От чего зависит качество звукозаписи?
Кто в наше время не слушает музыку? Не смотрит фильмы? Большинство считает звук, воспроизводимый ноутбуками, смартфонами, наушниками конечным продуктом. Но что, если этот звук можно улучшить? Сделать его по-настоящему «живым» и насыщенным. Вновь зададимся вопросами технической составляющей.
Вспомним школьные годы.
Звук — это механическая волна, т.е. колебания, распространяющиеся в среде. Звуковые волны — это волны сжатия и разряжения среды, в которой звук распространяется. Высота и громкость — основные характеристики звука.
Высота звука определяется частотой колебаний. Причем зависимость эта не линейная, она представляет собой геометрическую прогрессию. Если говорить об инструменте, то частота может зависеть от толщины, длины и упругости струны, например. Человеческое ухо способно воспринимать звуки в частотном диапазоне 16 — 20000 Гц. В музыке используется диапазон наиболее четкого восприятия: 16 — 4500 Гц.
Громкость звука определяет уровень мощности, которая зависит от амплитуды звукового сигнала. Громкость выражается в децибелах (дБ), можно сказать, что это давление, оказываемое на ухо средой. Для сравнения, 10 дБ соответствует средней громкости дыхания человека, 20 дБ — тиканью часов. Увеличение звука на несколько дБ приводит к увеличению восприятия громкости в несколько раз, а именно — наблюдается логарифмическая зависимость:
- + 10 дБ = увеличить громкость в 2 раза
- + 20 дБ = увеличить громкость в 4 раза
- + 40 дБ = увеличить громкость в 16 раз
- Увеличить расстояние до источника звука в 2 раза = -6 дБ
За качество воспроизводимого звука отвечают ЦАП и усилитель.
Электрический сигнал приходит в динамик и дает ему информацию, как ему «толкать воздух». Этот сигнал создает определенные механические колебания для воспроизведения конкретной музыки. Чтобы цифровую музыку в виде электричества подать на динамики, ее сначала нужно преобразовать из цифры в аналог. Для этого используются цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Различия в части цифро-аналогового преобразования — одна из причин, по которой одни устройства звучат лучше или хуже других.
Внешние цифро-аналоговые преобразователи, как правило, воспроизводят звук точнее, чем ЦАП, установленный в звуковых картах или проигрывателях, потому что являются специализированными устройствами.
Современные ЦАП создаются по полупроводниковым технологиям в виде интегральной схемы.
Качественно можно поделить ЦАПы на одно- и мульти- битовые. В целом для однобитовых характерно мягкое звучание, со множеством деталей. Весь свой звуковой потенциал они как бы бросают на помощь солисту, отдаляя других участников музыкального произведения. Крупные оркестры, например, «уменьшаются» по составу музыкантов при выборе однобитовых ЦАПов, страдают мощь и масштабность звучания. Мультибитовые же уделяют одинаковое внимание всем участникам музыкального действия, не оттесняя и не выделяя никого из них. Динамический диапазон шире, звучание более ровное, но в то же время чуть более отстраненное.
Например, при воспроизведении через мультибитовый ЦАП песни «I Put A Spell on You» в исполнении Creedence Clearwater Revival великолепно передается энергетика, поток эмоций очаровывает. Мелкие детали несколько смазаны, но на фоне описанных выше доминирующих характеристик подобной подачи звука это не кажется серьезным недостатком. При воспроизведении этой же песни через однобитовый ЦАП картина несколько иная: звучание не столь масштабно, сцена «отодвинута» назад, зато отлично слышны подробности звукоизвлечения, мелкие штрихи. Хорошо передается момент, когда музыкант приближает гитару к комбику, что не всегда основной замысел автора. Зато при прослушивании Элвиса Пресли великолепно раскрывается все богатство его голоса. Хорошо заметно, как он менялся с возрастом, эмоциональное воздействие на слушателя также сильно, а немного потесненный на задний план аккомпанемент достойно дополняет общую картину.
