ГЛАВА 6. СИНТЕЗ ЗВУКА [15,38-39]

6.1. История синтеза звука

            В наши дни синтезаторы звука, в первую очередь, музыкальные, находят все большее применение. И дешевые китайские «говорящие» часы, и профессиональные электронные музыкальные инструменты оснащены звуковыми синтезаторами. Но если синтезатор, установленный в часах или недорогой музыкальной игрушке, способен сгенерировать лишь незамысловатую мелодию с весьма посредственным качеством, то профессиональный электронный синтезатор зачастую способен заменить целый оркестр. Возможность создания специальных эффектов, мощь и универсальность профессиональных электронных музыкальных синтезаторов сделали их незаменимыми помощниками при работе на сцене, в студиях звукозаписи, на телевидении и в кино.

            Вообще говоря, только один из музыкальных инструментов имеет право называться «естественным» — человеческий голос. Только в нем методом звукоизвлечения является физиологическая способность «в чистом виде», а источником звука — живое тело. Во всех иных материалом служит все, что попадалось человечеству «под руку» и поддавалось обработке, а для звукоизвлечения использовался подвластный на данный исторический момент метод преобразования механической энергии в звуковую.

            Самое раннее упоминание о «контакте» электричества и музыки относится к 1761 году. Любопытно, что маркиз де Лаборд, получивший патент на «электрический» клавесин, механику которого приводили в действие работающие на гальванических батареях электромагниты, профессионально не был связан с музыкой. Как будет видно из дальнейшего такое положение вещей - не редкость. Следующие по хронологии изобретения тоже являлись «побочным эффектом» научных экспериментов и не имели практического применения. В 1837 году К. Г. Пэйдж в ходе эксперимента с электрическими магнитами и катушками индуктивности открыл принцип электронного камертона. В 1885 году Эрнст Лоренц запатентовал метод создания звука с помощью электромагнита, поочередно притягивающего и освобождающего металлические полоски разной длины.

            Из доступных нам исторических источников следует, что фундаментальные открытия «золотого века» науки стали причиной возникновения нового класса музыкальных инструментов, принципиальное отличие которых — формирование звука с помощью электричества.

            Первый электромеханический музыкальный инструмент, звучание которого стало достоянием широкой публики, был разработан и построен на рубеже XIX-XX веков американцем Таддеусом Кахиллом. К тому времени человечество, вооруженное мощной научной базой, серьезно взялось за удовлетворение собственных потребностей, и колесо технического прогресса начало стремительно раскручиваться. К тому времени уже были известны электрический генератор переменного тока (машинного типа) и телефон. Но кому, если не одному из прагматичных американцев, могла прийти в голову идея «скрестить» их ииспользовать как музыкальный инструмент?! Замысел был нетривиальным и на рубеже веков производил грандиозное впечатление. Изобретатель думал не о массовом производстве инструментов, а о способе одарить миллионы американцев возможностью слушать музыку. Предполагалось, что исполняемые на инструменте музыкальные произведения будут передаваться всем желающим по телефонным линиям.

            В заголовке патента, выданного Таддеусу Кахиллу 6 апреля 1897 года, указано: «Способ и аппарат для создания и распространения музыки посредством электричества». Базой для воплощения идеи служили очевидные предпосылки: если выход генератора переменного тока подсоединить непосредственно к наушнику телефона, будет слышен звук, высота которого соответствует частоте генерируемого электрического тока.

            Согласно блок-схеме в патентном описании, музыкальный инструмент Кахилла состоял из множества генераторов электрического тока и сложной системы переключателей, связанных через механические приспособления с видоизмененной органной клавиатурой. Сигнал этой «электростанции» через трансформаторы должен был передаваться по телефонным линиям и усиливаться с помощью больших бумажных раструбов, прикрепленных к телефонному наушнику.

            Первое свое детище изобретатель назвал Dynamophone (от лат. dynamo - сила и греч. phone — голос, звук). Это название технически точно описывает примененный метод формирования звука — использование динамо-машин - так на заре нашего века называли генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую. Следующий инструмент получил имя, более широко раскрывающее замысел

Кахилла - Telharmonium, складывающееся из английского слова telephone (телефон) и латинского harmonium (гармония).

            По бедности в своих первых экспериментах Кахилл использовал не дорогие динамо-машины, а, вращающиеся прерыватели постоянного тока (реотомы), источником которого служили гальванические батареи. Полученные подобным методом электрические сигналы имели сложную форму и, чтобы приблизить ее к синусоидальной, изобретатель использовал фильтры из последовательно соединенных катушек индуктивности.

            Тогда же проявился интерес конструкторов к «интерфейсу» между человеком и машиной, удобству которого на протяжении всей истории развития электромузыкальных инструментов уделялось много внимания.

Кахилл обладал редким сочетанием качеств: талантом изобретателя, юридической грамотностью, позволившей запатентовать его идеи, и предпринимательской энергией, привлекшей к проекту инвесторов. Опытный образец Telharmonium'a с 35 вращающимися цилиндрами был собран в 1900 году, и «электрическая музыка» полетела по телефонным проводам города Вашингтон и его окрестностям.

Telharmonium стал первой в Америке (и очень популярной сегодня) системой Muzak*.

            Публичные демонстрации инструмента привлекли новых спонсоров, на деньги которых Кахиллу удалось построить еще один инструмент (читай-электростанцию) в городе Холиоук, штат Массачусетс. Эта модель была технически более совершенной, в ней использовались динамо-машины, механизм регулирования скорости которых обеспечивал более точное интонирование. Были также улучшены акустические параметры телефонного излучателя, в результате чего удалось избежать резонансов на некоторых частотах.

            С точки зрения исполнителя эта модель также была совершеннее. «Интерфейс» состоял из трех ручных клавиатур и одной ножной, педалей громкости для каждой из них, выключателей и регуляторов громкости для каждой отдельной гармоники. Управлять этим хозяйством должны два человека - исполнитель и ассистент.

            Летом 1906 года состоялся коммерческий дебют Telharmonium'a - прослушивание в гостинице «Хамилтон», примерно в двух километрах от местоположения самого инструмента и исполнителя. Средства массовой информации особенно подчеркивали «полноту, округлость и чистоту» звучания. Некоторые репортеры справедливо считали, что Кахилл предвосхищает развитие музыкальной индустрии. Другие с восторгом приветствовали победу «демократии» в музыке, которую теперь могли слышать «... в городах, селах, и даже на фермах, везде, где есть телефон...»

            Поощряемый откликами в прессе, Кахилл упаковал свой инструмент — «багаж» весом около 200 тонн занял несколько железнодорожных вагонов - и отбыл в Нью-Йорк, где в сентябре, в специально построенном Telharmonic-зале дал первый публичный концерт перед членами Нью-Йоркского Электрического Общества. Было исполнено несколько транскрипций классических произведений и вокальных номеров под аккомпанемент Telharmonium'a, демонстрировалась возможность имитации акустических музыкальных инструментов, например, барабанов и ансамбля флейт. Концерт вызвал бурю восторга. После того, как чиновникам разъяснили, что мощности «электростанции» хватит, чтобы разнообразной музыкой могли наслаждаться 15...20 тысяч подписчиков, Электрическое Общество взяло на себя опеку над проектом.

            Хотя перспективы казались радужными, честолюбивым планам Кахилла не суждено было сбыться. Дело в том, что сила тока, производимого Telharmonium'om, была настолько велика, что телефонная компания подала в суд на возмещение ущерба от повреждений телефонных линий. Ответственные лица, на которых была возложена задача привлечения инвесторов, внезапно исчезли... вместе с деньгами. Кроме того, в это время начали развиваться электроника и радио, и Telharmonium с каждым днем морально устаревал. Важные технологические открытия, которые могли бы способствовать модернизации инструмента, чуть-чуть «не успевали» по времени.

            Не в стиле американского «хэппи-энда» проект Кахилла потерял многих потенциальных подписчиков и закончился крахом. Возможно, как музыкальный инструмент, Tclharmonium потерпел бы неудачу в любом случае. Один из исполнителей, нанятых Кахиллом, отмечал, что «несмотря на разнообразие тембров, инструмент имел доминирующие призвуки, которые со временем стали бы невыносимо действовать слушателям на нервы».

            Несмотря на то, что Telharmonium не имел коммерческого успеха, Таддеуса Кахилла следует считать родоначальником «электрической» музыки. Он сумел продемонстрировать, что с помощью электричества можно создавать не только материальные продукты, но и замечательную, захватывающую внимание публики, музыку. Общие принципы конструирования, развитые этим изобретателем, успешно использовались другими.

            Практически одновременно с Кахиллом интересные эксперименты были проведены в 1899 году английским физиком Уильямом Даддлом. Он использовал угольную дуговую лампу (других тогда не было) для создания... музыкальных звуков. «Поющая дуга», как любовно назвал свое детище Даддл, питалась от постоянного тока, пропущенного через шунтирующую схему, создающую переменный ток на выходе. В принципе, «Поющая дуга» работала как громкоговоритель. Высокий потенциал (300 вольт!) позволял создавать чисто звучащие ноты, высота которых зависела от соотношения емкости и индуктивности, а громкость — от реактивного сопротивления, используемых в схеме. Даддл сконструировал также клавиатуру, с помощью которой можно было управлять этими характеристиками.

            Во время демонстрации «Поющей дуги» в лондонском электро инженерном институте, дуговые лампы, находящиеся в соседних помещениях, тоже «пели». «Мистическое» явление объяснялось просто: все лампы питались от одного источника тока. Когда «Поющая дуга» издавала звук, она, естественно, «подсаживала» источник питания, таким образом, становясь причиной «странного поведения» других дуговых ламп. Этот феномен породил спекулятивные домыслы о том, что демонстрация спонсировалась городской службой электросетей. На самом деле Даддл не гнался за наживой и даже не стал подавать заявку на патент.

            «Поющая дуга» Даддла издавала забавные звуки, но была слишком тяжелой, чтобы использоваться для создания профессиональных музыкальных инструментов: ведь их надо таскать с концерта на концерт... Но технический прогресс не стоял на месте, что-то должно было случиться. И случилось. Американский инженер Ли де Форест в 1906 году (когда Кахилл закончил монтаж усовершенствованной модели Telharmonium'а) изобрел электронную лампу, которую он назвал «Одион» (Audion). Важность этого события трудно переоценить, так как лампа - основной компонент электронного усилителя.

Следующей важной заслугой Ли де Фореста было создание электронного генератора. Именно Ли де Форест в 1915 году получил первый патент на принцип положительной обратной связи. Теперь отпала необходимость использования динамо-машин для генерирования звуковых колебаний.

            Тогда же-де Форест построил инструмент, в котором использовалось по одному ламповому триоду на каждую октаву, а конструкция клавиатуры позволяла извлекать только одну ноту в каждой октаве. Выходной сигнал подавался на громкоговорители, которые можно было расположить по периметру комнаты, что придавало звучанию некоторую пространственность. Де Форест сам был очень увлечен своим детищем - «музыкой ламп», как он его называл. В одной из опубликованных работ он писал: «Л надеюсь, что с помощью этой маленькой электронной лампы смогу сделать инструмент, достаточно совершенный, чтобы музыканты могли реализовать свои самые богатые музыкальные фантазии». В декабре 1915 года изобретатель представил публике описание «Одион-пиано». Его схема предполагала применение отдельных ламповых генераторов для каждой ноты звукоряда. К сожалению, этот замечательный инструмент не был «доведен до ума», потому что автору просто не хватило стабильно работающих электронных ламп.

            Роль Ли де Фореста в разработке электронных музыкальных инструментов чрезвычайно важна. Его ламповый триод лег в основу будущих разработок в области усиления звука и сделал возможным создание новых, более совершенных электронных генераторов.

            Самым популярным электромузыкальным инструментом первой половины XX века был орган, созданный инженером-часовщиком Лоуренсом Хаммондом, который развил многие технические идеи Таддеуса Кахилла и использовал открытие Ли де Фореста. Сам изобретатель шутил, что «предком» его органа были часы: «звуковые колеса» приводились в движение тем же синхронным двигателем, что и в электрических часах, которые изготавливала «Hammond Company». Часы успешно продавались, их секретом была скорость вращения двигателя, синхронизированная с частотой электрической сети в Соединенных Штатах (60 Гц), за которой уже тогда строго следили правительственные чиновники. Часы «Hammond» славились точностью хода - и строй органа «Hammond» был более устойчив, чем у инструментов, в которых использовались только ламповые генераторы.

            Орган Лоуренса Хаммонда представлял собой модернизированный Telharmonium Кахилла, и благодаря простоте конструкции было налажено массовое производство. За счет использования ламповых усилителей его размеры были меньше пианино, стало возможным уменьшить диаметр «звуковых колес» по сравнению с «мельничными жерновами» Telharmonium'a. В ранних моделях Hammond'a были две ручные и одна педальная клавиатуры. «Тон-генератор» состоял из сотни железных дисков, расположенных на шкивах попарно и управляемых синхронным двигателем, и системы переключения на механических тягах, внешне очень похожих на клапаны регистров духового органа.

            Электроорган был представлен широкой публике в апреле 1935 года на выставке Индустриального Искусства в Нью-Йорке и был с энтузиазмом встречен многими известными тогда пианистами и органистами. Находящийся в зените славы великий музыкант Джордж Гершвин немедленно заказал Hammondдля себя. С этим фактом связана легенда, которая гласит, что когда Гершвину доставили орган, именно на нем он смог быстро подобрать никак не складывающуюся гармонию к очередному «хиту». Но, отвлеченный телефонным звонком, впоследствии не смог восстановить позиции множества регуляторов тембра! Появление на рынке нового музыкального инструмента неминуемо повлекло возникновение новых стилей в популярной музыке. В то время список профессионалов, использующих Наmmоnd'ы, был очень представительным.

            В течение многих лет термины «электрический орган» и «Hammond» были фактически синонимами. Но Hammond не всегда легально назывался «органом». Это сегодня кажется, что орган — он и есть орган. Но в 1936 году фирмы-изготовители духовых органов настаивали на том, что электрическое устройство не может так называться, так как это вводит в заблуждение публику, и требовали изменить название на что-нибудь типа «электротон». Под их давлением Федеральная Торговая Комиссия США подала в суд на Hammond Organ Company. На судебных процессах приводились аргументы, что звук Hammond'a вовсе не органный, что формирование гармоник на основе равно-темперированного звукоряда не соответствует человеческому слуховому восприятию. Обвинение требовало провести сравнительные испытания духового и электронного органов. При проведении таких испытаний электроорган Hammond «побил» духовой орган Skinner стоимостью 75 000 долларов. Судьями были девять профессоров и пятнадцать студентов университета Чикаго, причем последние были выбраны наугад, В часовне университета, где был установлен духовой орган и его электрический «братец», были исполнены тридцать избранных произведений, одни на органе Hammond, другие на органе Skinner. Слушателей просили угадать, какой инструмент звучал. Каждый из профессоров допустил в среднем десять ошибок, а студенты угадали лишь в половине случаев. Забавно, что согласно теории вероятности такой же результат можно было получить при подкидывании монетки наудачу!

            Под всем этим имелась экономическая подоплека. Пик производства духовых органов прошел в 1927 году, и к 1935 году, когда на рынок вышел Hammond, его уровень упал на 80%. Электрический «заменитель» был экономичней и надежней, его можно было даже переносить — это раздражало «духовиков». Но, как это часто бывает, новый инструмент создал собственную уникальную нишу на рынке — и занял ее! Приблизительно пять тысяч органов Hammond были проданы за первые три года, и около 35 % из них были куплены для установки в храмах.

            Говоря о синтезе звука, нельзя обойти вниманием нашего соотечественника Льва Термена. Уникальная личность с уникальной биографией, Лев Сергеевич занял достойное место в истории электронной музыки. Его вклад в развитие электронной музыки и электроакустики трудно переоценить.

Термен использовал гетеродинный принцип создания звука: разница между звуками двух одновременно работающих высокочастотных («сверхзвуковых») генераторов создавала «биения» в пределах слышимого диапазона. Как известно, Термен создал и клавишную версию наиболее известного своего инструмента - Терменвокса - но на вершину славы его вознес как раз неклавишный Терменвокс, — шоу с использованием которого вызывало дикий ажиотаж публики.

            Давайте рассмотрим подробнее, что он из себя представлял. У инструмента было два генератора сверхзвуковой частоты. Поднесение руки к одному из генераторов изменяло емкость входящего в LC-контур конденсатора, и соответственно, меняло частоту переменного магнитного поля. Второй генератор работал на неизменной частоте. Разностная частота неизменного и изменяемого полей и давала разные звуковые частоты, тональность которых зависела от движения руки в магнитном поле одного из генераторов. Для удобства игры инструмент имел две антенны, посредством которых изменялись, соответственно, высота тона и громкость. Играть на Терменвоксе было «просто», надо было «всего лишь» делать волнообразные пассы обеими руками в электромагнитных полях, создаваемых антеннами. Положение одной руки относительно антенны определяло высоту тона, другой — громкость звука. Физического контакта не требовалось вообще!

            Термен ожидал от своего детища многого: «Мой метод звукоизвлечения открывает огромные творческие возможности перед музыкантами. Свободные движения рук, превращающиеся в звуки — это гораздо более тонкий способ самовыражения, чем тот, который требует известных физических усилий».

В 1927 году Лев Термен прибыл со своим Терменвоксом в Соединенные Штаты Америки из Европы, где он «вертел маленькими пальчиками, волшебным образом меняя тон и амплитуду» — так писал в одной из газет обозреватель светской жизни. Когда Термен давал концерт в парижской Опере, администрации пришлось вызвать полицию для наведения порядка: толпы зевак пытались прорваться в зал, и впервые в истории все места на галерке и в ложах были распроданы, причем за месяц вперед.

            В Соединенных Штатах концерты Льва Термена проходили под патронажем известных деятелей культуры и меценатов, сначала в частных салонах, а затем, 31 января 1928 года - в Metropoliten Opera. В конце года состоялся дебют с Нью-Йоркским филармоническим оркестром, где им были исполнены транскрипции классических произведений. Ассистировали три студента, ученики Термена. Концерт «эфирной» музыки завершился шквалом аплодисментов, не смолкавшим в течение пяти минут, и несколькими вызовами на бис.

            Реакция публики, поначалу очень благосклонная, через некоторое время диаметрально изменилась: дефекты исполнения, как и следовало ожидать, стали бросаться в глаза... нет, скорее, в уши. Ведь Термен, изобретя инструмент, сам не овладел виртуозной техникой игры на нем, точнее, не успел еще создать ее, и не обладал абсолютным слухом. Ему «не на что было положиться» во время исполнения, и он безбожно фальшивил.

            В прессе стали появляться комментарии типа: «... эти устрашающие звуки, подобные изображению в кривом зеркале... джазовые песенки, которые изрыгает супермашина Термена, могут заглушить даже вой автомобильных клаксонов в час пик на Бродвее...».

            Как нередко бывает, пришлось ждать долгих шесть лет, пока появится первый виртуоз, способный в полной мере воспользоваться заложенными в инструменте исполнительскими возможностями. Это была Клара Рокмор, русская по происхождению, по специальности виолончелистка. Все эти годы — с 1928 по 1934 - она под персональным присмотром изобретателя овладевала сложной техникой исполнения на Терменвоксе. И, в конце концов, так преуспела в этом, что смогла абсолютно точно интонировать, извлекая звуки из воздуха аккуратными движениями кистей рук и пальцев. «Нашла воздушную аппликатуру», как сказал один музыкальный критик. После того, как Клара Рокмор впервые выступила публично, в газете The New York Times появилась статья, автор которой отмечал, что исполнительница не только сумела «обуздать» непристойно фальшивящий Терменвокс, но и «заставила публику благоговейно внимать блестящей интерпретации виолончельной сонаты Франка, богатой нюансами и разнообразнейшими исполнительскими «штучками», типа быстрой смены легато и стаккато».  .

            В этом нет ничего удивительного, ведь до Терменвокса Клара Рокмор играла на виолончели, а струнники по определению отличаются отменным слухом и умением «интуитивно-мышечно» находить точные ноты.

            В качестве исполнительницы на Терменвоксе (его еще называли Эфирофон, англ. Aetherphon) Клара Рокмор сделала блестящую карьеру продолжительностью более чем в тридцать лет. До нашего времени сохранилась великолепная запись, сделанная на студии Delos Records. Пластинка называется «Clara Rockmore, Theremin Virtuoso».

            Л.С. Термен разработал и изготовил еще несколько инструментов, работавших на гетеродинном принципе, в том числе «электрическую виолончель». Новую разработку в 1930 году в Карнеги-холле опробовал композитор Вэллингфорд Ригер. Концерт проходил под аккомпанемент «оркестра» из четырнадцати Эфирофонов и сопровождался световыми эффектами. В этом направлении наш знаменитый соотечественник вел ничуть не менее интенсивные эксперименты. Несколько позже Термен использовал огромные прозрачные колеса с нанесенными на них геометрическими рисунками и арабскими цифрами, вращающиеся перед неоновой стробоскопической лампой. С изменением высоты тона синхронно менялась и частота вспышек стробоскопа, геометрические рисунки постоянно менялись, благодаря феномену инерции зрения создавались ошеломляющие зрительные эффекты.

            В 1932 году Термен осуществил еще более амбициозный проект. Это было грандиозное шоу с участием шестнадцати «виолончельных» и «клавишных» Терменвоксов, электронных литавр (тоже, между прочим, клавишных) и Терпситона. Терпсихора - древнегреческая муза танца, а Терпситон, или эфирно-музыкально-танцевальная платформа Термена, представлял собой арену, чувствительную к движениям танцора и трансформирующую па и пируэты в замысловатые звуки. От движений рук зависела интонация, а от поклонов - громкость.

            В историю Лев Сергеевич Термен, безусловно, вошел как человек, определивший развитие не только электронных музыкальных инструментов, но и во многом массовой музыкальной культуры в целом.

6.2. Общие принципы синтеза звука

            В основе различного звучания музыкальных инструментов лежит индивидуальная тембровая окраска. Порой, чтобы подчеркнуть особенность звучания музыкального инструмента, употребляют термин «голос». Голоса музыкальных инструментов настолько индивидуальны, что мы с легкостью можем различить их в звучании симфонического оркестра.

