като успоредно с това експериментираме за да симулираме възможните проблеми и внимателно слушаме цялостната си система! Да не забравяме, че кръйният продукт ще бъде слушан, а не измерван!!!
4 Ето и някои съвсем прости правила:
1. При запис пиковете на сигнала не бива да превишават -10 dB на индивидуалните индикатори на канал.
2. Започвайте микса като фейдърите не превишават половината от хода си.
3. Използвайте групи! Когато сте постигнали добър баланс на елементите в една група (например барабани, бекинг вокали или ритъм китари) фейдъра на групата ще ви даде по-добра оперативност за финалния микс!
4. Контролирайте мастър-фейдърите при сесиите си! Когато там се индикира клип просто свалете нивото, докато той изчезне!
5. Внимавайте много за клипинг в плъгин-ите! Ако е необходимо намалете входното ниво за да избегнете изкривяване!
6. Ако фейдъра на някой трак е неестествено високо или пък ниско можете да използвате обикновен плъгин за усилване или редуциране. Обаче далеч по-качествени резултати ще получите ако използвате качествен компресор или лимитер с подходящ за разрядността дитър, като настроите прага на плъгин-а над максималните пикове на сигнала или около тях – така на практика сигналът остава необработен, но без неприятните трънкейшън-грешки от обикновеното регулиране на гейна! Ще съхраните фините детайли на звука и това ще допринесе за далеч по-качествен микс!