Усилитель – это устройство (цепочка устройств), которое позволяет исходному электрическому сигналу от источника обрести достаточную мощность, чтобы быть поданным на динамик акустической системы.
Считается, что назначение любого усилителя — усилить звуковой сигнал, не привнося в звук ничего своего. В реальности же различные усилители с одной и той же аппаратурой, на одном и том же уровне громкости звучат по-разному. Точно также и наушники звучат по-разному с различными усилителями. Разница между очень хорошим и очень плохим усилителем хорошо слышна на большинстве наушников, а наиболее массовыми представителями очень плохих усилителей для наушников являются как раз выходы большинства бюджетных звуковых карт, плееров и т.д. Отдельный качественный усилитель для наушников всегда позволяет выдать лучший звук из уже имеющихся наушников.
Засчёт повышения силы тока в усилителе, повышается детализация звучания. Этот немаловажный фактор играет важную роль при прослушивании музыки, так как большое количество материала в композициях записывается на очень слабом уровне громкости (речь о призвуках, реверберациях). Кроме того, встречаются и особенно требовательные к усилению наушники, которые без хорошего усилителя в принципе показывают очень небольшую часть своих реальных возможностей, в основном это касается высокоомных наушников.
Конечно, основополагающую роль играет качество записанного оригинала. Здесь мы сталкиваемся с обратной задачей — «ослабление» подаваемого звука.
Компрессор — электроакустический прибор, сжимающий динамический диапазон звукового сигнала.
Компрессор может как улучшить, так и ухудшить или даже уничтожить сигнал, чтобы это контролировать существует функция компрессора bypass, которая позволяет сравнивать обработанный сигнал с его версией до вмешательств. Также есть пять общих параметров компрессоров:
Порог срабатывания (Threshold) — уровень, на котором компрессор включается и начинает ослаблять сигнал, лежащий выше данного значения. Например, уровень порога срабатывания компрессора установлен на 0 дБ, значит, все сигналы выше этого уровня будут скомпрессированы, а те, что остались ниже, не изменятся.
Глубина компрессии (Ratio) отвечает за разницу между входным и выходным уровнями сигнала. Проще говоря, как сильно будет скомпрессирован сигнал, перешедший границу порога срабатывания компрессора. Например, если вы задаёте значение глубины компрессии 2:1, первоначальный сигнал, лежащий выше порогового значения, станет в два раза меньше.
Обычно разным инструментам (и, соответственно, характеристикам) требуется своя индивидуальная глубина компрессии. Например, чтобы скомпрессировать мелодичную вокальную партию, вполне будет достаточно глубины компрессии 2:1; так компрессор уплотнит звучание, сделает более отчётливыми тихие фразы и не допустит искажений при повышении динамики голоса. Если же вы записываете бас-гитару, где техника игры может варьироваться, то из-за весьма широкого динамического диапазона придётся установить глубину компрессии приблизительно 10:1.
Время атаки (Attack Time) — то, насколько быстро срабатывает компрессор при преодолении сигналом порогового значения. Большое время атаки позволяет компрессировать сигнал, не затрагивая быстрых сигналов, в то время как малое время атаки позволяет уловить мгновенные ноты и пропустить звуки средней длительности, но это ослабляет высокие частоты записи.
Здесь есть одна небольшая путаница. Разные производители компрессоров измеряют время атаки по-разному. Одни разработчики берут за время атаки тот промежуток времени, за который срабатывает компрессор после того, как сигнал преодолеет границу порогового значения, другие же считают, что время атаки означает, сколько уйдёт у компрессора времени на то, чтобы ослабить сигнал на 60-90% от максимально возможного значения. К счастью, все эти казусы практически не вносят никаких неурядиц в работу с компрессором: в основном, время атаки определяется музыкантом на слух. Если есть сомнения в правильности настройки «на слух», можно корректировать изменения, глядя на индикатор выходного уровня компрессора, что позволит определить, какие части сигнала ослабляются.