            Созданный с помощью музыкального инструмента звуковой сигнал состоит из нескольких характерных фрагментов — фаз. Так, например, при нажатии на клавишу рояля амплитуда звука сначала быстро возрастает до максимума, а затем немного спадает. Начальная фаза образования звука называется атакой (attack). Длительность атаки для различных музыкальных инструментов варьируется от единиц до нескольких десятков или даже сотен миллисекунд. После атаки начинается поддержка (sustain), в течение которой уровень сигнала примерно постоянен или плавно изменяется (в случае применения амплитудного вибрато). Ощущение высоты звука формируется как раз во время поддержки. Далее идет участок относительно быстрого затухания (release), величины сигнала. Огибающая колебаний во время атаки, поддержки и затухания называется амплитудной огибающей (рис. 6.1).

Различные музыкальные инструменты имеют, разумеется, разную форму амплитудной огибающей, тем не менее, отмеченные фазы характерны практически для всех инструментов (исключение составляют ударные).

            В процессе воспроизведения звука его спектр изменяется во времени (рис.6.2). Подобное представление сигнала называют динамическим спектром. Звуковые волны, соответствующие гармоникам сигнала, представлены на рисунке в виде синусоид.

            Однако не каждый звук легко представить в таком виде. Идеальная звуковая волна может быть «определена» путем задания ее амплитуды и частоты. Такую звуковую волну можно получить, например, с помощью камертона. Однако есть еще третий параметр — фаза звуковой волны. Для простоты представления динамического спектра сигнала его фаза на рис.6.2 не учтена (предполагается, что постоянный сдвиг гармоник по фазе никак не влияет на слуховой образ звука). Те сигналы, у которых фаза сильно зависит от времени, - звуки шумовых инструментов, начало звучания многих ударных (перкуссионных) инструментов, - трудно охарактеризовать динамическим спектром. Тем не менее, представление звука в виде динамического спектра традиционно и наглядно.

Для создания электронного аналога реального звука, т.е. для синтеза звука, необходимо воссоздать огибающие гармоник, из которых состоит реальный звук.

            Обобщенно технология создания звука в электромузыкальных цифровых синтезаторах выглядит примерно следующим образом. С помощью цифрового устройства, использующего один из методов синтеза, генерируется так называемый сигнал возбуждения с заданной высотой звука. Он должен иметь спектральные характеристики, максимально похожие на характеристики звука имитируемого музыкального инструмента на стадии поддержки. Затем сигнал возбуждения подается на фильтры, имитирующие амплитудно-частотные характеристики излучающих звук поверхностей (корпус, дека и т. д.) реальных музыкальных инструментов, и фильтры, управляемые сигналом амплитудной огибающей, которые создают эффект наличия большого количества высокочастотных составляющих на стадии атаки и последующего их уменьшения на стадии затухания. Одновременно формируется огибающая сигнала с помощью умножения временных отсчетов сигнала на временные отсчеты образцовой для данного типа музыкального инструмента амплитудной огибающей. Дополнительно могут быть добавлены частотное и амплитудное вибрато.

            Далее сигнал может подвергнуться электронной обработке с целью создания эффектов реверберации, хоруса, флэнжера и др. Если синтезируется несколько одновременно звучащих различных музыкальных инструментов то большинство описанных операций выполняется для каждой ноты каждого инструмента отдельно. Результирующий сигнал получается путем суммирования в цифровом виде всех составляющих звуков и только после этого преобразуется из цифрового в аналоговый с помощью высококачественного ЦАП. Естественно, в конкретных реализациях цифровых синтезаторов музыкальных звуков некоторые этапы могут быть упрощены или вовсе отсутствовать, что, конечно, ухудшает качество звука.

            Обычно синтезаторы получают упрощенное название по типу примененного в них генератора сигнала возбуждения. Например, если применяется волновой табличный генератор, то и все устройство целиком может быть названо «wavetable synthesizer» - WT-синтезатор.

            Рассмотрим некоторые методы синтеза звука, применяемые в синтезаторах электронных музыкальных инструментов и в синтезаторах звуковых карт.

6.3. Краткий обзор методов синтеза звука

            Наиболее изученным методом считается аддитивный синтез (от латинского additiv - сложение). Суть метода состоит в том, что звук результирующего тембра формируется путем сложения нескольких исходных звуковых волн. Этот метод используется в классическом органе. Для того чтобы разнообразить звук инструмента, конструкторы хитроумной системой клапанов заставляли при нажатии на одну клавишу звучать сразу несколько труб. При этом звучащие трубы в основном были настроены или в унисон, или в одну-две октавы. При нажатии на клавишу первыми начинали звучать короткие трубы, дающие высокие обертоны, затем вступала средняя секция и последними - басы. Таким образом, огибающие для разных гармоник различались. В ЭМИ этот метод применяется в более примитивном статическом виде.

            При цифровом аддитивном синтезе отдельно формируется N гармоник с частотами от f₁ (t) до f_N (t) и амплитудами от A₁(t) до A_N(t), зависящими от времени. Затем эти гармоники складываются. Огибающие всех N составляющих формирует процессор при воспроизведении звука. Среди значений частот f, (t).. .f_N (t) могут быть и не кратные, поэтому метод хорошо подходит длясинтеза полифонических звуков. Если ставится задача получить все частотные точки звукоряда с их гармониками, то необходимо использовать несколько сотен составляющих.

            Для получения слабо искаженного синусоидального сигнала используют генератор, управляемый кодом (ГУК). Он состоит (рис. 6.3) из формирователя линейно изменяющейся фазы, собранного на сумматоре и регистре, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), в котором записаны значения функции sin х для одного периода, цифрового перемножителя параллельных кодов и цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) с фильтром низких частот (ФНЧ) на выходе. Работу ГУК синхронизируют импульсы, следующие с частотой дискретизации сигнала f_д (обычно от 20 до 50 кГц).

            По фронту тактового импульса регистр запоминает код текущего значения фазы ф. В момент прихода следующего импульса этот код складывается с кодом частоты f, и ,в ПЗУ идет уже их сумма, и так далее, т.е. на выходе регистра формируется линейно изменяющийся код, являющийся фазой сигнала. Из-за конечной разрядности сумматора фаза не может увеличиваться беспредельно, поэтому получается зависимость от времени, близкая к пилообразной. Разрядность сумматора и регистра (20...24 бит) выбирают, исходя из требований к точности задания частоты. Тогда частота изменения фазы составит

            Код фазы является адресом в ПЗУ, где хранятся значения синуса или косинуса для одного периода. Однако все m разрядов кода фазы здесь использовать нет необходимости, для приемлемой точности задания синусоиды достаточно 2048 точек, т.е. лишь 11 старших разрядов. Значения функции, записанные в ПЗУ, умножаются в параллельном перемножителе на амплитуду А и преобразуются в аналоговый вид с помощью ЦАП с разрядностью 10... 12 бит.

            Итак, на выходе ГУК мы будем иметь синусоиду с частотой, определяемой кодом частоты f, и амплитудой, соответствующей коду амплитуды А.

Для того чтобы получить N синусоид, совсем не обязательно использовать N генераторов. Достаточно немного усложнить уже известный ГУК (рис. 6.4). Все его функциональные элементы те же, но для хранения N значений кода амплитуды, частоты и фазы необходимо ввести оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) емкостью N слов соответствующей разрядности. Адресом в ОЗУ служит номер формируемой в соответствующий момент синусоиды. Адрес принимает значения от 0 до N-1. Конечно, для формирования сигналов с частотой, определяемой по приведенной выше формуле, нужно увеличить тактовую частоту в N раз, так как один цикл работы включает формирование N независимых сигналов. Полученные сигналы обычно складывают уже в аналоговом виде в ФНЧ, но это можно сделать и в цифровом виде с.помощью накапливающего сумматора.

            Описанный метод позволяет непосредственно формировать сигнал с соответствующим динамическим спектром, но требует от блока управления очень много информации — N значений амплитуды и частоты.

            Другим способом синтеза звука является метод волновой формы (от англ. waveshaping). Забегая вперед, отметим, что этот метод никакого отношения к синтезу звука на основе таблицы волн не имеет.

            Метод волновой формы является разновидностью нелинейного синтеза, который характеризуется тем, что для получения одного музыкального звука используется сигнал одного генератора. Гармоники при этом получают в результате нелинейных искажений, как в «плохом» усилителе.

            Синусоидальный сигнал с амплитудой А₁ и частотой f₁пропускают через нелинейный элемент (рис. 6.5) с передаточной характеристикой F(x) и на выходе получают сигнал той же частоты, но, в общем случае, с другой амплитудой и обогащенный гармониками.

            Зная амплитуду сигнала и вид характеристики F(x), можно абсолютно точно вычислить спектр сигнала на выходе. Используя нелинейные элементы специального вида, можно получить спектры, характерные для тех или иных инструментов. Получение динамического спектра тем более не представляет труда, коль скоро спектр зависит от амплитуды А_i, причем эта зависимость определяется только видом функции F(x).

Недостаток метода состоит в том, что он не позволяет раздельно управлять амплитудой и спектром выходного сигнала. Существенно расширить возможности синтезатора позволяет устройство, схема которого показана на рис. 6.6.

            Сигнал второго генератора, имеющий частоту f₂ и амплитуду А₂, перемножается с искаженным сигналом первого генератора, поэтому уравнение синтеза имеет вид

В результате, во-первых, появляется возможность непосредственно управлять амплитудой выходного сигнала, варьируя параметр А₂, во-вторых, умножение сложного сигнала F [A₁Sin(2π f₁t)] на синусоиду sin(2π f₂t) приводит к сдвигу первоначального спектра на величину f₂. При целочисленном отношении f₂/f₁ это означает изменение амплитуды уже имеющихся гармоник, в остальных случаях — образование новых составляющих спектра. Эффект этой операции настолько значителен, что она получила самостоятельное название кольцевой модуляции.

Итак, параметры f₁ и f₂ влияют на основной тон звука; F(x),A₁,A₂,f₂/f₁ — на спектр звука; A₁,A₂,F(x) — на амплитуду выходного сигнала. Несмотря на тесную взаимосвязь параметров, имеется возможность управлять звуком оперативно и в широких пределах, изменяя всего два из них — А₁ и А₂, т.е. регулируя амплитуду сигналов генераторов огибающих.

            Метод реализуется с помощью уже известных нам генераторов, управляемых кодом, умножителя и ПЗУ (или ОЗУ), в котором в табличном виде задана функция F(x).. Разумеется, изготавливать два генератора не нужно, достаточно использовать банк генераторов, который будет последовательно вычислять значения функций

A₁ sin(2πf₁t) и А₂ sin (2πf₂t). Огибающие сигналов с амплитудами А₁,А₂ и частотами f₁,f₂ реализуют программно - эта функция возложена на управляющий микропроцессор. Метод особенно хорошо подходит для синтеза звуков духовых инструментов.

            Субтрактивный метод синтеза (от лат. subtraktiv — вычитание) заключается в том, что новый тембр создается путем изменения соотношения между отдельными составляющими первоначального колебания. Реализуется этот метод в два этапа. Сначала формируется первоначальное колебание, основные частоты которого соответствуют частотам нот. Главное требование к первоначальному колебанию сводится к тому, что оно должно иметь как можно более богатый тембр (иметь большое количество гармоник). На втором этапе с помощью частотных фильтров из первоначального колебания выделяют составляющие, характерные для имитируемого музыкального инструмента. Этот метод также удобно реализовывать на базе быстродействующих цифровых интегральных микросхем. В теории сигналов давно доказано (и экспериментально подтверждено), что спектр импульсной последовательности тем шире, чем короче каждый импульс. Поэтому первоначальным сигналом может служить последовательность коротких прямоугольных импульсов.

            На современных звуковых картах синтезатор звука устанавливается в обязательном порядке, причем по своим возможностям он зачастую не уступает профессиональному. Как вы понимаете, технические характеристики музыкального синтезатора звуковой карты определяют не только ее возможности, но и стоимость. Так что ожидать высококачественного звука от карты стоимостью 20 $ вряд ли приходится.

            В первых звуковых картах для получения звуков использовался синтез звука с помощью генераторов прямоугольных импульсов. Позже ему на смену пришел синтез звука на основе частотной модуляции (ЧМ), поэтому в документации на звуковую карту вы скорее всего, встретите английское название - Frequency Modulation Synthesis, или FM-синтез.

FM-синтез используется практически во всех недорогих звуковых картах. Качество звука при использовании FM-синтезатора вполне приемлемо и в большинстве случаев способно удовлетворить запросы неискушенных пользователей.

            Однако более качественное и реалистичное звучание имеют звуковые карты с синтезом звука на основе таблицы волн (Wave Table Synthesis — WT-синтез). Иногда WT-синтез называют просто волновым синтезом.

            В заключение общего обзора методов синтеза звука отметим «появление» в некоторых моделях звуковых карт синтезаторов на основе физического моделирования. В отличие от синтеза звука на основе таблицы волн, где в качестве исходных выступают оцифрованные звуки реальных музыкальных инструментов, записанные в ПЗУ, физическое моделирование предусматривает использование математических моделей звукообразования реальных музыкальных инструментов для генерации в цифровом виде соответствующих волновых форм, которые затем конвертируются в звук при помощи ЦАП.

            Например, существует точное математическое описание явлений, происходящих в саксофоне: в качестве источника колебаний воздуха выступает трость, затем звук усиливается и тембрально окрашивается в резонаторе, в качестве которого используется изогнутая металлическая труба. В синтезаторе сначала производится расчет сложных колебаний воздуха, которые возникают под влиянием колебаний трости, затем на основании полученных данных создается цифровое подобие этих колебаний, после чего рассчитываются все изменения, происходящие со звуком в резонаторе. Остается только преобразовать цифровую модель звука в электрические колебания, с чем успешно справляется ЦАП звуковой карты. Пионер в области физического моделирования фирма Yamaha производит синтезаторы, которые очень хорошо имитируют духовые и струнные инструменты, причем с их помощью можно проводить крайне интересные эксперименты в области формирования звука, комбинируя различные типы источников колебаний, с совершенно неожиданными резонаторами и обрабатывая получившийся звук всевозможными фильтрами. Отметим, что многие звуковые карты имеют возможность работать с программным (виртуальным) синтезатором, который функционирует на основе принципов физического моделирования звука.

            Одной из разновидностей физического моделирования является технология WaveGuide, активно разрабатываемая в Стэнфордском университете. Эта технология уже применяется в нескольких промышленных моделях электронных роялей, например, фирмы Baldwin-При использовании этой технологии моделируется распространение колебаний, представленных дискретными отсчетами по струне (одномерное моделирование) и по резонансным поверхностям (двумерное моделирование) или в объемном резонаторе (трехмерное).При этом появляется возможность моделировать также нелинейные эффекты (например, удар молоточка, касание струны демпфером).

6.4. Синтез звука на основе частотной модуляции

            Синтез звука с помощью частотной модуляции известен, прежде всего, по широко распространенным ЭМИ фирмы Yamaha, хотя его основы были заложены задолго до появления ЭМИ.

            При частотной модуляции мгновенная частота несущего сигнала изменяется под воздействием модулирующего сигнала, а отклонение несущей частоты от среднего значения пропорционально амплитуде модулирующего сигнала.

Например, при синусоидальном модулирующем сигнале ЧМ -сигнал может быть описан выражением

где   f_C - несущая, или средняя, частота;

f_m- частота модулирующего сигнала;

m_f- индекс частотной модуляции - отношение девиации частоты к средней частоте; 

            А_C - амплитуда сигнала несущей

            Если m_f ≠ 0, то, очевидно, в спектре выходного сигнала содержится лишь одна гармоник с частотой f _C. Однако при m_f ≠0в спектре появляются  составляющие с частотами f _C = К_м, где К - натуральное число. При увеличении m_f энергия «перекачивается» из максимума на частоте f _C в боковые частоты (рис. 6.7). Амплитуда боковых частот выражается через функции Бесселя первого рода k-го порядка J _k (m_f), аргументом которых является m_f. С увеличением  m_f в спектре появляется большое число боковых частот со значительной амплитудой. Итак, изменяя всего один параметр-индекс модуляции m_f - можно варьировать спектр в широких пределах. Этот принцип положен в    основу метода FM-синтеза. Функциональная схема, реализующая этот метод, представлена на рис. 6.8

            В устройстве использованы два ГУК. Первый является модулирующим, второй вырабатывает FM-сигнал, поскольку, в общем случае, для синтеза голоса одного инструмента при FM- синтезе достаточно двух генераторов.

            Генератор огибающей 1 управляет амплитудой выходного сигнала генератор огибающей 2 обеспечивает изменение индекса модуляции в широких пределах – от нуля до нескольких десятков при этом выходной сигнал изменяется от чисто синусоидального до сигнала с очень, богатым спектром – так формируется необходимый динамический спектр.

            Такая упрощенная модель не позволяет получить большого разнообразия  изменений  спектра, поэтому в реальных синтезаторах используют не два, а шесть и более генераторов модулирующих друг друга. При этом создание новых звуков возможно, в основном, эмпирическим методом, путем выбора определенных частотных соотношений и схемы соединения генераторов. Комбинации включения генераторов называют также FM-алгоритмами.

            Следует отменить, что количество генераторов (реальных или виртуальных, т.е. реализованных программно) определяет максимальное количество простейших звуков, которое синтезатор может воспроизводить одновременно иначе говоря, полифонию. Для современных звуковых карт хорошей считается полифония равная, 32 и более.

            В первых звуковых картах использовались двухоператорные синтезаторы. Это означает, что в создании звука одного тембра могут участвовать максимум два генератора.                         В звуковых картах современных моделей FM-синтезатор может использовать для генерации звука одного тембра уже четыре (четырехоператорный) и более генератора, причем каждый генератор может формировать сигнал одной из предопределенных форм (waveform).

            В соответствии с FM-алгоритмом, выходные сигналы генераторов могут, например, суммироваться. В этом случае реализуется аддитивный синтез. При другом способе включения, например, при последовательном соединении с петлей обратной связи, второй генератор задает основной тон сигнала (является генератором несущей), а первый определяет обертоны (является модулятором). При таком включении сигнал с выхода первого генератора поступает на вход второго, а сигнал с выхода второго подается на вход первого.

            В настоящее разработано большое количество FM-алгоритмов синтеза оригинальных звучаний. Достоинство метода состоит в том, что любой звук может быть получен модуляцией сигнала генератора, чем объясняется большое i разнообразие тембров. На наш взгляд, особенно важно то, что на картах с совместимыми

FM-синтезаторами обеспечивается высокая повторяемость тембров, так что партия «скрипки», записанная дома, с большой вероятностью будет звучать без искажений и на других картах.

            Однако данный метод синтеза не лишен недостатков. Поскольку процесс синтеза совмещен по времени с процессом исполнения музыки, существенно возрастают требования к суммарной производительности как компьютера, так и синтезатора. И действительно, чем выше требования к точности воспроизведения звучания музыкального инструмента, тем большее количество генераторов должно быть задействовано. При этом алгоритм управления генераторами будет достаточно сложным, так как в нем должны быть учтены малейшие оттенки звучания, присущие конкретному инструменту.

            Использование «упрощенных» алгоритмов и небольшого количества генераторов приводит к тому, что реально звуковые карты с FM-синтезом обеспечивают очень малое количество «благозвучных» тембров во всем возможном диапазоне звучания. И как следствие - крайне грубая имитация звучания реальных музыкальных инструментов и сложности при управлении генераторами.

6.5. Синтез звука на основе таблицы волн

            Еще в недалеком прошлом WT-синтез звука был мало распространен и использовался только в высококачественных звуковых картах. В настоящее время практически все фирмы-производители звуковых карт выпускают модели

с WT-синтезаторами.

            Первые звуковые карты с WT-синтезаторами появились практически одновременно со звуковыми картами вообще. Их выпускала и выпускает по сей день фирма Roland, известная, прежде всего, своей профессиональной музыкальной техникой. Следует отметить, что на роль пионера в реализации волнового синтеза претендуют еще, как минимум, две фирмы — Ens oniq и Turtle Beach.

            Первые карты с WT-синтезаторами фирмы Roland не имели блоков

цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразования, поэтому их часто использовали в комплекте с Sound Blaster-совместимыми картами, у которых они имелись. Но массового распространения карты этой фирмы не получили, главным образом, из-за очень высокой цены.

            Предшественниками волновых синтезаторов явились сэмплеры. Сэмплер — это синтезатор, который позволяет записывать звуки музыкального инструмента при помощи микрофона и затем воспроизводить их в любом темпе с соответствующим изменением средней частоты. Записанные (фактически, оцифрованные) звуки и сейчас называют сэмплами. Важно то, что блок синтеза семплера может анализировать звук, а

FM-синтезаторы такой возможности не имеют. Можно, конечно, записать звук и методом импульсно-кодовой модуляции (такой подход реализуют при записи ударных инструментов, а также в дорогих моделях ЭМИ), но для этого необходим большой объем памяти, что приводит к понятным осложнениям.

            Интересный способ уменьшения объема памяти запатентован Хидео Судзуки, который предложил записывать наиболее продолжительную фазу звука - поддержку - с помощью следующего оригинального метода.

            Сначала сигнал (рис. 6.9, а) разбивают на части, в которых спектр меняется мало, и записывают всего один полный период из каждой такой части (рис. 6.9, б). Огибающую сигнала (рис. 6.9, в) записывают полностью. Один период содержит полную информацию о мгновенном спектре сигнала, поэтому записывать можно и спектр (рис. 6.9, г). При восстановлении (воспроизведении) звука каждую такую часть заполняют одинаковыми периодами, причем разрывы на стыках устраняют интерполяцией или подбором фазы колебаний.

            Сэмплер с помощью специальных алгоритмов даже по единственному тону музыкального инструмента может воспроизвести все остальные и таким образом полностью восстановить звучание инструмента. Аналогичный подход реализован и в

WT-синтезаторе, в котором для создания реалистичного звука используются предварительно оцифрованные образцы звуков, сведенные в один или несколько так называемых банков инструментов. Банки с образцами звучания инструментов обычно хранятся в специальной микросхеме ПЗУ на звуковой карте, однако может быть использован и жесткий диск. В процессе работы в оперативную память (ОЗУ) компьютера или в собственную оперативную память звуковой карты могут загружаться дополнительные банки инструментов. Объем памяти в ПЗУ или ОЗУ, отводимой для хранения банков инструментов, зависит от модели звуковой карты. Отметим, что в звуковой карте могут иметься одновременно и ПЗУ и ОЗУ. Кроме того, во многих звуковых картах предусмотрено место для установки дополнительных модулей памяти для хранения банков инструментов.

            В общем случае банки инструментов устроены следующим образом.

            Каждый образец звучания (патч) представляет собой комбинацию сэмплов - обычных wav-файлов, организованных в слои (layers).

            Интересно, что термин патч имеет свою историю. Самые первые музыкальные синтезаторы состояли из отдельных модулей - фильтров, усилителей, а также аналоговых генераторов, управляемых напряжением (Voltage-Controlled Oscillator — VOC). Модули соединялись определенным образом в единое целое с помощью специальных кабелей. В переводе с английского слово patch означает также временное соединение, перемычка. Получаемые в результате синтеза звуки и стали поэтому называть патчами.

В последующем слово патч стало служить для обозначения записанного (оцифрованного!) образца звучания какого-либо музыкального инструмента. Так что патч и сэмпл можно рассматривать как одно и то же, но поскольку образец звучания конкретного инструментаможет состоять из нескольких фрагментов, то для обозначения образца звучания в целом мы будем употреблять слово патч, а для обозначения составляющих его фрагментов — сэмпл.

Присутствие в патче нескольких сэмплов обусловлено веской причиной.

WT-синтезатор с помощью одного музыкального тона может получить другой. Допустим, исходный сэмпл оцифрован с частотой 44,1 кГц. Тогда, если воспроизводить его с удвоенной частотой дискретизации (88,2 кГц), т.е. вдвое быстрее, высота звука возрастет на октаву. Если же воспроизводить сигнал с пониженной частотой дискретизации, то высота звука уменьшится. Таким образом, если воспроизводить сэмпл с измененной соответствующим образом частотой дискретизации, можно получить, в принципе, звук любой высоты.

Однако при таком подходе возникает один неприятный момент. Одновременно со смещением величины тактовой частоты и высоты звука будет изменяться длительность атаки и скорость затухания сигнала. Так, если мы удвоим тактовую частоту, то, наряду с удвоением высоты звука, в два раза уменьшится общее время звучания (так как патч будет проигрываться в два раза быстрее). Поэтому вдвое сократится длительность атаки и вдвое возрастет скорость затухания звука. Это вызовет искажение общего впечатления о звуке. Тембр же воспроизводимого сигнала подвергнется и более серьезным изменениям.

В реальном музыкальном инструменте при изменении высоты звука форма амплитудно-частотной характеристики излучающих звук поверхностей, ее местоположение на оси частот, величина максимумов и минимумов обычно не изменяются. А вот при изменении скорости воспроизведения оцифрованного сигнала вместе с частотой основного тона изменится и форма АЧХ (растянется или сожмется, максимумы и минимумы сместятся по оси частот).

Конечно, это сильно исказит звук. Кроме того, в некоторых музыкальных инструментах (пианино, гитара и др.) звуки разной частоты формируются с помощью различных элементов конструкции (струны с оплеткой и без; несколько струн, настроенных в унисон). В этом случае звук, полученный с помощью удвоения скорости воспроизведения оцифрованного сигнала, может изначально не соответствовать реальному, на октаву более высокому звуку. Поэтому в WT-синтезаторах применяется несколько иной способ изменения высоты звука: оцифровывается несколько разных по высоте сигналов (сэмплов) реального музыкального инструмента, перекрывающих весь его частотный диапазон. Шаг по частоте должен быть достаточно мал, чтобы изменения тембра, связанные с конструктивными особенностями инструмента, при смещении частоты основного тона с помощью варьирования частоты дискретизации не были заметны на слух.

Звучание некоторых музыкальных инструментов становится более реалистичным и выразительным при одновременном воспроизведении нескольких сэмплов, поэтому звуки инструментов зачастую генерируются WT-синтезатором путем наложения нескольких сэмплов.

С помощью специальных программ — редакторов патчей — можно изменить (подкорректировать) содержание любого произвольного слоя, изменяя форму волны, высоту тона сэмпла, включить обычные или управляемые генераторами фильтры и т. д. Таким образом можно добиться самого необычного звучания. Следует отметить, что количество сэмплов в патче определяется характеристиками (возможностями) синтезатора звуковой карты. Так, например, синтезатор звуковых карт Tropez, Tropez Plus и Maui (фирма-изготовитель Turtle Beach) способен работать с 4 сэмплами в патче, в то время как синтезатор звуковой карты Pinnacle — с 32!

Поскольку качество работы звуковых карт с WT-синтезатором напрямую зависит от качества звучания образцов инструментов, хранящихся в памяти, желательно иметь сэмплы высокого качества (с высоким разрешением), что, в свою очередь, приводит к росту объема банка инструментов. Если, например, для хранения каждого образца звука отводится всего несколько килобайт памяти, качество работы такой карты не будет сильно отличаться от качества работы звуковой карты с FM-синтезатором. Следовательно, чем больше объем банка инструментов, тем реалистичней становится звучание, ибо в памяти может храниться больше сэмплов, записанных с более высоким разрешением.

Для гипотетического устройства, имеющего диапазон частот генерируемого звука в пять октав, при оцифровке через интервал в один тон по высоте с частотой дискретизации 48 кГц и разрядностью данных 24 бита понадобится около 7 Мбайт памяти на

1-секундный отрезок сигнала.

Однако WT-синтезаторы обычных звуковых карт имеют меньший объем памяти, хотя могут имитировать более ста инструментов. Достигается это тем, что звук оцифровывается с большим шагом по частоте основного тона и подвергается различным видам компрессии. В таблице хранятся отрезки сигнала длительностью, значительно меньшей одной секунды. При этом для синтеза длительных нот применяется зацикливание (многократное повторное воспроизведение отрезка сигнала в таблице). Отрезок как бы превращается в кольцо. Естественно, для обеспечения звучания без щелчков требуется специальная обработка сигнала. Он должен содержать целое число периодов основного тона, а отсчеты около стыка должны быть обработаны специальной сглаживающей программой.

В памяти звуковой карты с WT-синтезатором хранится набор патчей, как минимум, 128 инструментов, определенных стандартом General MIDI (GM). General MIDI является одним из стандартов для цифрового интерфейса музыкальных инструментов (Musical Instrument Digital Interface - MIDI), речь о котором пойдет в следующей главе.

Кроме образцов звучания музыкальных инструментов, в том числе и ударных, в банке инструментов могут храниться патчи немузыкальных, необычных или даже нереальных «инструментов», таких как шум ветра, хлопок в ладоши, звук выстрела и т. п.

Патчи инструментов с малой длительностью звучания (ударные) обычно записываются полностью, а остальные могут содержать лишь начало, конец и небольшую «среднюю» часть звука, которая затем циклически проигрывается в течение нужного времени.

Один банк может содержать образцы звучания 7... 10 инструментов, всего

же инструментов обычно около 500.

В процессе воспроизведения звука специальный процессор выполняет операции над патчами, изменяя их амплитуду, частоту и получая тем самым звук требуемой громкости и необходимого тембра (рис. 6.10).

Безусловным достоинством синтеза на основе волновой таблицы является предельная реалистичность звучания классических инструментов и простота получения звука.

В качестве недостатков необходимо назвать ограниченность набора заранее подготовленных тембров, отдельные параметры которых нельзя изменять в реальном времени, большой объем памяти (иногда до сотен килобайт на инструмент), необходимой для хранения сэмплов, различия в звучании разных WT-синтезаторов из-за различий в наборах стандартных инструментов.

Следует заметить, что в большинстве музыкальных карт, использующих

WT-синтез, на самом деле реализован более старый и простой «сэмплерный» метод, поскольку звук в них формируется из непрерывных по времени патчей, отчего атака и затухание звука всегда имеют одинаковую длительность, а произвольной может быть только длительность средней части. В «настоящем» WT-синтезаторе звук формируется как из параллельных, так и из последовательных участков, что обеспечивает большее разнообразие, а главное — выразительность звуков.

В заключение отметим, что на некоторых звуковых картах могут устанавливаться одновременно и FM- и WT-синтезаторы.

ГЛАВА 7. ОСНОВЫ MIDI [40-41]

7.1. Общие сведения

Вы, вероятно, знаете, что различные синтезаторы, сэмплеры и звуковые платы связываются между собой при помощи МШ1-интерфейса. Если вы заглянете на заднюю панель любого синтезатора, то, скорее всего, найдете там пятиконтактные гнезда

MIDI-входов и выходов, которые маркируются как MIDI In,

MIDI Out и MIDI Thru.

Такие же гнезда есть и на MIDI-переходниках звуковых плат, и на различных приборах обработки звука, и даже на цифровых микшерах и многоканальных магнитофонах. И если вы соедините все свое оборудование при помощи этого интерфейса, то сможете заставить его работать в единой системе: с одного синтезатора можно будет обращаться к звукам другого, цифровые магнитофоны будут запускаться при нажатии кнопки в компьютерной программе и т.д. Т.е. MIDI-интерфейс — это единый стандарт передачи управляющей информации между цифровыми музыкальными инструментами и другим студийным

оборудованием.

Два MIDI -устройства обмениваются между собой именно управляющей информацией, например, командами вызова нужного звука из памяти, командами его воспроизведения с нужной высотой и длительностью и т.д. Т.е. никакой физической передачи звуков по этому интерфейсу не происходит.

До 1982 года, когда была принята спецификация MIDI синтезаторы разных производителей имели разные архитектуры и системы управления. Это было очень неудобно для музыкантов - ведь при покупке каждого нового инструмента приходилось «с нуля» изучать принципы его работы. Кроме того, секвенсоры* одних производителей не могли работать с синтезаторами других - в результате для каждого синтезатора приходилось покупать отдельный секвенсор. Поэтому-то и возникла идея стандартизировать синтезаторы и другое сопутствующее оборудование и принять единую систему обмена данными между ними. В результате и появился Music Instruments Digital Interface - цифровой интерфейс музыкальных инструментов. А через некоторое время им стали оборудовать подавляющее большинство студийных устройств.

Благодаря MIDI-интерфейсу, во-первых, все цифровые синтезаторы теперь имеют очень похожие системы управления, и если музыкант или звукорежиссер знает основные принципы работы MIDI, то без труда может разобраться с любым из них. Во-вторых, музыкальные инструменты разных фирм могут работать вместе и, например, с Roland'a можно получить доступ ко всем ресурсам Korg'a и даже играть «зашитыми» в него звуками. В-третьих, секвенсор может управлять не только подключенными синтезаторами, но и любыми другими устройствами, имеющими MIDI-входы и выходы. Например, под управлением секвенсора процессор эффектов в нужный момент аранжировки может менять свои настройки, а цифровой микшер включать и отключать каналы, а также выставлять заранее запрограммированный уровень дорожек или автоматически плавно убирать громкость в конце композиции.

7.2. MIDI-интерфейс

«Артериями» любой MIDI-системы являются 16 информационных MIDI-каналов, по которым передаются MIDI-сообщения - сигналы, несущие информацию о состояний органов управления звуковым устройством (например, синтезатором). MIDI-сообщениями могут быть ноты, команды о смене звука, информация о положении колеса изменения высоты тона и т.д.

На рис.7.1 изображена схема Sample Playback синтезатора, который тоже является такой системой, так как в его корпусе размещены минимум два совершенно независимо работающих устройства — клавиатура и звуковой модуль. Доступ к памяти синтезатора, где хранятся оцифрованные сэмплы (образцы звучания), осуществляется по уже упомянутым 16 MIDI-каналам. В начале работы музыкант указывает при помощи кнопок управления, какой канал с каким звуком будет работать. На рисунке первому каналу присвоено фортепиано, пятому — орган, десятому — ударные и пятнадцатому — бас. Причем эти связи устанавливаются совершенно произвольно по желанию музыканта: на любой канал может быть присвоен любой звук, находящийся в памяти.

Клавиатура синтезатора одновременно может работать только с одним

MIDI-каналом (если только не включена специальная функция разделения, разбивающая клавиатуру на две или более частей, каждая из которых может обращаться к отдельному каналу). Поэтому, музыкант указывает номер канала с присвоенным звуком, который он хочет использовать (на рисунке — первый канал с установленным звуком фортепиано). Обычно это делается прямо на верхней панели синтезатора при помощи кнопок переключения канала. По умолчанию клавиатура работает с тем каналом, который указан на дисплее синтезатора. После настроек он может начинать исполнение композиции. Во время игры MIDI-клавиатура производит сообщения об условных номерах нот и о скорости нажатия клавиш, которые передаются по выбранному каналу в звуковой модуль. А он, в свою очередь, изменяет высоту и громкость выбранного звука, согласно полученным MIDI-сообщениям. Результат этой работы мы с вами слышим из акустических систем.

Теперь давайте разберемся со связкой синтезатор-секвенсор.

Рисунок 7.2. изображает схему работы синтезатора, соединенного с компьютерным секвенсором. И у синтезатора, и у компьютера, в котором установлена звуковая плата или плата MEDI-интерфейса, есть MIDI-входы и выходы. Они соединяются между собой специальными шнурами с пятиштырьковыми разъемами. По этим шнурам передаются MIDI-сообщения, рассортированные по 16-ти независимым каналам. Это не означает, что в шнурах используются целых 16 жил. Они обычные - трехжильные (по двум идет сигнал, а один используется для заземления), просто перед передачей сообщений по физическим проводам, вся информация кодируется особым образом, а при приеме происходит обратный процесс - раскодирование.

Итак, музыкант исполняет на клавиатуре какое-то произведение. MIDI-сообщения поступают в звуковой модуль, например, по первому каналу, и мы слышим этот звук. Но эти сообщения поступают по тому же первому каналу и  на MIDI-выход синтезатора, а дальше - в секвенсор. А в секвенсоре есть точно такие же параллельные дорожки, как и в многоканальных магнитофонах, только они располагаются не на магнитной ленте, а в оперативной памяти секвенсора (или компьютера, если секвенсор — это программа). Каждая дорожка должна соответствовать одному из MIDI - каналов. При записи на нее фиксируются все MIDI-сообщения, которые приходят через вход секвенсора по выбранному каналу. А при воспроизведении с нее начинают считываться все записанные данные и передаваться по тому же самому каналу, только уже через выход.

На нашем рисунке для упрощения схемы не показано, что синтезатор передает MIDI-сообщения по нескольким каналам. Но если музыкант переключается на второй канал и начинает играть другим звуком, то на MIDI-выход начинают поступать сообщения именно по второму каналу, и если в секвенсоре вторая дорожка включена на запись данных с этого же канала, то все, что играется

на клавиатуре, будет записано.

В целом, процедура работы с секвенсором будет выглядеть следующим образом. Музыкант на синтезаторе присваивает первому каналу звук фортепиано, а в секвенсоре включает запись первой дорожки, которая предварительно тоже настраивается на первый канал. После этой операции он играет на клавиатуре партию фортепиано будущей композиции, которая записывается на первую дорожку. По окончании записи, в секвенсоре включается воспроизведение, и записанные MIDI-сообщения передаются по первому каналу на его MIDI-выход, а оттуда — на MIDI-вход синтезатора. Со входа они попадают в звуковой модуль, который и воспроизводит запись звука фортепиано.

После записи первой дорожки, музыкант включает в секвенсоре запись второй дорожки, присвоив ей второй MEDI-канал. На синтезаторе он выбирает звук баса и тоже присваивает его второму каналу. Теперь он снимает секвенсор с паузы и слышит партию фортепиано — ведь каналы совершенно независимы друг от друга. Под фортепиано он играет партию баса, которая записывается в секвенсор на вторую дорожку. Теперь, если он запустит воспроизведение, то услышит и фортепиано, и бас вместе. Точно таким же образом записываются партии всех остальных инструментов.

Если же вы подключите к MIDI-выходу секвенсора любое студийное устройство (например, процессор эффектов) и запишите на одну из дорожек специальные сообщения, которые это устройство «понимает», то в выбранный момент композиции оно выполнит нужные вам действия. Кстати, очень многие синтезаторы, в том числе и установленные на звуковые карты, имеют собственные процессоры эффектов, управление которыми можно осуществлять при помощи секвенсора. В нужный момент композиции процессор получит от секвенсора MIDI-сообщение и включит соответствующий эффект.

7.3. MIDI -сообщения и события

Итак, MIDI-сообщения - это управляющие сигналы, которые передаются по MIDI-интерфейсу. Например, при нажатии клавиши на динамической MIDI-клавиатуре производятся три сообщения, которые описывают исполнение ноты: Pitch (высота ноты), Velocity (скорость нажатия клавиши) и Duration (длительность). Эти сообщения могут передаваться по одному из каналов в звуковой модуль, а могут направляться и в секвенсор, который запишет их в определенное место композиции. Такая группа сообщений, привязанная к одному из моментов времени композиции и каналу называется Event (Событие). Т.е., каждая нота композиции, записанная секвенсором - это событие.

Надо четко понимать разницу между сообщением и событием. Устройства в MEDI-системе обмениваются сообщениями, но как только эти сообщения записываются в секвенсор, они получают два дополнительных параметра - время воспроизведения и номер канала — и становятся событиями.

Второй по важности после MIDI нот вид сообщений — это Controllers (контроллеры). Они управляют различными параметрами синтезаторов типа громкости или панорамы выбранного канала. Кстати, не путайте эти MIDI-сообщения и ручки управления автономным синтезатором, которые тоже иногда называются контроллерами.

Стандарт MIDI предусматривает наличие 128 контроллеров, каждый из которых может принимать значения от 0 до 127. Но реально из них используется не более 20. Самые главные из них - это Volume (громкость), Pan (панорама) и Modulation (модуляция). Они управляют параметрами воспроизведения нот . по каждому из каналов. Т.е., записав в секвенсор на первый канал контроллер Volume, имеющий значение 127, а на второй — значение 64, вы получите разницу в громкости этих каналов в два раза.

И, наконец, третий важный тип MIDI сообщений - это SysEx, или «системные эксклюзивные сообщения». Как и контроллеры, они предназначены для управления различными параметрами синтезаторов, или другого студийного оборудования. Однако SysEx «персонифицированы», т.е. они работают только в пределах одного конкретного устройства. Их существование необходимо из-за того, что 127 контроллеров просто не хватает для управления всеми параметрами современных синтезаторов. Поэтому чаще всего контроллеры используются в стандартных ситуациях (отрегулировать громкость и панораму на канале, выставить уровень посыла на эффекты, изменить частоту среза и резонанс фильтра и т.д.). А вот для управления процессорами эффектов, «глубинными» параметрами синтеза или операциями по обслуживанию инструмента (например, «сбрасывание» отредактированных звуков в компьютер) применяются SysEx.

7.4. MIDI-синхронизация

В студиях очень часто бывает необходимо обеспечить синхронную работу двух или нескольких устройств: секвенсора и многоканального магнитофона, двух магнитофонов одновременно и т.д. Раньше, в эпоху аналоговых магнитофонов, чаще всего использовалась SMPTE синхронизация, однако сейчас большинство студийных устройств синхронизируются по MIDI.

Делается это так. Например, у вас есть секвенсор и многоканальный магнитофон. Любой секвенсор должен равномерно «проматывать» виртуальную ленту (по аналогии с магнитофоном), на которую записываются MIDI-сообщения. Для этого во всех секвенсорах есть генератор временного кода, который производит MIDI-сообщение под названием MIDI Clock. При помощи этого временного кода и осуществляется точное управление «лентопротяжным механизмом» секвенсора, а также синхронизация с внешними устройствами. Группа MIDI-сообщений, которые используются для синхронизации, называется MIDI Time Code (МТС).

Во многих современных цифровых магнитофонах есть точно такой же генератор временного кода, который используется для точного управления механикой. Если синхронизировать генератор секвенсора и генератор магнитофона, то скорость воспроизведения MIDI-сообщений будет точно соответствовать скорости движения ленты.

А для того чтобы магнитофон включался одновременно с секвенсором и вместе с ним выполнял все остальные действия (перемотка, остановка, запись) используют целую группу MIDI-сообщений, которые называются MIDI Machine Control (ММС). В секвенсорах, которые поддерживают ММС, нажатие любой кнопки управления производит соответствующее MLDI-сообщение, которое немедленно передается в магнитофон. А ему остается только выполнить команду.

7.5. Системные эксклюзивные сообщения

Как уже говорилось в разделе «MIDI-сообщения и события», системные эксклюзивные сообщения (SysEx) — это управляющие команды, которые, в отличие от контроллеров действуют только в пределах одного синтезатора или другого студийного MIDI-устройства. Например, контроллер Volume меняет громкость выбранного канала любого синтезатора, а вот SysEx сообщение, управляющее уровнем искажений эффекта Distortion, и предназначенное для использования с синтезатором Roland XP 30 не произведет ни малейшего «впечатления» на синтезатор Quasimidi Sirius, у которого также есть эффект Distortion. Но, несмотря на узкую специализацию каждого такого сообщения «язык», на котором они написаны, абсолютно универсален, И зная его основы можно очень быстро подобрать «ключи» к любому инструменту и студийному устройству и заставить его делать именно то, что нужно.

Любое системное эксклюзивное сообщение представляет собой последовательность шестнадцатеричных цифр, которую вы можете составить в любом редакторе SysEx (эти редакторы есть в большинстве развитых секвенсоров). Каждая цифра этого сообщения несет определенную информацию, и все искусство программирования SysEx заключается в том, чтобы поставить нужную цифру в нужное место. А помогает в этом раздел руководства пользователя устройства под названием MIDI Implementation - в нем фирма-производитель разъясняет пользователям принципы построения SysEx сообщений для каждой конкретной модели.