Время восстановления (Release Time) сигнала определяет, сколько времени потребуется компрессору на то, чтобы вернуть сигнал в исходное, необработанное состояние. Таким образом, после того как истечёт время восстановления, компрессор перестанет воздействовать на сигнал. Чаще всего, чем больше время восстановления, тем натуральнее звучит инструмент.
Допустим, если вам нужно заглушить щелчки при ударе по струнам и оставить основное звучание гитары нетронутым, достаточно настроить малые значения времени атаки и восстановления, чтобы компрессор условно быстрее работал. Если же вы хотите, чтобы звук вашей гитары оставался максимально долго, нечто похожего удастся достичь, установив умеренную атаку и большое время восстановления. При двухсекундном восстановлении компрессор достаточно медленно возвращает сигнал к исходному уровню усиления, что на порядок притупляет затухание и делает хвосты звука громче.
Регулятор выходного уровня компрессора (make-up gain) компенсирует погашенное компрессором усиление сигнала. Чаще всего, с помощью регулятора выходного уровня вы поднимаете уровень сигнала до первоначального значения. Тем самым вы добавляете новый усилительный каскад между сигналами, что сильно упрощает сравнение «до» и «после» и обеспечивает требуемый уровень сигнала при записи и сведении.
Стоит упомянуть различные виды аналоговых компрессоров. В зависимости от типа управляющего элемента, они подразделяются на четыре категории: ламповые, оптико-электрические, на базе VCA и на полевых транзисторах.
В качестве управляющих элементов первые компрессоры использовали вакуумные лампы.
Обычно лампа выдаёт от 12 до 16 дБ, а иногда и значительно больше. У ламповых компрессоров отсутствует регулятор глубины компрессии. Однако многим нравится характерная черта этих приборов, благодаря которой, чем выше лежит сигнал над пороговым значением у инструмента, тем глубже становится компрессия.
Лампы — особенно когда работают на всю мощность — выдают куда больше дополнительных гармоник, чем транзисторы, при этом насыщение происходит у ламп постепенно и достаточно медленно.
В основе схемы оптический компрессии находится лампочка и фотоэлемент. Главная особенность прибора заключается в том, что он не очень быстро успевает реагировать на входной сигнал, и поэтому делает его довольно гладким, с естественным сжатием. Оптические компрессоры довольно часто применяется для вокала и баса.
VCA (Voltage Controlled Amplifier) — усилитель управляемый напряжением. Он считается одним из лучших барабанных компрессоров и имеет много настраиваемых параметров. Одним из классических примеров является dbx 160, который использовался почти во всех крупных записях в конце 1970-х и в течение 1980-х годов. За счет того, что VCA-компрессоры могут быть довольно агрессивными их часто применяют в рок-музыке на бочке, а также на малом барабане.
Компрессоры на базе VCA значительно быстрее оптических и ламповых приборов, благодаря чему гораздо лучше справляются с ослаблением пиковых значений. Кроме того, у них невероятно высокий уровень ослабления, что весьма полезно, когда вам нужно «задавить» сигнал. Минусом VCA-компрессоров является склонность менее качественных приборов заглушать высокие частоты при высоком уровне компрессии.
Сравнительно недавно появились компрессоры на базе полевых транзисторов — транзисторные компрессоры. Их называют FET-компрессор (Field Effect Transistor). Полевой транзистор может очень быстро обработать входящий сигнал. Его очень часто применяют на ударных.
С одной стороны, атака у полевого транзистора куда более быстрая, чем у оптических компрессоров, и даже быстрее многих VCA приборов. С другой стороны, у полевого транзистора достаточно ограниченный динамический диапазон, поэтому при высоких уровнях сигнала компрессоры на полевых транзисторах зачастую искажают звук.
Все виды перечисленных компрессоров в аналоговую эпоху стоили очень дорого и их могли себе позволить только большие звукозаписывающие студии. Но сейчас все реализовано в виде плагинов и каждый из нас имеет возможность поэкспериментировать со звуком.