Итак, SysEx сообщения имеют обязательную и произвольную части. Вы должны обязательно начать сообщение с символа F0 и закончить символом F7 - это команды, заставляющие любой синтезатор или другое студийное устройство начать и закончить прием системной информации. Следом за символом F0 следуют еще три символа, которые несут информацию об идентификационном номере производителя, идентификационном номере устройства в MIDI-системе и идентификационном номере модели устройства - они будут одинаковыми у любых сообщений для конкретного устройства. Например, для синтезатора Roland XP 30 обязательная часть SysEx будет выглядеть так: F0 41 11 6А .................F7, где 41 — это код фирмы Roland, 11 — идентификационный номер синтезатора (он выставляется в системном меню инструмента) и 6А — это код модели ХР-30. Конкретные идентификационные номера для других синтезаторов нужно смотреть в MIDI Implementation их руководств.

Следом за первыми четырьмя цифрами обязательной части SysEx идет часть произвольная. Ее конкретное наполнение зависит от того, чего вы хотите. Но она всегда начинается с номера команды и заканчивается значением контрольной суммы. Номер команды и ее формат нужно опять-таки смотреть в MIDI Implementation, а контрольная сумма вычисляется путем сложения всех цифр, составляющих команду (за исключением ее номера) и вычитанием получившегося значения из 128. После контрольной суммы идет символ окончания SysEx-F7.

Разберем конкретный пример. Предположим, нам понадобилось вставить в аранжировку команду, которая меняет тип реверберации у синтезатора Roland XP30 с холла на дилэй. Прежде чем приступать к написанию, открываем редактор SysEx секвенсора, пишем заветный символ F0 (начало Sys Ex) и вооружаемся руководством пользователя синтезатора. Первым делом нам нужно выяснить, что писать в постоянной части. Добираемся в MIDI Implementation руководства пользователя до раздела Data Transmission (Передача данных) и смотрим раздел System Exclusive Messages. В этом разделе находится шаблон SysEx для передачи данных в синтезатор. Выясняется, что код Roland - 41, а код ХР 30 — 6А. В системном же меню самого синтезатора смотрим devicelD - у меня он оказался равным цифре 17. Но это в десятичной системе, а в шестнадцатеричной он будет выражаться цифрой 10 (см. таблицу перевода десятичных значений в шестнадцатеричные). Таким образом, можно продолжать SysEx (цифры вводятся через один пробел): F0 41 10 6А...

Итак, смотрим шаблон SysEx дальше. Идентификационный номер команды для нашего случая — 12. Кстати говоря, во многих руководствах шестнадцатиричные числа пишутся с обязательным прибавлением буквы Н в конце (от Hexadecimal). В шаблоне SysEx руководства ХРЗО они даются именно в таком виде, например, номер команды приводится как 12Н. Но в редакторе SysEx секвенсора букву Н писать не надо - он и так знает, что речь идет о шестнадцатеричных числах. Таким образом, продолжаем сообщение: F0 41 10 6А 12...

Далее в шаблоне идут четыре цифры, сообщающие синтезатору адрес, по которому следует передавать команду. Они обозначаются как аа, bb, cc и dd. Их значение нужно смотреть в таблицах под названием Parameter Address Map. Посмотрев таблицы, выясняем, что адрес для смены типа ревербератора пишется так: 01 00 00 28. Наконец, мы добрались и до самой команды, которая пишется как 06 - это становится очевидным из колонки Data (Value) таблицы Parameter Address Map. Продолжаем наш SysEx: F0 41 10 6A 12 01 00 00 28 06...

Теперь осталось посчитать контрольную сумму. Для этого нам сначала нужно сложить цифры адреса и значения команды: 01 + 00 + 00 + 28 + 06,... Но цифры-то записаны в шестнадцатеричной системе счисления. Чтобы успешно завершить арифметическую операцию нужно перевести их в десятичный вид: 1 + 0 + 0 + 40 + 6 = 47. Теперь вычитаем 47 из 128 и получаем число 81, которое в шестнадцатеричной системе будет писаться как 51. Все, теперь наше SysEx сообщение приобретает законченный вид: F0 41 10 6А 12 01 00 00 28 06 51 F7. Остается его сохранить в отдельный файл и вставить последний в нужное место аранжировки.

7.6. Организация памяти и форматы банков синтезаторов

В постоянной памяти синтезаторов Sample Playback записаны сэмплы -образцы звучания различных музыкальных инструментов. МШ1-сообщения вызывают из памяти тот или иной сэмпл, и синтезатор воспроизводит нужный звук. Но в памяти сэмплы не просто «свалены кучей», а организованы в определенные иерархические структуры. И чтобы нормально работать с любыми синтезаторами и сэмплерами, в том числе и мультимедийными, надо разобраться со способами хранения сэмплов и соответствующими стандартами.

Если не очень вдаваться в подробности, то можно подумать, что сэмплы для записи в память синтезатора или сэмплера создаются очень просто: берется «живой» инструмент, оцифровывается какая-то сыгранная на нем нота и получившийся файл записывается в память. Такое представление почти правильно. Но размер памяти не безграничен. Поэтому, как правило, берется маленький участок файла с записью «живого» инструмента, закольцовывается и присваивается определенной MIDI-ноте.

Но при формировании того или иного звука синтезатора есть еще одна тонкость. Для того чтобы сэмпл звучал выше или ниже (для воспроизведения других МШ1-нот), используется алгоритм изменения высоты тона, в основе которого лежит изменение частоты дискретизации сэмпла. Вспомните эффект «голоса Буратино», который получается, если увеличить скорость воспроизведения магнитофонной ленты. В синтезаторах и сэмплерах все происходит примерно также, только лентопротяжный механизм заменяется специальным алгоритмом. Но при сильном изменении частоты дискретизации теряется натуральность звучания. Поэтому для создания одного звука синтезатора применяется несколько закольцованных сэмплов, каждый из которых охватывает свой диапазон. Т.е. оцифровывается, например, исполнение на музыкальном инструменте ноты «До» каждой октавы, и фрагменты этих сэмплов присваиваются соответствующим МШ1-нотам. В результате сохраняется натуральность звучания и экономится память.

Для обозначения совокупности сэмплов и управляющей информации синтезатора обычно используется термин «патч» (некоторые производители используют другую терминологию) - с английского это слово переводится как «соединение».

Патчи составляются в более высокие структуры, которые называются программами или инструментами (рис.7.4). При этом каждый патч может занимать только часть звукового диапазона, а может и пересекаться с другими — при этом звуки разных патчей накладываются друг на друга. Если вы, например, хотите поиграть на синтезаторе звуком фортепиано, то вы вызываете из памяти именно программу, состоящую из нескольких патчей. При нажатии любой клавиши MIDI-клавиатуры, в синтезаторе происходит не просто воспроизведение соответствующего сэмпла с нужной высотой, а более сложный процесс, который включает исполнение еще ряда команд.

Программы или инструменты синтезатора составляются в банки. В одном синтезаторе может быть как один, так и несколько банков. Количество программ в банке никогда не превышает 128 (так просто сложилось исторически — не ищите в этом числе скрытый смысл), а количество самих банков зависит от стандарта, который поддерживает синтезатор или звуковая карта.

Если вы видели автономные sample playback синтезаторы, то наверняка обращали внимание, что на них почти всегда есть надписи типа General MIDI или аббревиатуры GS или XG. Эти обозначения часто пишутся и в спецификациях звуковых карт. Они указывают, какому стандарту соответствует синтезатор.

Аббревиатура GM или надпись General MIDI означает, что в памяти синтезатора находится как минимум один банк (может быть и больше), из 128 программ плюс один банк ударных инструментов, состоящий из 44 патчей барабанов различного звучания, причем каждой MfDI-ноте присвоен свой барабан (банков ударных и патчей в этих банках может быть и больше). Все программы (как основные, так и патчи ударных) имеют раз и навсегда установленный номер, под которым их можно разыскать в памяти. Это означает, что в GM-совместимых синтезаторах программа, имитирующая рояль всегда скрывается под номером 1, а под номером 53 - имитатор хора. Такой стандарт введен для того, чтобы без проблем воспроизводить музыку, записанную в любом секвенсоре при помощи разных синтезаторов с предсказуемым результатом. Есть и специальный формат файла, который называется «стандартным МШ1-файлом» и обеспечивает воспроизведение музыки на любом синтезаторе или звуковой карте.

GM-синтезатор имеет как минимум 16 MIDI-каналов. Каждый из каналов может быть использован для записи или воспроизведения одной программы или одной ударной установки. Обычно в спецификациях звуковых карт или автономных синтезаторов на этот счет пишется так: «Синтезатор имеет 16-част-ную мультитембральность».

У любых синтезаторов есть еще одно ограничение — вы не можете одновременно воспроизвести больше определенного количества нот, причем неважно, одним инструментом играются эти ноты или несколькими. Это количество называется полифонией, и для стандарта GM оно определено минимум в 24 ноты (может быть и 28, и 32 — GM это не запрещает). Это означает, что если вы задумали сыграть на клавиатуре аккорд из 25 нот, позвав для этого своих друзей, то у вас ничего не получится. Девять нот из взятого аккорда звучать не будут. Девять — это из-за того, что 8 нот резервируются под барабаны и лишь 16 остаются на все остальные программы. В спецификациях некоторых синтезаторов для описания полифонии может применяться и следующая формулировка: «Синтезатор имеет 24 голоса».

Существует очень распространенное заблуждение: будто все GM-синтезаторы звучат одинаково — ведь инструменты у них одни и те же. Это совершенно неверно. Рояль из GM-совместимой карты Cuncun FX производства Turtle Beach звучит совершенно не так как рояль с GM-совместимого синтезатора Korg. Конечно, оба они — рояли, но вот тембр у этих роялей совершенно разный. Стандарт General MIDI описывает только общий характер инструмента, который должен храниться в памяти под тем или иным номером. Но конкретное качество сэмплов, «раскладка» колец по клавиатуре и многие другие параметры программы остаются на совести производителя.

И еще одно важное замечание. Очень многие производители синтезаторов указывают в спецификациях своих изделий, что они совместимы со стандартом General MIDI. Но при этом реальное количество программ и банков оказывается гораздо больше, чем предусматривает стандарт. В данном случае понятие совместимости означает, что в синтезаторе обязательно есть General MIDI-банк и стандартные MIDI- файлы будут проигрываться без проблем. Остальные банки организованы особенным образом и композиции, записанные с их использованием, будут корректно воспроизводиться только на тех же самых устройствах.

Теперь об аббревиатурах GS и XG. Стандарт GS введен японской фирмой Roland. Первоначально этот стандарт назывался GSS и расшифровывался как General Synthesizer System. Позже от трех букв остались только две, и они расшифровываются чаще всего как General Synthesizer — Основной синтезатор. GS - это расширение стандарта GM в сторону увеличения количества банков, а соответственно, и количества инструментов, хранящихся в памяти. Причем GS-устройства полностью совместимы с GM, т.е. стандартные MIDI -файлы всегда проигрываются без проблем. Наращивание количества программ происходит в виде добавления вариаций основного банка. Это означает, что в

GS-синтезаторе по-прежнему будет инструмент номер 90 из набора GM под названием Warm pad, но у него будет пара вариаций 90/1 и 90/2, которые могут быть и совершенно не похожи на основной звук и будут размещены в других банках. При воспроизведении стандартного MIDI-файла банки с вариациями не будут доступны, если в файл не записать специальные MIDI-сообщения. Обычно GS синтезаторы имеют в постоянной памяти

200.. .400 программ и 6.. .9 ударных установок (хотя их может быть и больше).

Есть еще одно важное отличие GS от GM — это обязательное присутствие в синтезаторах, поддерживающих Roland'oвский стандарт, отдельного процессора эффектов, который может обрабатывать инструменты двумя эффектами одновременно. Обычно это реверберация и хорус. Уровень эффекта регулируется индивидуально у каждого инструмента, но эффекты - общие для всех 16 MIDI-каналов. Т.е., если вы обрабатываете на первом канале фортепиано холлреверберацией, то на всех остальных каналах нельзя установить другой тип эффекта. Можно только поменять уровень «холла».

XG - это стандарт фирмы Yamaha, который появился относительно недавно. Он представляет собой дальнейшее расширение GM и GS в сторону увеличения количества банков и инструментов в памяти и количества эффектов. Расшифровывается эта аббревиатура как extended General MIDI — Расширенный General MIDI, и он тоже полностью совместим с GM. Таблица звуков организована точно так же, как и в стандарте GS, т.е. увеличение количества программ происходит при помощи увеличения количества банков с вариациями. Обычно в памяти XG-синтезаторов находится более 400 инструментов. Одновременно можно использовать три эффекта из имеющихся 64, причем 2 могут работать как в GS, сразу со всеми воспроизводимыми инструментами на 16 MIDI-каналах, а еще один можно присваивать любой из программ индивидуально. Выбор последнего эффекта очень богат - как минимум 42 возможных варианта. Кроме этого, в соответствии со спецификацией XG, любым из эффектов можно обрабатывать и внешние источники звука, подключенные к линейному входу. И GS и XG имеют не менее 32 голосов полифонии (чаще — 64) и 16-частную мультитембральность.

ГЛАВА 8. ПРОГРАММНЫЕ И АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ОБРАБОТКИ ЗВУКА [14, 32, 42-45]

8.1. Динамическая обработка звуковых сигналов

В настоящее время существует большое количество различных устройств для динамической обработки звуковых сигналов — это компрессоры, пороговые ограничители (гейты), лимитеры и т.д. В таком многообразии нетрудно и запутаться... Какой прибор необходим в конкретной ситуации? Чем отличаются приборы, имеющие схожее действие, например, лимитер и гейт? И таких вопросов - множество, включая и наиболее часто встречающийся — для чего вообще нужна «динамическая обработка»?

Ранее отмечалось, что звуковой сигнал изменяется в очень широких пределах. Иначе говоря, звуковой сигнал имеет очень большой динамический диапазон. Чаще всего, возможности аппаратуры (особенно аналоговой) не позволяют записать исходный сигнал с натуральным динамическим диапазоном. Эта проблема стоит еще более остро, если сигнал надо передавать по каналам связи.

Не следует питать больших иллюзий по части цифровых устройств. Указываемые для наиболее распространенного сейчас носителя — компакт-диска - параметры, например, динамический диапазон в 96 дБ, не совсем верны. Бели рассматривать их как отношение самого громкого сигнала к уровню шумов в паузе — цифры, безусловно, правильны. Однако это справедливо только для сигналов максимальной амплитуды. Реальные же звуковые сигналы имеют довольно большой пикфактор, так что максимальные уровни сигналов встречаются достаточно редко. Сигнал же с уровнем -60 дБ передается фактически всего лишь шестью разрядами цифрового кода, а для сигнала с уровнем -90 дБ останется всего 1 бит. При этом говорить о сколько-нибудь приличном звучании, естественно, уже не приходится. Таким образом, динамический диапазон компакт-диска реально составляет величину существенно меньшую, чем 96 дБ.

Поэтому для получения наилучшего звучания звукорежиссер обычно заранее изучает звуковой материал, выраженный в форме партитуры или сценарного плана, знакомится с техническими характеристиками аппаратуры записи, пользуется выработанными практикой приемами регулирования. Регулирование производят таким образом, чтобы создать у слушателей достаточно хорошее художественное впечатление и, в то же время, не допускать ухода уровня сигнала за пределы возможностей аппаратуры.

Однако возможности человека в отношении быстроты реакции, точности и надежности выполнения операций регулировки ограничены. Кроме того, сказываются утомление, эмоциональное состояние и другие психофизиологические факторы. Исследования показали, что время реакции звукорежиссера составляет не менее 2 с, даже, если партитура музыкального произведения ему известна. Это приводит к погрешности в поддержании максимальных уровней музыкальных программ до ±4 дБ относительно номинала. Поэтому в помощь звукорежиссеру создано большое число различных устройств автоматической обработки уровней сигналов — авторегуляторов уровня.

Например, если звукорежиссер не успеет отреагировать на быстрое нарастание уровня, ограничитель максимального уровня, обладающий большой скоростью реакции, автоматически уменьшит коэффициент передачи и, тем самым, предотвратит поступление сигнала чрезмерного уровня в последующие звенья канала. В этом состоит первое назначение устройств динамической обработки звуковых сигналов.

Вторая большая группа проблем — это борьба с мешающими сигналами. Шумы в паузе, проникающие в микрофоны посторонние сигналы, фон и шипение от гитарных приставок и т.п. Во всех этих случаях возникает необходимость в автоматическом управлении уровнями сигналов, то есть в применении устройств динамической обработки сигналов.

И, наконец, устройства динамической обработки цозволяют формировать различные звуковые эффекты.

Все устройства динамической обработки можно разделить на два больших класса: по характеру взаимосвязи их коэффициента усиления и уровня входного сигнала. Если при увеличении уровня входного сигнала коэффициент передачи устройства уменьшается - то это компрессор или его разновидности. Если же при увеличении входного сигнала коэффициент передачи устройства также увеличивается — то это экспандер или гейт.

Все устройства динамической обработки сигналов относятся к одному из этих двух классов.

Компрессор. Название прибора происходит от английского глагола «to compress» - сжимать. Это устройство для сжатия динамического диапазона исходного звукового сигнала. Компрессоры характеризуются амплитудными и временными характеристиками. Амплитудными характеристиками являются: степень компрессии и порог срабатывания. Эти характеристики отражены на амплитудной характеристике компрессора, показанной на рис. 8.1.

Из графика видно, что выходной сигнал равен входному до точки срабатывания (начала работы) компрессора - порог срабатывания (Threshold)*. Начиная с этой точки, выходной сигнал компрессора увеличивается в меньшей степени, чем входной, т.е. осуществляется компрессия. Мерой компрессии служит степень компрессии (Ratio).

Степень компрессии — это отношение величины приращения входного сигнала к величине вызванного им приращения выходного сигнала. При этом — измеряемые величины выражаются в децибелах  

Заметим, что в отечественной технической литературе компрессором называют устройство, которое производит сжатие во всем диапазоне входных сигналов. Если же компрессор производит сжатие после какого-то порога, то такие устройства у нас называют ограничителями максимальных уровней.

Динамические (временные) характеристики компрессоров определяются временем срабатывания (Attack) и временем восстановления (Release).

Время срабатывания t_cp— это промежуток времени между моментом, когда от источника подается скачок сигнала с уровнем на 6 дБ выше исходного, и моментом, когда выходной уровень достигает значения на 2 дБ выше установившегося значения выходного сигнала (рис.8.2).

Время восстановления t_B- это промежуток между моментом, когда уровень сигнала источника уменьшается на 6 дБ от исходного, и моментом, когда выходной уровень достигает значения на 2 дБ ниже его установившегося значения.

Естественно, что для ограничителей максимальных уровней описываемые процессы происходят в области уровней входного сигнала, лежащих выше порога срабатывания.

Любой компрессор, как, впрочем, и любое устройство динамической обработки вообще, содержит основной канал и канал управления (рис. 8.3).

В состав основного тракта входят обычно необходимые усилители и элемент, изменяющий коэффициент усиления звукового сигнала - управляемый усилитель УУ. Основными элементами канала управления являются детектор Д и инерционная цепь ИЦ. На рис. 8.3 показано, в каких каскадах осуществляется изменение характеристик компрессора.

В некоторых моделях компрессоров предусматриваются гнезда Side Chain — для включения в цепь, перед детектором, дополнительного эквалайзера. Этим обеспечиваются более широкие функциональные возможности для обработки исходных сигналов, становится возможной частотно-зависимая динамическая обработка, например, де-эссер, или хотя бы его имитация.

Если отвлечься от конструктивных особенностей, то по характеру реакции на входной сигнал все компрессоры можно разделить на две большие группы: приборы с ручным управлением параметрами компрессии, и автоматизированные - с той или иной степенью автоматического управления этими параметрами.

В «ручных» все динамические параметры задаются пользователем, что обеспечивает очень большую свободу в выборе, для получения необходимых художественных результатов. Ведь не секрет, что компрессором можно изменить исходное звучание до полной неузнаваемости. «Ручной» компрессор как раз и служит для специального изменения характера исходного звучания. В зарубежной литературе этот тип компрессоров часто называется creative - «творческий».

Пользователю для работы с ними необходима достаточно высокая квалификация, так как вместо улучшения звука его можно непоправимо испортить.

Перекомпрессированный сигнал исправить в дальнейшем невозможно!

В автоматизированных компрессорах динамические параметры раз и навсегда установлены изготовителем, и их изменение пользователем невозможно. Некоторые известные производители, выпускающие действительно добротную продукцию, в ряде моделей предлагают несколько алгоритмов автоматизации для различных вариантов обработки.

Как правило, большинство автоматизированных компрессоров существенно не изменяют динамические параметры звука, а только выравнивают исходное звучание, делают его более плотным и насыщенным.

Автоматизированные компрессоры, в свою очередь, можно разделить также на два больших класса — RMS*, и, условно говоря, «не—RMS».

«He-RMS» — это компрессоры, имеющие обычный детектор (иногда называемый пиковым), и один или несколько наборов заводских предустановок различных сочетаний времен срабатывания и восстановления. Как правило, один вариант предустановок компрессора предназначен для обработки какого-то одного типа сигналов, и только в этом случае работа такого компрессора будет действительно хорошей. Связано это с тем, что все сигналы имеют сильно различающиеся динамические параметры, причем эти параметры для различных звучаний могут отличаться в сотни и даже тысячи раз. Очевидно, что сочетание параметров, оптимальное для одного звучания, для другого, скорее всего, будет малопригодно.

Несколько особняком стоит RMS-компрессор - до недавнего времени экзотический тип компрессора для большинства наших звукорежиссеров. В последние годы все больше фирм приступает к их выпуску, что объясняется все большей популярностью этих компрессоров, как при звукозаписи, так и в «живой» концертной работе.

Этот тип компрессора должен реагировать на среднеквадратическое (эффективное) значение сигнала. Иначе говоря, RMS-компрессор реагирует непосредственно на мощность звукового сигнала, а не на его мгновенные значения, как обычный компрессор. Это, однако, вовсе не означает, что, взяв обычный компрессор и установив регуляторы Attack и Release на максимум, Вы получите RMS-компрессор. Временные параметры в настоящем RMS-компрессоре не являются чем-то раз и навсегда заданным, а сложным образом изменяются в зависимости от частоты, уровня и его спектра входного сигнала. Это обеспечивает отсутствие «механистичности» в работе компрессора и очень малую заметность вмешательства компрессора в обрабатываемый сигнал. RMS-компрессор практически не изменяет динамику исходного музыкального сигнала, а только его как бы «подравнивает», уплотняет.

В отдельных моделях компрессоров имеются и некоторые дополнительные устройства, улучшающие их функциональные возможности. Например, для уменьшения заметности момента включения многие компрессоры имеют так называемый Soft Threshold («Мягкий порог»), обеспечивающий плавное вхождение в режим компрессии. На рис.8.4 изображены амплитудные характеристики для двух компрессоров - обычного (ломаная линия 1) и компрессора с «мягким порогом» (кривая 2).

Как видно из рисунка, во втором случае по мере возрастания входного сигнала степень компрессии увеличивается плавно, а не включается скачкообразно, как в обычном компрессоре. Так удается существенно ослабить заметность начала компрессии, сделать этот момент практически неслышным.

Общеизвестно свойство компрессии, особенно быстрой (при малых временах срабатывания и восстановления), как бы «съедать» высокие частоты в обрабатываемом сигнале. Для устранения этого явления в некоторых компрессорах применяются различного рода специальные устройства, позволяющие в ряде случаев нейтрализовать этот нежелательный эффект. Обычно в таких устройствах сигнал разделяется на две полосы, и, в то время как основной сигнал компрессируется, его высокочастотная составляющая передается на выход либо неизменной, либо наоборот, усиленной, пропорционально ослаблению уровня основного сигнала. В выходном усилителе обе эти составляющие суммируются, и эффект «съедания высоких частот» таким образом, существенно ослабляется.

Лимитер. В принципе, это не какой-то отдельный вид компрессоров, а всего лишь один из частных случаев работы компрессора. Лимитирование отличается от компрессирования, прежде всего степенью компрессии. Для лимитирования достаточно перевести этот регулятор в положение Ratio = ∞, при этом независимо от приращения входного сигнала уровень сигнала на его выходе увеличиваться не будет. (Естественно, что речь идет о сигналах, лежащих выше порога срабатывания) Необходимо, однако, учитывать, что основное назначение лимитера — защита последующих узлов тракта от перегрузок. Любых, даже самых малых. Помните, в начале главы мы говорили о том, что звукорежиссер не успевает среагировать на быстрые изменения сигналов? При этом лимитер должен на 100% не допускать превышения установленного выходного уровня, но абсолютно не трогать сигналы, лежащие ниже порога срабатывания. Отсюда следует вывод, что компрессоры с «мягким» режимом принципиально непригодны для этих целей.

Причина кроется в том, что лимитер, помимо большего Ratio, имеет и принципиально иные динамические характеристики. Он должен очень быстро (в идеале — мгновенно) устранить сигнал перегрузки, и столь же быстро вернуться к исходному состоянию. Однако при этом он фактически превращается в знакомый всем связистам ограничитель мгновенного действия (рис.8,5).

Основным недостатком пикосрезателя являются недопустимые нелинейные искажения. Так, например, при ограничении на 10 дБ Кг = 30%. По этой причине пикосрезатели используются лишь для ограничения кратковременных (до 2 мс) пиков срабатывания и устанавливаются после инерционных ограничителей.

Левеллер. Это — еще одна разновидность RMS-компрессора. Основное его отличие от обычного RMS - это гораздо большие постоянные времени детектора: до 10 секунд в некоторых моделях. Кроме того, они имеют несколько другую амплитудную характеристику.

На рис. 8.6 изображено семейство амплитудных характеристик левеллера при различных степенях сжатия. Независимо от Ratio сигнал с входным уровнем 0 дБ на выходе имеет такой же уровень, а сигналы с иными уровнями как бы подтягиваются к нему: более сильные ослабляются, более слабые - усиливаются. Причем, чем большее Ratio установлено, тем сильнее сигналы «прижимаются» к уровню 0 дБ (уровень 0 дБ здесь приведен только для примера). В реальных устройствах имеется регулятор, с помощью которого устанавливается уровень, к которому должны «подтягиваться» сигналы.

Устройства с подобными амплитудными характеристиками в отечественной технической литературе называются просто компрессорами.

Де-эссер, де-поппер. Это варианты частотно-зависимого компрессора, а точнее — полосового компрессора. Оба эти устройства обрабатывают только узкую полосу мешающего сигнала, не затрагивая всего остального. Отличие де-эссера и де-поппера в том, что де-эссер работает на высокочастотных сигналах, убирая «цыканье» и шепелявость. Де-поппер - наоборот, работает в низкочастотной области спектра, убирая бубнение. В остальном же они принципиальных отличий не имеют. Главное отличие этих приборов от остальных устройств динамической обработки заключается в том, что порог срабатывания в них не фиксированный, а «плавающий» (ручкой управления threshold). Он определяется разностью уровней обрабатываемой части спектра, с одной стороны, и всего остального — с другой стороны. Такое построение обеспечивает нормальное их функционирование, независимо от абсолютных уровней входных сигналов. Де-эссер постоянно анализирует спектр входного сигнала, и, если «видит», что уровень сигнала в установленной полосе превышает допустимое соотношение его и «всего остального», то он уменьшает уровень сигналов в этой полосе до допустимой или установленной пользователем величины.

Ранее мы отмечали, что в некоторых моделях компрессоров предусматриваются гнезда Side Chain - для включения в цепь, перед детектором, дополнительного эквалайзера. Этот режим так же называют де-эссером. Однако обычный компрессор в режиме де-эссера, с эквалайзером в цепи управления, обрабатывает всю полосу частот входного сигнала. Он просто более «чуток» к выделенной области спектра.

Экспандер и гейт. Экспандер - это «компрессор наоборот» (от английского «to expand» - расширять, растягивать). У него, как уже отмечалось, коэффициент передачи пропорционален уровню входного сигнала, т.е. чем громче входной сигнал, тем громче выходной.

Существуют две основных разновидности экспандера - «экспандер вверх» (upward expander) и «экспандер вниз» (downward expander). Отличаются они по характеру реагирования на входной сигнал. «Экспандер вверх» обрабатывает сигналы, лежащие только выше порога его срабатывания, делая громкие еще более громкими. Тихие же сигналы, ниже порога срабатывания, он не трогает. В звукорежиссерской практике этот режим практически не используется, хотя про него часто говорят: «Хороший прибор, позволяет восстановить исходную динамику чрезмерно сильно зажатого компрессорами сигнала».

Имеется две причины, почему этот тип экспандера мало используется. Во-первых, пережатый до «квадратного» состояния сигнал не восстановить ничем! А во-вторых, как и компрессор, экспандер имеет время срабатывания, и время восстановления. Предположим, необходимо обработать суммарную фонограмму с записью самых разных инструментов. Чтобы обработанный «экспандером вверх» сигнал барабана не потерял свою исходную динамику, необходимо установить очень малое время срабатывания. Но при этом — сигналы инструментов с малым временем звуковой атаки (орган, струнные) приобретут, благодаря действию экспандера, будут нарастать неестественно быстро, иначе говоря, начнут «щелкать» в момент срабатывания экспандера. Эти щелчки крайне неприятны на слух, не маскируются сигналом и практически полностью исключают возможность применения «экспандера вверх» в звукотехнике.

«Экспандер вниз», напротив, не «трогает» сигналы выше порога срабатывания, а только делает тише сигналы, лежащие ниже этого порога. По характеру своего действия на сигнал это устройство схоже с гейтом, и, как правило, применяется для аналогичных целей; для подавления слабых мешающих сигналов. В этом качестве «экспандер вниз» входит составной частью практически во все шумоподавители (денойзеры).

Органы управления у экспандеров аналогичны компрессору. Это - регулятор порога срабатывания и регулятор степени расширения. Последний имеет маркировку, обратную компрессорной, т.е. он показывает, на сколько децибел изменится выходной сигнал при изменении входного сигнала на 1 дБ. Но, если в компрессоре R=5:l означает, что при изменении уровня входного сигнала на 5 дБ выходной сигнал изменится на 1 дБ, то в экспандере R=l :5 показывает, что при изменении входного сигнала на 1 дБ уровень выходного сигнала изменится на 5 дБ.

Гейт (от английского gate — клапан, ворота) — один из самых распространенных приборов динамической обработки. Функция Gate — полная противоположность сжатию и ограничению. Основное, изначальное назначение гейта -отсечка сигналов малого уровня, для которых он и является своеобразным клапаном, не пропуская их на выход. Таким образом, гейт это пороговое устройство, отсекающее слабые сигналы, уровень которых находится ниже некоторого заданного порога.

Многие годы основным назначением гейта являлось устранение шумов в

паузах. Однако, в последние годы, многие звукорежиссеры нашли гейту другое применение и стали использовать его для создания различных специальных эффектов. По своей работе гейт, предназначенный для создания спецэффектов, аналогичен формирователю огибающей в синтезаторах звука. Это такой же многоступенчатый формирователь огибающей в сочетании с управляемым усилителем. Только запускается он не от нажатия клавиши, а при превышении входным сигналом порога срабатывания гейта.

Большинство гейтов имеют относительно несложный трёхступенчатый формирователь огибающей, состоящий из трех частей - нарастания (attack), удержания (hold), и плавного затухания (release) (рис.8.7).

На рис. 8.7 изображены три сигнала — входной (верхняя сигналограмма), сформированная генератором гейта огибающая (в середине) и результирующий выходной сигнал (внизу).

В момент превышения входным сигналом порога срабатывания запускается специальный триггер, который, в свою очередь, запускает формирователь огибающей гейта, и тот начинает последовательно вырабатывать три составных части управляющего напряжения. В первый момент после запуска формируется attack, затем сохраняется достигнутое состояние — до момента, когда входной сигнал станет меньше порога срабатывания. После того, как входной сигнал станет меньше порога срабатывания, триггер изменяет свое состояние, и начинают формироваться следующие две части огибающей. Под действием этого напряжения управляемый усилитель изменяет свой коэффициент усиления и получается результирующий (обработанный гейтом) выходной сигнал.

Естественно, что динамика обработанного гейтом сигнала будет отличаться от исходной. Сигналы, лежащие ниже порога срабатывания, будут подавлены. Сигналы же выше порога будут зависеть от соотношения их исходной скорости и времени открывания гейта, т.е. результирующая сигналограмма может быть как более резкая, так и более плавная. Аналогично — и с процессом затухания сигнала.

Для облегчения понимания сходства и различия функционирования всех устройств динамической обработки на рис.8.8 на одном графике в совмещенном виде показаны амплитудные динамические характеристики всех рассмотренных устройств.                              

Экспандирование «вверх»

8.2. Частотная обработка звуковых сигналов

8.2.1. Назначение и основные типы устройств частотной обработки

Для изменения спектра звуковых сигналов путем регулирования АЧХ трактов используют различные устройства, создающие спады или подъемы АЧХ в области нижних и верхних частот или в ограниченных участках на средних частотах. К числу этих устройств относятся:

■   регуляторы плавного подъема и спада АЧХ на нижних и верхних частотах;

■   фильтры, резко ограничивающие полосу пропускания по нижним и верхним частотам (так называемые, обрезные фильтры);

■    фильтры «присутствия» (презенс - фильтры);

■   многополосные регуляторы АЧХ, называемые эквалайзерами (от англ. слова equaliser - корректор, выравниватель).

Основными целями регулирования спектра являются:

■   придание большей выразительности звучанию певческих голосов и музыкальных инструментов;

■   уменьшение заметности некоторых недостатков речи (неприятного тембра, шепелявости; посвистывания);

■   создание некоторого подобия певческой форманты;

■   создание различных; звуковых эффектов, например имитации звучания речи по телефону, по радио, через рупор;

■   имитация акустической обстановки передаваемых сцен;  

■   получение новых, необычных тембров;

■   исправление нарушений частотного баланса, возникающего при воспроизведении сигналов с повышенной или пониженной по сравнению с исходной громкостью;

■   подчёркивание характерной особенности звучания инструментов и их выделение на фоне массированной оркестровки;

■   ослабление влияния помех (шумов) при реставрации старых фонограмм, записанных механическим, оптическим или магнитным способом, и при записи в неудовлетворительных акустических условиях.

Регуляторы АЧХ иногда называют частотными корректорами. Но для исправления АЧХ они используются очень редко. Амплитудно-частотные характеристики звукорежиссерских пультов, профессиональных микрофонов и магнитофонов столь хороши, что не нуждаются в корректировании. Чаще всего перечисленные устройства используют для сознательного отклонения АЧХ от горизонтальной прямой и лишь в редких случаях действительно для исправления амплитудно-частотных искажений, возникающих из-за необычных условий приема звуков музыки и речи в акустически неприспособленных помещениях, неоптимальном расстоянии микрофона от источника звука, при использовании миниатюрного (петличного ) микрофона, помещенного под одеждой, для подавления ярко выраженных резонансов помещений (особенно небольших).

Заметим, что отечественные термины и их английские эквиваленты не всегда совпадают. Чтобы избежать подобных неудобств, приведем перечень совпадающих терминов:

■    ФНЧ = Low-pass = High-cut (низкие пропускаются, высокие обрезаются);

■    ФВЧ = High-pass = Low-cut (высокие пропускаются, низкие обрезаются). Иногда вместо полных слов Low или High могут быть их сокращенные

формы, Lo и Hi соответственно. В англоязычной литературе допускается использовать то обозначение фильтра, которое более наглядно выявляет его основную функцию в данном месте тракта. Очевидно, что если на лицевой панели какого-либо прибора будет написано High-cut, то сразу понятно, что это обрезка полосы сигнала со стороны ВЧ.

8.2.2. Фильтры плавного подъема и спада АЧХ

Фильтры плавного подъема и спада АЧХ позволяют звукорежиссеру изменять в широких пределах спектральные характеристики отдельных источников в области нижних и верхних частот звукового диапазона (рис.8.9).

Подъемы и спады АЧХ осуществляются обычно в пределах ±(15-5-24) дБ плавно или ступенями по Зн-6 дБ; частоты среза ФВЧ - 60, 120, 250 Гц, ФНЧ -12, 10, 8, 5, 3 кГц, крутизна спада - не менее 12 дБ/окт. Указанные пределы регулирования позволяют получить естественное звучание при акустических дефектах студии, несовершенстве микрофонов или неудачном их расположении.

С помощью таких фильтров можно подчеркнуть характерные оттенки исполнителей, изменить в значительной степени характер звучания, чтобы придать ему новизну и оригинальность. Субъективно применение любого фильтра воспринимается как изменение тембра первичного сигнала.

8.2.3. Фильтры среза (обрезные фильтры)

С помощью фильтров среза (рис.8.10)  можно создавать такие звуковые эффекты, как:

■   «разговор по телефону»;

■   «передача по радио»; и др.

Чаще всего эти фильтры используют:

■   для ослабления низкочастотного фона (от освещения, блоков питания);

■   для ослабления высокочастотного шума магнитной ленты;

■   для ослабления НЧ и ВЧ помех при студийных записях и реставрации старых фонограмм.

8.2.4. Фильтры присутствия («презенс»-фильтры)

Фильтры присутствия обеспечивают эффект кажущегося присутствия слушателей около исполнителя или исполнителя около слушателя. Эти фильтры позволяют подчеркнуть область средних частот, где расположены певческие и инструментальные форманты, что делает звучание певцов-солистов или отдельных инструментов более сочным и ярким, как бы выделенным из общей звуковой картины и приближенной к слушателю.

Фильтры присутствия позволяют выделять относительно узкие участки спектра в диапазоне частот 700...4000 Гц. (рис. 8.11).

Резонансная частота фильтров выбирается с помощью переключателя. Чаще всего в качестве резонансных выбираются частоты: 0,7; 1,4; 2,0; 2,8 и 4 кГц, причем высоту подъема изменяют ступенями обычно через 2 дБ от 0 до 10 дБ.

Для подчеркивания сигнала солиста наиболее часто выделяют область частот около 2,8 кГц, так как тембральная  яркость голоса определяется певческой формантой в области частот 2,8...3,2 кГц (форманта - максимальное значение спектрального распределения энергии звука).

8.2.5. Эквалайзеры

Эквалайзеры, с которыми можно встретиться на практике, отличаются большим разнообразием — от простейших НЧ- и ВЧ-регуляторов до сложнейших параметрических устройств. Причем все эти типы эквалайзеров могут быть изготовлены по двум различающимся между собой принципам построения: по последовательной или параллельной схеме.

В последовательной схеме (рис. 8.12, а) — весь сигнал проходит все элементы и узлы схемы, независимо от того, будет ли данная часть спектра сигнала изменяться в этом каскаде или нет.

В параллельной схеме (рис.8.12, б) - входной сигнал разделяется набором параллельно включенных фильтров на ряд частотных полос, выходные сигналы которых затем складываются со всем входным сигналом или вычитаются из него.

Исторически первыми появились именно простейшие НЧ- и ВЧ- регуляторы последовательного типа, причем самые первые их образцы могли осуществлять лишь ослабление («завал») АЧХ и только на краях звукового диапазона. Более совершенные модели, появившиеся впоследствии, (схема Баха и др.) позволяли обеспечить также и подъем АЧХ. Пройдя достаточно длинный эволюционный путь, схемы этих НЧ и ВЧ-регуляторов приобрели вид, показанный на рис.8.18.

По приведенной схеме выполнены практически все современные НЧ- и ВЧ-регуляторы, которые в описаниях не совсем верно названы «регуляторами типа shelf» (от английского shelf - полка). Резистором R1 регулируется АЧХ в области высоких частот, а резистором R2 в области низких частот. Регуляторы этого типа не имеют явно выраженной частоты настройки, и их АЧХ имеет максимальную глубину регулирования на краях звукового диапазона и плавно уменьшается к его середине.

Так как оба регулятора имеют общий вход и собраны на одном же активном элементе — операционном усилителе, то очевидно, что они неизбежно оказывают влияние друг на друга. Но в силу того, что работают они на противоположных краях спектра, это взаимовлияние сравнительно невелико. Сказывается оно только в средней части звукового диапазона, и в нормально спроектированных темброблоках, как правило, не превышает величины в 1.. .2 дБ на частоте 1 кГц.

По мере развития радиоэлектроники вообще и звукотехники, в частности, стали создаваться и все более сложные регуляторы тембра. Сначала, в дополнение к рассмотренным широкополосным НЧ- и ВЧ-регуляторам появились регуляторы, обеспечивающие возможность регулирования тембра на нескольких фиксированных частотах. Они, как правило, были собраны на LC-контурах, и в силу этого были громоздки и дороги, и только немногие могли позволить себе такую технику.

Положение самым радикальным образом изменилось с широким распространением транзисторов и микросхем. Развитие схемотехники позволило создать электронные аналоги катушек индуктивности с электронным управлением величиной индуктивности. Широкое применение нашли всем известные графические и параметрические эквалайзеры и их разновидности, в том числе упрощенные: полупараметрические, фильтры присутствия, и пр.

Графический эквалайзер — это многодиапазонный корректор АЧХ электрических звуковых сигналов. Границы полного диапазона частот, в котором осуществляется коррекция АЧХ, определяются диапазоном частот, воспринимаемым слухом человека. Нижней границей этого диапазона являются звуковые колебания с частотой около 20 Гц, а верхней - около 20 кГц. Органы управления выполняются в виде движковых регуляторов, благодаря чему положение их ручек как бы отображает АЧХ устройства в графическом виде, откуда и произошло само это название. Частоты, на которых осуществляется регулирование в графических эквалайзерах, унифицированы, и выбираются из ряда стандартных частот, которые перекрывают весь звуковой диапазон, и отстоят друг от друга на некоторый постоянный интервал. Этот интервал может составлять октаву, ее половину, или треть, т.е.   средние частоты соседних по

частоте фильтров будут различаться в 2, и раз.

По рекомендации Международной организации по стандартизации (ISO) установлены следующие среднегеометрические частоты фильтров:

■    октавных: 16; 31,5; 125; 250; 500 Гц; 1; 2; 4; 8; 16 кГц;

■    полуоктавных: 16; 22,4; 31,5; 45; 63; 90; 125; 180; 250; 355; 500; 710 Гц; 1; 1,41; 2; 2,8; 4; 5,6; 8; 11,2; 16 кГц;

■    третьоктавных: 16; 20; 25; 31,5; 40; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315;

400; 500; 630; 800 Гц; 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16 кГц.

Наибольшие возможности, естественно, имеют третьоктавные графические эквалайзеры, которые в силу этого и получили наибольшее распространение. Они могут быть выполнены как по параллельной, так и по последовательной схеме, однако последний вид наиболее распространенный.

Число полос регулирования может составлять от 27 в недорогих моделях до 31 в профессиональных. Полный диапазон регулировки эквалайзера в разных моделях может составлять +12 дБ или ± 15 дБ. Как правило, эквалайзеры имеют специальный переключатель, с помощью которого диапазон регулировки сокращается до +6 дБ, что делает настройку эквалайзера более точной и удобной при настройке звучания тракта системы звукоусиления.

На рис. 8.14 показана АЧХ октавного эквалайзера, а на рис. 8.15 его лицевая панель.

Здесь необходимо сделать небольшое пояснение. Ни для кого не секрет, что графические эквалайзеры разных фирм «звучат» по-разному. А если учесть, что построены они по одному принципу, идентичным структурным схемам, и почти идентичным принципиальным, то невольно возникает вопрос, почему же это происходит,

Как уже говорилось, в графических эквалайзерах применяются не сами катушки индуктивности, а их электронные аналоги. Очевидно, что эти аналоги можно создавать схемотехнически различным образом. Известно, что «нормальный» колебательный контур имеет АЧХ, симметричную относительно его резонансной частоты. В дешёвых моделях АЧХ эквалайзера в области верхних частот не симметрична, имея более вытянутый «хвост» в сторону нижних частот. За счёт этого происходит незапланированное изменение спектра не только в соседних полосах, но и в более удалённых. От этого дефекта свободны дорогие модели, например, эквалайзеры известной фирмы Klark Teknik, которые давно уже стали своеобразным стандартом во всех студиях мира.

В параметрическом эквалайзере для каждой полосы осуществляется независимая друг от друга установка всех параметров (отсюда и название «параметрический»): центральной частоты регулирования, ширины полосы регулирования Width, или обратной ей величины — добротности Q и величины подъема/завала АЧХ. Иногда эти эквалайзеры еще называются эквалайзерами типа bell, это название соответствует виду АЧХ. Для регулятора типа bell (от английского bell колокол) АЧХ имеет действительно колоколообразную форму с максимальной глубиной регулирования на основной частоте его настройки, и плавно уменьшающейся по мере удаления от нее.

Параметрические эквалайзеры должны, таким образом, иметь для каждой полосы регулирования по три органа управления, по числу устанавливаемых параметров. Причем диапазоны изменения параметров могут иногда достигать весьма значительных величин. Так, например, если глубина регулирования тембра эквалайзером составляет обычно порядка 15...20 дБ, то частота настройки может изменяться уже в сто и более раз, а добротность в отдельных эквалайзерах может изменяться и в тысячу раз.

Иногда в некоторых моделях звуковой аппаратуры, например, в недорогих микшерных пультах, устанавливается вариант такого эквалайзера с урезанными возможностями так называемый «полупараметрический» эквалайзер. Отличается он от обычного тем, что не предоставляет возможностей для изменения добротности эквалайзера, т.е. ширины полосы фильтра. Только, если в имеющемся у вас эквалайзере на каждую полосу регулирования приходится по три ручки управления, то у вас настоящий параметрический эквалайзер. Если же число органов управления меньше трех, то это все же полупараметрический эквалайзер, что бы ни писал при этом сам изготовитель.

В некоторых дорогих моделях эквалайзеров иногда применяются некоторые дополнительные «маленькие хитрости», облегчающие и упрощающие работу с ними. Наиболее часто встречается применение так называемого «принципа пропорционального Q». Под этим принципом понимается, что площадь под АЧХ фильтра (и тем самым, энергия сигнала) всегда остаётся постоянной. Поэтому, регулируя АЧХ, звукорежиссёр не беспокоится об изменении громкости.

Бывают и другие отступления от канонической конструкции. Одной из фирм был разработан эквалайзер, у которого глубина регулировки АЧХ на крайних частотах звукового диапазона увеличивается, компенсируя этим снижение чувствительности нашего слуха на указанных частотах. По опубликованным отзывам, это повысило удобство работы с эквалайзером.

Если имеющийся у вас параметрический эквалайзер многополосный, то, как правило, на крайних НЧ- и ВЧ-регуляторах имеется возможность переключения их характеристик регулирования в режимы Bell или Shelf. Вот именно этот режим Shelf, встроенный в параметрический эквалайзер, и есть «истинный» режим Shelf. Разницу в этих режимах поясняет рис.8.18. На рисунке приведены по две кривые для разных режимов.

Из рисунка видно, что в регуляторе типа Bell величина подъема АЧХ постоянно возрастает, тогда как для режима Shelf подъём (или спад) возрастает только до установленной вами величины, и при дальнейшем увеличении частоты входного сигнала не изменяется, и АЧХ образует как - бы своеобразную «полку». С практической точки зрения это означает, во-первых, что регулятор типа Shelf в параметрическом эквалайзере позволяет более избирательно осуществлять регулирование на краях звукового частотного диапазона, в меньшей степени затрагивая сигналы, лежащие в его середине. Во-вторых, вследствие повышенной избирательности этого типа эквалайзеров, появляется возможность добиться большей величины регулирования подъема и завала АЧХ на краях диапазона, вплоть до 36 дБ.

Особняком стоит тип эквалайзеров, называемых параграфическими. По своей сути это гибрид из ПАРАметрического и ГРАФического эквалайзеров, отчего и произошло это необычное название. Параграфический эквалайзер — это фактически многополосный параметрический, но имеющий конструктивное исполнение регуляторов подъема/спада АЧХ как у графического, с потенциометрами в виде движков (слайдеров). У большинства параграфических эквалайзеров, однако, отсутствует возможность переключения типа Bell/Shelf в отличие от параметрических. Но благодаря своим огромным возможностям, они позволяют получать практически любые виды АЧХ. Из-за своей сложности они весьма дороги, и в силу этого имеют относительно небольшое распространение.

Как уже говорилось, подавляющее большинство описанных выше эквалайзеров сконструировано по последовательному принципу построения. Полагаю, что у читателей возник вопрос, а в чем для практикующего звукорежиссера разница между последовательным и параллельным принципами? Основная, с этой точки зрения, разница заключается в том, что эквалайзер, созданный по последовательному принципу, имеет симметричную АЧХ на перемещение регулятора подъема/завала (рис. 8.17, а).

Иными словами, АЧХ регулятора, установленного на +6 дБ, зеркально симметрична характеристике ослабления на -6 дБ относительно уровня в 0 дБ. То есть, если вы на двух последовательно включенных однотипных эквалайзерах установите на одном из них +6 дБ, а на другом - 6дБ, то при идентичности остальных параметров суммарная АЧХ будет линейной. В случае же с «параллельными» эквалайзерами этого получить не удастся. Дело в том, что в таких эквалайзерах прямой сигнал суммируется с сигналом, прошедшим сквозь полосовой фильтр (рис.8.12, б). А что произойдет, если сложить или вычесть два сигнала с одинаковыми уровнями? Правильно, в первом случае сигнал просто возрастет вдвое, то есть на 6 дБ, а вот во втором случае уменьшится до нуля, т.е. затухание составит «минус бесконечность».

Кроме этого очевидного факта есть и другое различие. Из-за принципиально неизбежных фазовых сдвигов в цепях фильтрации сигналы после них по-разному суммируются с прямым сигналом и вычитаются из него. В силу этого полоса частот, захватываемых регуляторами этого типа эквалайзеров, будет различна для регулировок «в плюс» и «в минус». Причем для случая подъема АЧХ полоса частот буде шире (т.е. добротность эквалайзера меньше), чем для завала (рис.8.17, б).

Однако в действительности это скорее преимущество, чем недостаток. В самом деле, ведь на практике относительно редко возникает необходимость поднять очень узкий участок спектра, в то время как ослаблять обычно приходится небольшие части звукового диапазона. Однако необходимость постоянно помнить о несимметричности АЧХ и связанные с этим неудобства существенно ограничивают сферу применения этого типа эквалайзеров. А ведь в силу особенностей схемотехники в таких эквалайзерах может быть получен звук существенно более высокого качества, чем в последовательных. Ведь в них прямой сигнал проходит только один каскад - сумматор, благодаря чему подвергается искажениям в меньшей степени, чем в обычных параметрических, где он вынужден проходить через абсолютно все цепи и каскады, имеющиеся в схеме.

Справедливости ради отметим, что после выхода в свет первого такого эквалайзера, созданного известной фирмой Valley People, постепенно они все же завоевывают рынок и свое место под солнцем, и после довольно долгого периода забвения их вновь начинают выпускать многие фирмы. Отличить их от обычных довольно просто даже по внешнему виду: если у крайнего левого положения регулятора подъема/завала АЧХ находится не цифра, обозначающая столько-то децибел, а значок «минус бесконечность децибел», то перед вами эквалайзер параллельного типа.

8.3. Устройства пространственной обработки

В данном разделе рассмотрим устройства для создания искусственной реверберации. В своем развитии системы искусственной реверберации прошли длинный и непростой путь. Исторически первыми искусственными ревербераторами, были появившиеся в 30 годы эхо-камеры. Эхо-камера — помещение с хорошо отражающими звук преградами. Линейные размеры — несколько метров, объем - от 120 до 300 м³. При меньшем объеме становится заметной дискретность спектра собственных (резонансных) частот камеры на нижних частотах. Чтобы ослабить влияние собственных (резонансных) частот и стоячих волн на процесс реверберации, стены, пол и потолок камеры строят непараллельными. Воздушный объем камеры возбуждают громкоговорителем, на который подают исходный сигнал (рис. 8.18).

Микрофон устанавливают так, чтобы он по возможности принимал только многократно отраженные сигналы. Меняя соотношение уровней исходного и реверберирующего сигналов, добиваются желаемой эффективной (эквивалентной) реверберации. Наибольшее время реверберации достигает 5...7 с.

Из всех аналоговых устройств искусственной реверберации реверберационная камера создает наиболее естественное звучание, так как в ней не имитируется, а реально осуществляется реверберационный процесс. Недостатки реверберациионной камеры - громоздкость, большая стоимость и невозможность изменения параметров.

В попытках преодолеть эти трудности была создана первая электронная, а точнее - электронно-механическая система, пружинный ревербератор (Spring reverb). В пружинном ревербераторе задержка сигнала происходит в стальной проволоке, с одним из концов которой скреплен датчик, возбудитель крутильных колебаний, а с другим - приемник преобразователь механических колебаний в электрические. Для уменьшения размеров проволока свита в спираль (пружину). Его параметры сравнительно легко изменять, размеры ревербератора не соизмеримы с эхо-камерой, и эти ревербераторы в свое время имели огромное распространение. Однако создаваемый ими звук сильно уступал по качеству реальному. Ведь в пространстве помещения звук распространяется по трем осям - длине, ширине, высоте, а в пружине - только по длине. Вследствие этого реверберирующий отзвук был одномерным, т.е. более «тонким», «жидким», с заметной тоновой окраской.

Во втором поколении искусственных ревербераторов - листовом ревербераторе (Plate reverb) этот недостаток был в значительной мере преодолен путем замены пружины металлическим листом. При этом колебания в листе распространялись уже по двум осям - длине и ширине. Это, конечно, еще не три, как в реальном помещении, но все же прогресс был значителен. Создаваемый этими ревербераторами звук был настолько хорош, что они практически завоевали весь «звуковой мир», и во многих местах прекрасно работают и поныне. К сожалению, листовые ревербераторы имеют два принципиально неустранимых недостатка. Это весьма высокая чувствительность к акустическим помехам и большие размеры, ведь стандартный размер применяемого в них стального листа составляет 1x2 м.

Первые чисто электронные ревербераторы использовали тракт записивоспроизведения магнитофонов со сквозным каналом. Сигнал, снятый с выхода усилителя воспроизведения, подавался назад, на вход усилителя записи. Регулируя его уровень, можно было менять время затухания получаемого отзвука, т.е. как бы время реверберации. Конечно, в системах с одной головкой воспроизведения получалась не настоящая реверберация, а просто ряд затухающих повторений исходного сигнала, т.е. обычное эхо. Так как довольно долгое время этот вид «ревербераторов» имел наиболее широкое распространение, то создаваемый ими эффект многие и называли, и продолжают называть «реверберацией». На самом деле — это устройство для создания эхо, или как принято его называть «дилэй» (от английского Delay - задержка).

Из предыдущего мы уже знаем, что реверберация — это слитное послезвучание, в котором невозможно различить отдельные повторы. Если же четко слышен ряд отдельных повторов исходного сигнала - тогда это дилэй. Вместо «длинного» слова «реверберация» иногда её называют по-простому «холл». Это уже совсем не правильно, так как холл — это всего лишь один из режимов работы современных цифровых ревербераторов. Ни о какой диффузности сигнала, присущей настоящей реверберации в простейших одноголовочных устройствах речи быть не могло. Кстати сказать, в англоязычной литературе этот класс устройств имел совсем другое, более правильное название — Echo Machine, (машина для создания эхо).

Однако постепенно число головок воспроизведения увеличивалось, усложнялись алгоритмы создания обратной связи, и некоторые модели таких ревербераторов имели весьма хорошее по те временам звучание. Но прогресс в развитии микроэлектроники привел к «естественной смерти» этого класса устройств, и к полной замене их цифровыми устройствами, которые с полным правом можно уже назвать ревербераторами.

По своей сути цифровые ревербераторы являются просто твердотельными аналогами магнитофонных ревербераторов, только значительно более сложными. Для того чтобы проще было понять процесс их работы, рассмотрим упрощенную структуру магнитофонного ревербератора (рис. 8.19).

Сигнал с входа подается на головку записи 1, записывается на ленту, и затем воспроизводится с нее головками 2 и 8. Сигналы с головок 2 смешиваются в нужной пропорции в микшере, и через регулятор тембра в цепи обратной связи (позволяющий изменять частотную характеристику получаемой реверберации) подаются снова на запись. Этим создается основной реверберационный «хвост». Сигналы с головок 3 также смешиваются в выходном микшере, и подаются на выход всего устройства через регулятор баланса, позволяющий регулировать соотношение прямого (Dry) и реверберирующего (Wet) сигналов Для установления требуемого уровня реверберации. Все эти элементы имеются и в цифровых ревербераторах, только некоторые из них носят другие названия.

Главной частью любого цифрового процессора является многоотводная Цифровая линия задержки (Multi-tap digital delay line), на которую подается оцифрованный входной сигнал. Эта линия выполняет функцию, аналогичную Р ли ленты в магнитофоне. Для создания реверберации сигнал снимается с многих точек этой линии, называемых «отводами». Английское название этих отводов - Тар (отвод, ответвление). Каждая из точек съёма сигналов с линии задержки играет роль головки воспроизведения в магнитофоне — 2 или 8. Естественно, что в случае с цифровыми процессорами полностью отсутствует главное ограничение магнитофонной техники - на количество головок. Всё ограничивается только мощностью самого процессора и быстродействием памяти Очевидно, что эти величины намного превосходят достижимые в магнитофонах, вследствие чего последние и «вымерли», не выдержав конкуренции с более совершенной цифровой техникой.

Однако это не относится к пружинным и листовым ревербераторам. Хотя они во многом и потеснены «цифрой», их звучание имитируется, в той или иной мере, практически всеми цифровыми ревербераторами. Да и сами они еще, впрочем, применяются ещё довольно широко.

На дисплее любого цифрового ревербератора можно увидеть множество самых различных названий предлагаемых эффектов. Несмотря на это, число основных алгоритмов реверберации в каждом процессоре относительно невелико, и даже в самых дорогих моделях обычно не превышает трех - пяти. Обычно это несколько (2...3) видов реверберации помещений (варианты названий - Hall, Reverb, Room, и др.), плюс имитация наших старых знакомых, пружинного и листового ревербераторов и, естественно, эхо магнитофонного ревербератора, под названием Delay (задержка), а иногда - и просто эхо (Echo). Все без исключения рабочие программы создаются исключительно путем варьирования множества параметров, входящих в эти алгоритмы, а также сочетания нескольких одновременно работающих алгоритмов для получения сложных, составных комбинированных звуков. Например, реверберация и эхо одновременно: Reverb + Echo. Количество же созданных на их основе эффектов (пользовательских и фабричных) может быть очень большим. При этом отличаются они только вариациями параметров исходных алгоритмов. Это, кстати, объясняет, почему в недорогих ревербераторах большое количество программ с весьма эффектными названиями даёт совершенно одинаковое звучание.

Следует заметить, что большинство программ имеют в своей основе какой-либо набор характеристик существующих залов, только несколько модифицированный и разделённый на составные части - отдельно информация о структуре ранних отражений, отдельно — о самой реверберации.

Несколько особняком стоят программы, имитирующие акустику реальных помещений. В этих случаях возможность пользователя изменять звучание чаще всего сильно ограничена - ведь не может же Карнеги-холл быть размером с кухню.

Следует сразу оговориться, что последующее изложение не претендует на исчерпывающую полноту, т.к. у подавляющего большинства производителей одни и те же самые параметры именуются настолько по-разному, что сразу далеко не всегда можно разобраться, о чем вообще речь идет.

В соответствии с реверберацией реальных помещений все доступные для изменения пользователем параметры можно разделить на две основные группы:

■   управление ранними отражениями (Early reflections);

■     управление собственно реверберационным «хвостом» (Reverb).

К сожалению, есть только один параметр, более или менее одинаково называющийся у разных изготовителей - Pre-Delay, интервал времени между приходом к слушателю прямого, необработанного сигнала (точнее, в данном случае - поступлением на выход процессора), и моментом появления самого первого задержанного (отраженного) сигнала. Хотя и здесь возможны варианты - встречается также название IniDelay.

Следующим важным параметром является характер затухания сигналов ранних отражений, их огибающая - Liveness (хотя иногда этим термином обозначается регулировка тембра звука ранних отражений по высоким частотам.)

Еще один параметр, имеющий физически разное применение, — это плотность структуры ранних отражений, их диффузность (Diffusion). Это различие объясняется тем, что в дорогих моделях изменяется то, что и написано: так как большая диффузность должна создаваться путем увеличения количества самих отражений, то в них именно так и происходит. Каждый одиночный импульс на I рис. 8.20 при увеличении этого параметра как бы распадается на «гроздь» из нескольких близко расположенных. К сожалению, в недорогих моделях часто делается по-другому: просто изменяются интервалы между самими отражениями. При этом отзвук становится, конечно, более плотным, но и более коротким и тонально окрашенным. Иногда этот параметр называется также Density.

Естественно также, что необходимо иметь и возможность регулировать громкость ранних отражений, этот параметр чаще всего именуется ER Level, (ER - Early Reflections - ранние отражения) или InitLevel, хотя бывают и другие обозначения.

В большинстве процессоров имеется возможность выбирать нужный вид ранних отражений из нескольких наборов. Некоторые модели процессоров позволяют пользователю создавать и свои наборы ранних отражений. Это часто используется для создания специальных эффектов - типа Gate Reverb. При этом для каждого единичного отражения вы сами можете установить его время задержки относительно прямого сигнала - Delay, уровень — Level и положение в стереопанораме — Pan.

Если на приведённом ниже графике реверберационного процесса посмотреть на собственно реверберационный «хвост», то можно заметить, что его единственное, в сущности, отличие от ранних отражений заключается в большей «слитности». Отдельные повторения сигналов в нем находятся так близко, что сливаются друг; с другом, становятся практически неразличимыми.

Во всем остальном — с точки зрения управляющих параметров — они одинаковы. Точно также для реверберационной части должна быть предусмотрена возможность регулирования времени задержки Rev Delay, однако и здесь существует разночтения: в некоторых процессорах это время отсчитывается относительно прямого сигнала, а в некоторых - относительно ранних отражений. Аналогично предыдущему, бывают и регуляторы диффузности Diffusion, и выходного уровня отдельно для реверберации Reverb Level. Хотя иногда последний устанавливается не в абсолютном виде, а относительно уровня ранних отражений.

Методика регулировки времени реверберации существенно отличается от методики формирования ранних отражений. Объясняется это тем, что ранние отражения поступают напрямую на выход процессора, и на этом их «жизненный путь» в ревербераторе заканчивается. Длительный же реверберационный «хвост» можно получить только путём подачи выходного задержанного сигнала снова на вход, чтобы получить последовательность плавно затухающих во времени повторений исходного сигнала. Этот процесс регулируется параметром Decay, или Rev Time — время реверберации. Очевидно, что если в цепь обратной связи включить эквалайзер, то будет возможно получить различное время реверберации на разных частотах. Как правило, такой эквалайзер есть во всех современных процессорах.

Разнообразие параметров регулирования АЧХ обратной связи — также весьма велико. От простейшего регулятора уровня высоких частот Hi Ratio, только уменьшающего уровень этих составляющих, до весьма сложных четырехполосных регуляторов кроссоверного типа. В этом случае устанавливаются как частоты раздела

(Lo-xOvr, LoMid-xOvr, Hi-xOvr), так и уровни сигналов в каждой полосе (xLow, xLoMid, xffigh). При этом регулятор в одной из полос (обычно на средних частотах) отсутствует, и уровни всех остальных сигналов устанавливаются относительно этого, являющегося для них опорным.

В сложных регуляторах, как правило, возможно, не только ослабление полосах, но и его усиление, причем эти параметры устанавливаются сигнала в полосах привыкли измерять АЧХ - в децибелах (вероятно, до этого звукорежиссёры не могут додуматься), а как множитель относительно общего времени реверберации, показывающий, во сколько раз изменится время реверберации на этой частоте относительно общего. К сожалению, такие возможности - редкость, и бывают они только в дорогих моделях. В наиболее распространенных процессорах среднего класса чаще всего предусмотрена возможность регулировки только уровня низкочастотных или высокочастотных составляющих цепи обратной связи - LowRatio и HighRatio, соответственно. Возможные варианты названий - Bass Decay, Treble Decay и некоторые другие.

Иногда вместо регуляторов тембра в цепи обратной связи устанавливаются перестраиваемые фильтры, ограничивающие полосу частот в цепи обратной связи - НЧ (НРF, или Hi-Pass) и ВЧ (LPF, или Low-Pass).

Существует также ряд так называемых «глобальных» регулировок, изменяющих одновременно целый ряд параметров. К ним относится, например, регулировка Size, изменяющая размер имитируемого ревербератором помещения. Достаточно часто этот параметр указывается в метрах — он показывает наибольший линейный размер этого помещения. Как правило, этот регулятор является как бы «мастер-регулятором» для зависящих от него параметров - таких, как Spread и Shape — в тех моделях, где последний является регулятором, а не переключателем выбора исходного алгоритма. В некоторых процессорах имеются алгоритмы, позволяющие синтезировать не существующее в реальности, а придуманное вами помещение, в которых вы можете регулировать ширину Width, глубину Depth и высоту Height.

В таких случаях предусматривается также ряд параметров «помещения», отсутствующих в других программах. Так как звук в помещении распространяется по трем осям (длине, ширине, высоте), можно, например, выбрать степень «заглушенности» отдельно для каждой пары ограждающих поверхностей — горизонтальных Height Decay, и двух вертикальных - по ширине Width Decay и глубине Depth Decay. Так как речь может идти только об ослаблении звука, то эти коэффициенты всегда меньше единицы. В некоторых экзотических ревербераторах возможно даже выбирать степень «неровности» стен (Wall Roughness).

Кроме описанных выше регуляторов, влияющих на характер получаемой

искусственной реверберации, в хороших моделях предусматривается также ряд регулировок, позволяющих изменять восприятие этой реверберации, то есть опять же регуляторов тембра, только на выходе процессора. Иногда это простейший общий выходной эквалайзер, а иногда возможно отдельно изменять тембры звучания ранних отражений и собственно реверберационного «хвоста». Для удаления из  обрабатываемого  сигнала нежелательных  составляющих очень может быть полезен включенный на входе процессора эквалайзер или же перестраиваемый фильтр.

Несколько особняком стоят параметры стереорежима. Дело в том, что принципиально невозможно создать стереоревербератор, в котором получаемый с его помощью эффект зависел бы от пространственного расположения источников входных сигналов в стереопанораме. Правильнее было бы называть все электронные ревербераторы «псевдостереофоническими». Одним из возможных регуляторов стереоревербератора является регулятор ширины стереобазы получаемого сигнала (Reverb Width). Кроме него, иногда встречается регулятор «независимости» каналов — ведь в хорошем ревербераторе, по сути, находятся два независимых процессора, для левого и правого каналов. Чтобы получить сложный красивый пространственный выходной сигнал, необходимо подавать часть выходного сигнала каждого канала на вход другого. Иногда это просто «общий» выключатель On/Off, иногда это регуляторы Cross-Feedback, X-Feed и др. Бывают стереоревербераторы, в которых этот параметр входит составной частью в какой-либо алгоритм, и может плавно регулироваться в числе других, доступных параметров.

Не секрет, что главный недостаток цифровых ревербераторов, в отличие от реальных помещений, — это некоторая «механистичность», монотонность получаемого звучания. Реальный же зал — всегда «живой», отзвук помещения постоянно, хоть немного изменяется, так как воздух в помещении перемещается, изменяются влажность, температура, и т.д. Для имитации этих эффектов в хороших процессорах также предусматриваются различные меры. В простейших случаях осуществляется небольшая модуляция времени задержки специальным инфранизкочастотным сигналом, соответственно, с обычными параметрами модуляции — частотой (Mod Rate) и глубиной (Depth). Иногда для этих целей применяется особый, так называемый «псевдослучайный» НЧ-сигнал, при этом пользователь может изменять только глубину модуляции. В совсем уж сложных процессорах имеются особые алгоритмы для придания «живости» звучанию — Randomization. Они позволяют, кроме описанной модуляции, изменять случайным образом   еще и тембр отдельных составляющих реверберационного процесса.

Отдельно от «обычных» стоит большая группа программ для получения звучаний, не существующих в природе. Речь идет о «нелинейной реверберации» — эффектах, известных под названиями Gate Reverb, Revers Gate, Non-Lin и некоторых других. Почему несуществующих? Да потому, что не может в реальных условиях процесс реверберации оборваться резко, скачком. Или и вовсе — увеличивать свою громкость с течением времени. А электронный — может…Все программы и алгоритмы реверберации этого типа работают, естественно, без обратной связи, т.е. никакой сигнал с выхода процессора на его вход не подается, и выходной сигнал целиком и полностью состоит только из ранних отражений. Соответственно, и многие из параметров для них одинаковые, хотя есть и некоторые весьма специфичные, присущие только этому виду эффектов.

На рис. 8.21 схематически изображены два эффекта.

Gate Reverb — это обычные ранние отражения, только не сопровождающиеся последующим реверберационным «хвостом». При этом уровень этих сигналов, как и положено реверберации, с течением времени уменьшается. Если же их уровень постепенно увеличивается - то это Revers Gate или Invers Gate.

Для обоих этих режимов основные параметры - это время длительности

послезвучания Decay и регулировка характера огибающей, затухающей или возрастающей - Envelope. Иногда Revers Gate и Invers Gate - это две различных прогаммы, иногда - одна и та же, в последнем случае просто переключается направление огибающей Envelope Direction, Normal - обычное, или Reverse.

Так как этот режим никоим образом не похож на реверберацию, то он и имеет «нереверберационное» название Non-Lin. При этом у огибающей проса есть все положенные гейту составляющие - Attack, Hold, и Release. Kонечно,  никакого реального гейта при этом не используется, этими регуляторами устанавливается только время нарастания или уменьшения амплитуд каждой из отдельных составляющих процесса. Или, по аналогии с ленточным ревербератором, уровень сигнала, снимаемого с каждой из множества воспроизводящих головок. Например, сигнал с первой головки поступает на выход с уровнем -40 дБ, со второй -30 дБ, третьей -20 дБ, четвертой -10 дБ, пятой - 0 дБ. Если при этом временной интервал между задержанными сигналами составляет, к примеру, 25 мс, то время нарастания будет равно 100 мс. Именно это время и устанавливается данным параметром.

В некоторых моделях можно встретить и совсем уж экзотические режимы нелинейной работы. Такой, например, как изображенный на рис. 8.22.

Справедливости ради следует отметить, что иногда в ревербератор встраивается и настоящий гейт, с полным набором положенных ему регулировок, то позволяет получать довольно интересные эффекты, но при этом процессор может использоваться только для одного инструмента одновременно, т.к. иначе гейт «не поймет», на какой именно сигнал ему реагировать.

В заключение раздела отметим, что практически все эффекты, имеющиеся в том или ином современном процессоре, могут действовать одновременно, получения более сложных и интересных звучаний.

8.4. Методы и устройства для создания специальных звуковых эффектов

8.4.1. Эффект дилэй (Delay/Echo)

Необходимость в этом эффекте возникла с появлением стереофонии. Сама природа слухового аппарата человека предполагает в большинстве ситуаций поступление в мозг двух звуковых сигналов, отличающихся временем прихода. Если источник звука находится «перед глазами», на перпендикуляре, проведенном к линии, проходящей через уши, то прямой звук от источника достигает обоих ушей в одно и то же время. Во всех остальных случаях расстояния от источника до ушей различны, поэтому либо одно, либо другое ухо воспринимает звук первым.

Дилэй применяется, прежде всего, в том случае, когда запись голоса или акустического музыкального инструмента, выполненную с помощью единственного микрофона, встраивают в стереофоническую композицию. Но дилэй может применяться и для получения эффекта однократного повторения каких-либо звуков. Какая именно задержка должна быть выбрана? Ответ на этот вопрос определяется несколькими факторами. Прежде всего, следует руководствоваться эстетическими критериями, художественной целью и здравым смыслом. Для коротких и резких звуков время задержки должно быть небольшим. Для произведений, исполняемых в медленном темпе, задержка может быть больше, чем для быстрых композиций.

При определенных соотношениях громкостей прямого и задержанного сигнала наблюдается психоакустический эффект изменения кажущегося распложения источника звука на стереопанораме. Как и любой эффект, дилэй нужно применять в разумных пределах и не обязательно на протяжении всей ко позиции. Согласитесь, что, например, скачки рояля с места на место по ходу прослушивания произведения очень трудно обосновать как с эстетических позиции, так и с точки зрения верности воспроизведения здравого смысла.

Этот эффект реализуется с помощью устройств, способных осуществлять задержку акустического или электрического сигналов.

На рис.8.23 изображена схема работы простейшего дилэя. Сигнал, идущий по звуковому тракту разделяется на две части. Первая часть проходит без каких-либо помех, а вторая поступает на дополнительный контур и задерживается там (как правило, в современных приборах время задержки регулируется в пределах от 50 мс до 5 с). После этого задержанный сигнал микшируется с основным чаще всего с немного уменьшенным уровнем. Получается эффект однократного эхо.

Для получения многократного эхо включается обратная связь, в результате чего сигнал начинает как бы двигаться по кольцу, накладываясь на основной сигнал много раз. Это приводит к появлению эффекта, который моментально «раздвигает» звуковое пространство и создает ощущение, что музыкальный инструмент находится в большом горном каньоне.

В звуковых редакторах дилэй реализуется программным (математическим) путем за счет изменения относительной нумерации отсчетов исходного сигнала и его копии.

8.4.2. Эффект хорус (Chorus)

Хорус проявляется как эффект исполнения одного и того же звука или и партии не одним инструментом или певцом, а несколькими. Искусственно выполненный эффект является моделью звучания настоящего хора. В том, что хоровое пение или одновременное звучание нескольких музыкальных инструментов украшает и оживляет музыкальное произведение, сомнений, вероятно, нет ни у кого.

С одной стороны, голоса певцов и звуки инструментов при исполнении одинаковой ноты должны звучать одинаково, и к этому стремятся и музыканты и дирижер. Но из-за индивидуальных различий источников звук все равно получается разным. В пространстве, тракте звукоусиления и в слуховом аппарате человека эти слегка неодинаковые колебания взаимодействуют, образуются так называемые биения. Спектр звука обогащается и, самое главное, течет, переливается.

Можно считать, что предельным случаем хоруса является одновременное звучание слегка отличающихся по частоте двух источников — унисон.

Унисон был известен задолго до появления синтезаторов. В основе сочного и живого звучания двенадцатиструнной гитары, аккордеона, баяна, гармони лежит унисон. В аккордеоне, например, звук каждой ноты генерируется узлом, содержащим два источника колебаний (язычка), специально настроенных в разлив - с небольшой (в единицы герц) разницей в частотах. В двенадцатиструнной гитаре звук извлекается одновременно из пары струн. Разница в частотах образуется естественным путем из-за невозможности идеально одинаково настроить струны инструмента.

Вот именно наличие этой ничтожной разницы в частотах голосов певцов или инструментов и служит причиной красивого звучания унисона (для двух голосов) или хоруса (для двух и более голосов).

В цифровых электромузыкальных инструментах частоты пары вторичных генераторов могут быть сформированы абсолютно равными друг другу. В таком звучании отсутствует жизнь, потому что оно слишком правильное. Для оживления электронного звучания и для создания впечатления игры нескольких инструментов и используют хорус.

Существует множество разновидностей алгоритмов хоруса. Но все они имеют общие элементы:

■    исходный сигнал разделяется на два или несколько каналов;

■   в каждом из каналов спектр сигнала сдвигают по частоте на определенную для каждого канала величину (частотные сдвиги при этом составляют лишь доли герца);

■   сигналы, полученные таким способом, складывают.

В итоге получается сигнал, в котором звуковые волны как бы «плывут» с разными скоростями. Один раз за время, пропорциональное произведению периодов колебаний разностных частот, сигналы складываются в фазе, и образуется «девятый вал» - максимум огибающей звуковых колебаний; один раз за это же время канальные сигналы складываются в противофазе, и получается «впадина между волнами» — минимум огибающей. В итоге образуется сигнал, спектр которого непрерывно изменяется, причем период полного цикла этого изменения столь велик, что повторяемость спектральных свойств сигнала не ощущается.

Хорус настолько украшает звучание инструментов, что ныне стал одним из эффектов, имеющихся практически в каждом синтезаторе и многих звуковых картах. Так, например, цифровой сигнальный процессор одной из лучших звуковых карт-синтезаторов Yamaha SW60XG обеспечивает более десятка вариантов хоруса. Обработка аудиосигнала звуковыми редакторами позволяет получить еще больше разновидностей этого эффекта. Вместе с тем, не следует чрезмерно увлекаться им, так как это может привести к ухудшению разборчивости звучания голоса, к «засорению» акустической атмосферы композиции.

8 4.3. Эффекты флэнжер (Flanger), фэйзер (Phaser) и вау-вау (Wah- Wah)

В основу звуковых эффектов флэнжер (Flanger) и фэйзер (Phaser) также положена задержка сигнала. Рассмотрим вначале, в чем заключается отличие этих эффектов от дилэя.

Как мы уже отмечали, дилэй имитирует эффект неодновременного восприятия мозгом человека звуковых сигналов, поступающих в уши. Эффект повторного звучания может быть вызван и распространением звука от источника к приемнику различными путями (например, звук может приходить, во-первых, напрямую и, во-вторых, отразившись от препятствия, находящегося чуть в стороне от прямого пути). И в том, и в другом случаях время задержки остается постоянным. В реальной жизни этому соответствует ситуация, когда источник звука, приемник звука и отражающие предметы неподвижны относительно друг друга. При этом частота звука не изменяется, каким бы путем и в какое бы ухо он не приходил.

Если же какой-либо из трех элементов подвижен, то частота принимаемого звука не может оставаться той же, что и частота звука переданного. Это есть не что иное, как проявление того самого эффекта Доплера, который в школьных учебниках традиционно поясняется на примере изменения высоты звучания гудка движущегося паровоза.

Итак, реальные музыкальные звуки при распространении претерпевают не только расщепление на несколько волн и различную (для каждой из них) задержку, но и неодинаковое для различных спектральных составляющих изменение частот.

И флэнжер, и фэйзер имитируют (каждый по-своему) проявления взаимного перемещения упомянутых трех элементов: источника, приемника и отражателя звука. По сути дела, и тот, и другой эффекты представляют собой сочетание задержки звукового сигнала с частотной или фазовой модуляцией. Разница между ними чисто количественная, флэнжер отличается от фэйзера тем, что для первого эффекта время задержки копии (или времена задержек копий) и изменение частот сигнала значительно большее, чем для второго. Образно говоря, флэнжер наблюдался бы в том случае, когда певец мчался бы к зрителю, сидящему в зале, со скоростью автомобиля. А вот для того, чтобы ощутить фэйзер в его, так сказать, первозданном виде, движущегося источника звука не требуется, зрителю достаточно часто-часто вертеть головой из стороны в сторону.

Если же говорить серьезно, то упомянутые количественные отличия эффектов приводят и к отличиям качественным: во-первых, звуки, обработанные ими, приобретают различные акустические и музыкальные свойства, во-вторых, эффекты реализуются различными техническими средствами.

Значения времени задержек, характерных для флэнжера, существенно превышают период звукового колебания, поэтому для реализации эффекта используют многоразрядные и многоотводные цифровые линии задержки. С каждого из отводов снимается свой сигнал, который в свою очередь подвергается частотной модуляции. Флэнжерный эффект возникает при модуляции времени задержки генератором низкой частоты. Время задержки меняется в пределах 1-15 мс, в результате получается динамическое изменение фазового соотношения прямого и задержанного сигналов. Собственно, хорус — это частный случай флэнжера, если в первом используется модуляция.

Для фэйзера, наоборот, характерно очень маленькое время задержки. Оно столь мало, что оказывается сравнимо с периодом звукового колебания. При столь малых относительных сдвигах принято говорить уже не о задержке копий сигнала во времени, а о разности их фаз. Если эта разность фаз не остается постоянной, а изменяется по периодическому закону, то мы имеем дело с эффектом фэйзера. Так что можно считать фэйзер предельным случаем флэнжера. Но если внимательно прочитать еще раз этот абзац, то можно увидеть, что фэйзер - это не что иное, как фазовое вибрато. Работает он так: у задержанного сигнала выделяется какая-то опорная частота, у которой изменяется фаза под управлением генератора низкой частоты. В результате возникает очень специфический эффект, особенно ярко проявляющийся в стереозвуке.

Эффект вау-вау знают, пожалуй, все любители Джими Хендрикса или Нуно Беттенкурта. Эти гитаристы мастерски управляются с «квакушкой», извлекая из нее звуки от простого «чавкания» до потусторонних завываний. Вау-вау возникает, когда меняется частота среза фильтра высоких частот (High-pass).

Все эти эффекты при разумном применении могут очень украсить звук. Однако, если ими пользоваться очень часто и обрабатывать все подряд, то ничего, кроме испорченного звучания композиции, вы не получите. Вообще, все эффекты - штука очень деликатная. Например, обработка фэйзером синтезатора заднего плана в том месте, где все остальные инструменты, кроме ударных и баса, замолкают, и остается пространство для эффекта, может очень украсить звучание. Но сделайте тоже самое с двумя инструментами, и звук ухудшится. Дело все в том, что любой эффект призван привлекать внимание слушателя, и с его помощью можно подчеркнуть звучание инструментов, добавить им еще одно «измерение». Поэтому, если вы хотите действительно украсить звук, при создании аранжировки старайтесь обязательно продумывать все места применения эффектов и оставляйте для них свободное «пространство».

8.4.4. Вокалстрессор

К устройствам звуковых эффектов относится вокалстрессор — сочетание эквалайзера с комбинированным АРУ, содержащим сжиматель, расширитель, ограничитель максимальных уровней. С помощью вокал стрессора подчеркивают голос певца или звучание солирующего инструмента. Этим назначением устройства объясняется его название, означающее в буквальном переводе «подчеркиватель выделитель пения» (streess в переводе с английского - подчеркнуть выделять, ударять).                                          

Обоснованием к применению данного устройства служат следующие обстоятельства. Было установлено, что в спектре певцов с хорошо поставленными голосами имеются, по крайней мере, две частотные области, две группы обертонов с повышенным уровнем. Эти области называют певческими формантами. Их положение на оси частот и уровни определяют характер певческих голосов и их особое свойство, называемое музыкантами носкостью, полётностью  В зависимости от частот формант различают виды мужских и женских голосов: бас, баритон, тенор, контральто,

меццо-сопрано, сопрано. Для мужских голосов характерны нижняя форманта в области частот примерно ЗОСМ-600 Гц и высокая в области частот примерно 2,5÷3 кГц. Низкая форманта придает мужскому голосу своеобразную массивность, ощущение мощи, высокая - носкость, способность переноситься вдаль, перекрывать звучание оркестра. Это свойство особенно важно в опере, где оркестр, помещающийся перед сценой, в оркестровой яме, находится к слушателям ближе, чем певцы-солисты и голоса солистов должны «переноситься» через оркестр. Ноский голос - не обязательно громкий. Бывает, что сильный, «громоподобный» вблизи голос совсем не слышен в большом зале. Наоборот, казалось бы, тихий голос певца бывает очень хорошо слышен вдали.

Объяснение причин носкости дал выдающийся русский ученый С.Н. Ржевкин. Его объяснение развили отечественные ученые Е.А. Рудаков и Д.Д. Юрченко. Они показали, что это свойство присуще лишь тем голосам, в которых широко развита высокая форманта. Певцу, обладающему ею, легко выработать отличную дикцию, его хорошо слышно в большом зале. Физиологическая причина носкости та, что частоты развитой высокой форманты приходятся на область наибольшей чувствительности слуха.

В женских и детских голосах все форманты расположены несколько выше, чем в мужских. Этим объясняется, что хороших женских голосов заметно больше, чем мужских. Заметим, что в женских голосах высокая певческая форманта менее важна, чем в мужских, так как спектры сопрано или меццо-сопрано и без того богаты составляющими верхних частот и потому обладают хорошей носкостью.

Носкостью, полётностью обладают не только хорошие певческие голоса, но и музыкальные инструменты, даже не обладающие большой акустической мощностью. Таковы, например, скрипки великих итальянских мастеров Амати, Гварнери, Страдивари.

Носкость в настоящее время оценивают численно, используя явление маскировки звука. В измерительную установку входят генератор белого шума, магнитофон с фонограммой исследуемого звука, смеситель, головные телефоны и измеритель уровня. Шум и сигнал подают через смеситель на головные телефоны и измеритель уровня. Белый шум представляет собой как бы звуковую завесу, которую должно преодолеть звучание голоса или инструмента. Уровень Шума поддерживается постоянным, например 80 дБ, а уровень голоса уменьшают, пока голос не станет еле слышен на фоне шума. Этот уровень - порог слышимости голоса в шуме. Его называют коэффициентом носкости (полетности). У хороших певцов этот коэффициент равен 25÷30 дБ, у певцов-любителей 15н-20 дБ. Коэффициент носкости известного тенора С.Я. Лемешева составлял 28 дБ. Если из хорошего, «звонкого» голоса фильтром вырезать высокую певческую форманту, коэффициент носкости упадет с 25+30 до 12+15 дБ.

Эквалайзер позволяет наиболее точно имитировать певческие форманты. На нем легко реализуются фильтры присутствия.

Таким образом, вокалстрессор содержит:

■   расширитель — при малых входных уровнях — функции шумоподавления;

■    сжиматель — на средних уровнях;

■   ограничитель — при U_ВХ> U_BX.H0M;

■    эквалайзер — для подбора формы АЧХ.

Выбор структуры зависит от вида звучания и вкусов звукорежиссера.

 Параметры сжимателя и расширителя можно изменять в широких пределах.

8.4.5. Генераторы вибрато

В самом общем смысле суть эффекта вибрато заключается в периодическом изменении одного из параметров звукового колебания: амплитуды, частоты или фазы. Изменение (колебание) параметра происходит с очень малой частотой - единицы герц. Различают амплитудное, частотное и фазовое вибрато. В любом случае результатом является обогащение спектра исходного колебания. Читатели, знакомые с основами радиотехники, понимают, что, по сути дела, происходит модуляция звукового колебания низкочастотным сигналом. Законы физики неумолимы, — спектр сигнала при этом действительно расширяется.

Амплитудное вибрато. Амплитудную модуляцию называют еще амплитудным вибрато, или тремоло. На слух она воспринимается как замирание или дрожание звука.

Для получения эффекта амплитудной модуляции применяется периодическое синусоидальное или квадратичное усиление входного сигнала, которое, в конечном счёте, выполняется умножением значений выборок на изменяющуюся во времени функцию-модулятор. Изменение параметров модуляции позволяет получить эффекты от медленного тремоло до необычных звуковых искажений.

Частотное вибрато. Суть частотного вибрато заключается в периодическом изменении частоты звукового колебания. В электронной музыке частотное вибрато получило широкое распространение лишь после создания электронных музыкальных инструментов. Реализовать этот эффект на адаптеризированных акустических инструментах довольно сложно. Правда, в период расцвета вокально-инструментальных ансамблей появились гитары, конструкции которых предоставили такую возможность. Натяжение всех струн можно одновременно изменять с помощью специального механизма - подвижной подставки для крепления струн и рычага. Частотное вибрато здесь исполняется вручную.

Реализация частотного вибрато в электромузыкальных инструментах и синтезаторах проста и естественна. Работу всех узлов электронных музыкальных синтезаторов, как аппаратных, так и реализованных программным путем, синхронизирует опорный генератор. Если изменять его частоту, то будут изменяться частоты и всех синтезируемых колебаний. В радиотехнике этот процесс называется частотной модуляцией. Если изменение частоты производится непериодическому закону, то в результате получается частотное вибрато. При частотном вибрато также расширяется спектр исходного сигнала, причем тембр периодически изменяется во времени.

Красивое звучание получается только в том случае, когда глубина частотного вибрато (относительное изменение частоты звука) невелика. Как известно, в соответствии с хроматической гаммой введена единица музыкальных интервалов, в 1200 раз меньшая, чем октава - цент. Интервал между соседними полутонами в темперированной гамме равен в точности 100 центам. Колебание высоты тона при частотном вибрато не должно превышать нескольких десятков центов. В противном случае, создается впечатление нарушения строя инструмента.

Частотное вибрато используется самостоятельно, а также входит в качестве составной части в более сложные звуковые эффекты.

Не следует, однако, преувеличивать выразительности искусственного эффекта. Генераторы вибрато не отвечают требованиям подлинно выразительного исполнения музыки. Исключение составляют лишь эффекты эстрадного плана, когда введение вибрато требуется, чтобы подчеркнуть экстравагантный характер звучания голоса или музыкального инструмента, чаще всего электронного. Но как некоторый суррогат естественного, исполнительского вибрато искусственное вибрато имеет право на существование.

8.4.6. Эксайтер (Exciter)

С момента своего появления эксайтер был и остается самым популярным в мире психоакустическим процессором. Можно сказать, что с него собственно, и началась эра психоакустических процессоров. Сейчас нет ни одной уважающей себя фирмы, которая не выпускала бы как минимум одной модели эксайтера.

Выпускаемые, кроме  своего «родоначальника»,  американской фирмы ЕХ еще многими фирмами, эти приборы имеют во многом схожие структуры. Ниже приведена функциональная схема эксайтера, выпускаемого   фирмой LОUNG (Москва). От наиболее известного в нашей стране эксайтера (видимо, им является Aural Exciter тип С производства АРНЕХ) эта модель отличается существенно более широким набором пользовательских функций.

Поступающий на вход эксайтера сигнал разветвляется на два: один из них поступает непосредственно на выходной сумматор, а второй направляется в цепи обработки, после которых он добавляется к прямому, необработанному сигналу. Заметим, что эксайтер построен по параллельному принципу.

В цепи обработки сигнал вначале поступает на входной регулируемый усилитель (1), с помощью которого можно подобрать необходимую вам величину загрузки (уровень возбуждения) генератора гармоник (3), находящегося после специального фильтра ВЧ (2). Этот фильтр имеет особые АЧХ и ФЧХ, позволяющие при дальнейшем суммировании обработанного и прямого сигналов получить «растяжку» коротких импульсов, и как следствие - несколько увеличить их субъективно воспринимаемую громкость.

В фильтре имеется регулятор частоты настройки Tune, позволяющий выбрать для обработки желаемую часть спектра входного звукового сигнала, и регулятор добротности Peaking, позволяющий создать дополнительный акцент в звучании. Кроме этих регуляторов, в фильтре имеется переключатель Vox/Wide, кардинальным образом изменяющий характер работы и, соответственно, звучание эксайтера, особенно в области средних частот.

Прошедший фильтрацию сигнал опять, в свою очередь, разветвляется на два. Один поступает прямо на сумматор сигнала эффекта (4), а второй - подается на управление генератором гармоник (3). Вот как раз в этом генераторе на основе информации, извлекаемой из входного сигнала, и осуществляется самое главное - генерация высших гармоник. При этом синтезируется, главным образом, вторая гармоника - как самая благозвучная, а также еще некоторые, но существенно меньшей амплитуды.

Синтезированные здесь гармоники подаются на сумматор сигнала эффекта (4) через регулятор Brightness, позволяющий установить желаемую их величину в общем сигнале эффекта. Затем этот сигнал, уже полностью сформированный, с помощью регулятора Mix подмешивается к исходному (входному) сигналу в выходном сумматоре (5). Упомянутой ручкой Mix вы устанавливаете желаемую величину получаемого эффекта действия эксайтера.

По звуку - эксайтер относится к той, любимой профессиональными звукорежиссерами группе устройств, работа которых незаметна - до тех пор, пока их не выключишь. Так как действие его основано на довольно сложном процессе учитывающем комплексный характер восприятия звуков человеческим ухом, то в силу сложности этого процесса его принципиально невозможно охарактеризовать с помощью цифр. Вот поэтому все попытки как-то оценить количественно производимый эксайтером эффект носят описательный характер.

Кстати — это вообще одна из отличительных черт всех психоакустических процессоров, невозможность с помощью любого набора каких-либо цифровых параметров описать их работу. Поэтому не удивляйтесь, если в рекламных материалах вы найдете массу абсолютно не нужных вам цифр (типа веса, размеров потребляемой мощности и т.д.), и не найдете практически ни одной цифры, характеризующей то единственное, что вас на самом деле интересует - звук. В случае с эксайтером - единственная цифра, имеющая отношение к делу, это диапазон перестройки (частота настройки) фильтра. В большинстве моделей это диапазон от 700 Гц до 7 кГц, в описанном выше приборе - пределы регулирования несколько шире, от 450 Гц до 8 кГц.

Применение эксайтера придает прозрачность и четкость любому звучанию, при его включении звук как бы «раскрывается». Значительно улучшаются проработка и восприятие мельчайших деталей и нюансов звукового сигнала, звук становится живым и естественным. Вокал после обработки его эксайтером приобретает повышенную четкость и полётность, ударные инструменты начинают звучать лучше, чем «живые». Практически не существует ни одного музыкального инструмента или звуковоспроизводящей системы, звучание которых нельзя было бы улучшить эксайтером.

8.4.7. Энхансер (Enhancer)

Энхансер один из самых первых психоакустических процессоров. Выпускался (и выпускается поныне) он весьма многими фирмами. В нашей стране этот класс устройств, видимо, стал известен по аппаратуре фирмы Alesis. Он позволяет в ряде случаев сделать звучание несколько более четким и звонким. Особенно хорош энхансер для обработки отдельных звуков, преимущественно с малым временем звуковой атаки.

Однако до сих пор многие весьма смутно представляют себе его работу. По сути, энхансер это гейт (или экспандер - как вам больше нравится), но paботающий только в высокочастотной области спектра звуковых сигналов. Обобщенная функциональная схема большей части энхансеров приведена на рис.8.25.

Входной сигнал энхансера поступает на фильтр (1), выделяющий из всего

звукового спектра только его высокочастотные составляющие. Затем этот отфильтрованный сигнал поступает на элемент (2), осуществляющий управление эго амплитудой, после чего в сумматоре (3) добавляется (подмешивается) к исходному сигналу. Управляющее напряжение для VCA вырабатывается блоком управления (4) на основе анализа ВЧ - составляющих входного сигнала.

Различные модели энхансеров отличаются между собой главным образом характеристиками фильтров верхних частот и алгоритмом работы и управления. (Следует заметить, что, несмотря на возможные различия, все без исключения энхансеры могут только увеличивать долю ВЧ -составляющих в суммарном выходном сигнале.)

Отличия в алгоритмах работы энхансеров разных фирм и моделей заключаются, в основном, в том, как именно блок управления реагирует на входной сигнал. Некоторые модели реагируют по простому принципу «есть ВЧ - нет ВЧ», т.е. если на входе есть ВЧ -составляющие, то их уровень энхансером дополнительно еще увеличивается, если же их нет — то энхансер не оказывает никакого воздействия на входной сигнал.

В более сложных моделях блок управления реагирует не на саму величину ВЧ -составляющих входного сигнала, а только на ее увеличение. При этом в момент резкого нарастания ВЧ -составляющих на входе энхансера, их уровень на выходе на короткое время также увеличивается. Это позволяет сделать работу энхансера менее заметной на слух, — ведь при этом обостряются, становятся более четкими только моменты атаки ударных инструментов, а на общий сигнал его работа практически не оказывает влияния. Благодаря этому лучше прорабатываются мелкие детали звуковой картины.

8.4.8. Максимайзер (Sonic Maximizer)

Это устройство, разработанное фирмой ВВЕ, лет 10 назад имело во многих отечественных студиях прямо-таки фантастическую популярность. Затем постепенно интерес к ним стал уменьшаться, и сейчас его можно встретить крайне редко. Во многом причины такой «скоропостижной смерти» кроются в непонимании и незнании возможностей этого прибора, обусловленном крайне неудачным фирменным описанием, носящим скорее рекламный характер, и мало что говорящим о его реальной конструкции и принципах действия.

В своей основе Sonic Maximizer несколько похож на классический энхансер,

но - только несколько. Главное его отличие заключается в том, что максимайзер работать как «в плюс», так и «в минус».

По структурной схеме Sonic Maximizer - это два обычных, типа Shelf, peгулятор тембра по НЧ и по ВЧ. Но при этом регулятор НЧ, носящий здесь почему – та весьма гордо-загадочное имя Low Contour - самый обычный. А вот к регулятору ВЧ - пользователь не имеет непосредственного доступа, им управляет схема. Вы можете лишь устанавливать уровень ее вмешательства с помощью регулятора Definition - четкость.

Упрощенная функциональная схема максимайзера показана на рис.8.26.

Сигнал с входа устройства поступает на регуляторы тембра, и одновременно - на два фильтра, ВЧ (3) и полосовой( 4). При этом ФВЧ, соответственно своему названию, выделяет только высокочастотные составляющие, а полосовой фильтр ПФ — среднечастотные, лежащие ниже полосы пропускания ФВЧ. Сигналы этих двух полос звуковых частот поступают в блок управления (5), который сравнивает их величины, и на основе этого сравнения решает, что делать с ВЧ - поднимать или ослаблять.

Таким образом, если прибор «решит», что во входном сигнале уровень ВЧ слишком поднят относительно середины, то он даст команду регулятору тембра ВЧ ослабить верхние частоты, если же наоборот — середина излишне поднята, а Уровень верхних частот слишком мал - то поступит команда на подъем ВЧ. Регулировка эта осуществляется плавно, пропорционально разнице Уровней СЧ и ВЧ.

Каким же именно образом осуществляется эта регулировка — повторимся-

решает опять же максимайзер, а не вы. Вы можете только установить предел

глубины       этой регулировки регулятором   Definition   — четкость. Между собой

Рутинные модели максимайзеров отличаются, главным образом, частотами

дела фильтров СЧ/ВЧ и динамическими характеристиками цепей управления. Очевидно, что наилучшее применение максимайзера - это корректирование баланса различных, уже готовых и сведенных фонограмм, для приведения их к единообразному характеру звучания, или же обработка любых иных широкополосных сигналов.

8.4.9. Виталайзер (Vitalizer)

Виталайзеры выпускаются немецкой фирмой SPL в нескольких моделях и под разными названиями, от просто Vitalizer, до такого «страшного» названия, как Psycho Dynamic Processor - «Психодинамический процессор».

Однако реальные различия между ними заключаются только в несколько отличающихся номиналах частотозадающих цепей. Поэтому ограничимся здесь рассмотрением лишь одной модели.

Структурная схема виталайзера здесь не приводится, так как все структурные схемы, имеющиеся в фирменных описаниях, предназначены скорее для того, чтобы скрыть истинное устройство данного прибора, чем для того, чтобы более-менее понятно объяснить его. Поэтому попробуем описать его устройство просто словами.

Модель Stereo Vitalizer включает в себя довольно своеобразный «психоакустический эквалайзер» и так называемый Surround-Processor. Последний -представляет собой достаточно тривиальный расширитель стереобазы, хорошо всем знакомый, и, видимо, его рассмотрение здесь не имеет большого смысла. А вот на эквалайзере целесообразно остановиться поподробнее.

Он состоит из двух частей, действующих практически независимо одна от другой. Общее у них только то, что, помимо отдельных регуляторов на различные полосы спектра, есть и общий регулятор Process, устанавливающий глубину влияния сразу всех темброобразующих цепей на обрабатываемый сигнал. Это достигается благодаря тому, что в виталайзере применен параллельный принцип построения тракта обработки. Регулятор НЧ Bass работает только на подъем АЧХ, независимо от того, куда повернут от нулевого положения, вправо или влево. В зависимости от направления вращения этого регулятора, сигнал НЧ -составляющих подмешивается к исходному сигналу то синфазно, то противофазно.

Кроме различия в АЧХ, проявляются и различия в ФЧХ. При противофазном сложении фаза результирующего сигнала на низких частотах отстает от соответствующей фазы во входном сигнале, что в ряде случаев может использоваться для корректировки временного положения в общей звуковой картине звучания отдельных инструментов, имеющих преимущественно низкочастотный спектр.

Регулировка тембра на средних и высоких частотах в виталайзере осуществляется двумя регуляторами — Mid-High Tune и Harmonics. Первый из этих регуляторов — это регулятор тембра по ВЧ, однако весьма необычный. Дело в том, что, в силу особой конструкции виталайзера, при установке общего регулятора Process в максимальное положение - результирующая АЧХ приобретает плавный, пологий спад в направлении от низких частот к высоким. Иначе говоря, чем выше частота входного сигнала, тем более он ослабляется на выходе. Правда, максимальная величина этого ослабления невелика, и составляет около 6 дБ. Упомянутый же регулятор Mid-High Tune позволяет поднимать самые высокие частоты, начиная от частоты (примерно) около 20кГц и ниже. Единственный момент, который делает работу с всеми виталайзерами несколько непривычной – это то,  что регулятор Mid-High Tune установлен  «с точностью до наоборот», то есть крайнее левое его положение соответствует подъему самых верхних частот, а крайнее правое — самых низких. Этот регулятор, по сути,  собой электронный аналог резонансного контура, настроенного на частоту 24 кГц. И изменение полосы частот, в которых осуществляется коррекция АЧХ, производится путем изменения добротности этого контура, а не частоты его настройки. При его высокой добротности - осуществляется подъем только наивысших частот звукового спектра, который лишь чуть затрагивается достаточно узкой резонансной кривой этого контура.

При снижении добротности (повороте ручки Mid-High Tune в сторону более низких частот) - полоса захватываемых этим контуром частот расширяется вниз и осуществляется подъем не только наивысших составляющих спектра, но и более низких.

Таким образом, при использовании этого регулятора удается поднять самые верхние частоты, и одновременно - ослабить уровень «верхней середины», которая столь часто нам досаждает во многих отечественных записях. Кстати -сильно удивленные этим нередким и весьма своеобразным дефектом наших звукозаписей, западные звукорежиссеры даже придумали особый термин для его обозначения - «русские 6 кГц». Пожалуй, это единственный термин, которым отечественная звукозапись обогатила международный профессиональный лексикон.

Еще один регулятор, входящий в состав виталайзера — это ручка Harmonics- регулятор уровня выходного сигнала встроенного в виталайзер эксайтера, подмешиваемого в общий сигнал эффекта. Вообще-то этот эксайтер - один из самых простейших, и кроме регулятора уровня имеет только регулятор частоты настройки, совмещенный физически с ручкой регулятора Mid-High Tune.

Все остальные модели виталайзеров имеют еще дополнительно и кнопку Solo, позволяющую снимать с него только сигнал эффекта и осуществлять смешивание его с прямым сигналом во внешних устройствах - например, в микшерном пульте.

8.4.10. Устройства изменения высоты тона

Надобность в изменении тональности звучания возникает по следующей причине. По принятой технологии записи эстрадных исполнителей вначале подготавливают фонограмму оркестрового сопровождения. Голос солиста записывают под готовую фонограмму. При такой технологии исключаются повторные затраты на новую запись оркестра, если солист допустил художественные или технические погрешности. Но ко времени записи солиста может случиться, что его звуковысотный диапазон несколько изменился, и аккомпанемент нужно транспонировать в иную тональность. Казалось бы, транспонировать сигнал можно методом гетеродинирования, смещая частоту f₁ исходного ала в ту или иную сторону с помощью вспомогательной частоты f₂.

Однако применение этого метода нарушает исходный гармонический  исходный сигнал содержит частоты f и 2f (октавное соотношение). При смещении на Af получаются частоты f+Δf=f₁ и 2f+Δf=f₂, т.е. будет нарушен октавный интервал (f₂≠2f₁). To же случится со всеми другими музыкальными интервалами.

Транспортирование звучания в иную тональность можно осуществить изменив скорость движения фонограммы до значения V₂ по сравнению с исходной скоростью записи V₁. Если увеличить скорость, то спектр сместится в область более высоких частот, если уменьшить - в область более низких частот Соответственно изменится высота тона. Такая возможность имеется в современных монтажных магнитофонах. Однако при этом изменится длительность звучания: при изменении высоты звука на полтона — на 6%, на тон - на 12% на два тона - на 26%.

Рассмотренный прием, только при значительно (до 2 раз) изменении скорости используют для создания голосов сказочных персонажей. В давней радиопостановке «Золотой ключик», известной нескольким поколениям людей, звучание голоса деревянного человечка Буратино, нежные голоса кукол, наводящий ужас низкий голос владельца кукольного театра Карабаса-Барабаса были созданы трансформацией голоса всего одного исполнителя. Такой же прием используют в эстрадных записях для имитации эффектной, виртуозной игры пианиста. Пьеса исполняется на октаву ниже нотной записи на пониженной вдвое против номинальной скорости записи, а затем воспроизводится на номинальной скорости.

Для изменения тональности без изменения длительности звучания используют магнитофон с вращающимся блоком головок или особое цифровое устройство - гармонайзер. Принцип работы гармонайзера поясняет рис.8.27, на котором изображён магнитофон с вращающимся блоком головок.

Чтобы понять принцип действия устройства, представим, что на ленте записаны импульсы, следующие с какой-то частотой. Если барабан неподвижен, то одна из головок будет считывать импульсы с той частотой, с какой они были записаны. Пусть барабан вращается по часовой стрелке, то головка как бы «догоняет» импульсы, записанные на фонограмме, и за прежний промежуток времени головки считают меньшее количество импульсов, т.е. их частота уменьшится. Если барабан с головками вращается против часовой стрелки (против движения фонограммы), то за тот же промежуток времени будет направления импульсов, чем при неподвижном барабане, т.е. частота следования воспроизводимых импульсов увеличится по сравнению с исходной. Изменения частоте при постоянной скорости вращения барабана будут пропорциональны частоте записанных сигналов, и нарушения гармонического строя не произойдет.

Описанный эффект получают сегодня с помощью цифровых устройств. Сигнал превращают в цифровую форму и записывают в ячейки памяти. При считывании выборок некоторые записанные значения повторяются, либо, наоборот, пропускаются. Результатом является повышение или понижение высоты тона воспроизводимых сигналов.

Кроме изменения тональности звучания гармонайзер выполняет и другие функции:

■   имитацию процесса реверберации;

■   осуществление задержки сигнала;

■  создание других спецэффектов (иллюзия звучания ударных инструментов в различных ритмах) и т.д.

Используя гармонайзер, можно получить своеобразный эффект — «расщепление» голоса. Смещенный по высоте, например, на терцию (на два тона) голос соединяют с несмещенным голосом и создают иллюзию исполнения произведения двумя солистами, дуэтом.

С помощью гармонайзера имитируют ряд других эффектов:

■ высотное вибрато (своеобразную амплитудную модуляцию интенсивности звука);

■ тремоло (быструю смену звучания двух соседних по высоте тонов);

■ арпеджио («разорванные аккорды» подобные аккордам арфы);

■ одиночное и многократное эхо.

8.4.11. Устройства изменения длительности звучания

Иногда необходимость изменить длительность звучания. Это нужно для того, чтобы избежать излишних пауз между передачами или (что чаще) вместить передачу в промежуток времени, задуманной сеткой вещания.

Если требуемые изменения невелики (6-12%), их можно получить изменением скорости движения фонограммы в магнитофоне. Изменение высоты звука при этом не замечаются слушателями.

Большие возможности изменения длительности звучания предоставляют цифровые методы. В речевых передачах результат достигается автоматическим изменением длительности пауз. В случае музыкальных передач используют устройство, названное в Германии «растягивателем времени» (Zeitdehner). На основе анализа записанных в цифровую память сигналов определяют частоты колебаний и добавляют или, наоборот, удаляют некоторое количество отрывков звучания. В лучших образцах таких устройств длительность звучания изменяется от половины до удвоенного значения первоначальной длительности. Правда, при этом наблюдаются некоторые погрешности звучания.

Рассмотренные в настоящем разделе устройства помещают в пульт звукорежиссера, а при большом их числе - в стойку звуковых эффектов. Для облегчения управления такими сложными комплексами используют универсальные или специализированные ЭВМ. В их память закладывают типовые программы операций.

8.4.12. Спектральный процессор Долби (Dolby Spectral Processor)

Этот процессор выпускается всего одной модели, но номер у нее почему-то 740 (Model 740). Процессор по своей сути является одной из разновидностей многополосных компрессоров, но он обрабатывает только сигналы низкого уровня, и не затрагивает сильные сигналы. Кстати, вся основная продукция фирмы Dolby (компандерные системы шумоподавления для звукозаписи) осуществляет изменения именно в области слабых сигналов. По утверждению фирмы, при разработке этого процессора ими был использован опыт работы со слабыми сигналами, накопленный в процессе работы по созданию системы шумоподавления Dolby SR.

Устройство содержит два идентичных канала, с возможностью их объединения в стереопару. Каждый канал включает в себя трехполосный  кроссовер с регулируемыми частотами раздела: от 75 Гц до 1 кГц для раздела НЧ/СЧ, и от 500 Гц до 8 кГц — для разделения СЧ/ВЧ.

В каждой из трёх полос работает свой компрессор. Подробности их устройства, к сожалению, фирмой не раскрываются, так же как и характеристики. Для трех компрессоров каждого канала имеется один, общий для всех, регулятор порога срабатывания, от -60 до -40 дБ. При работе компрессора сигналы с уровнями ниже пороговых могут подниматься (усиливаться) на величину вплоть до 20 дБ. Величину требуемого максимального подъема вы можете установить сами, с помощью отдельных для каждой полосы регуляторов. При этом все сигналы, имеющие больший уровень, абсолютно не затрагиваются. Это позволяет эффективно воспроизвести даже самые мелкие детали звуковой картины, которые часто маскируются сильными звуками, и попросту теряются на их фоне. Кроме этого, следует учитывать еще и тот факт, что для слабых звуков АЧХ слуха существенно нелинейна, то есть слабые низко- и высокочастотные составляющие могут быть просто не услышаны.