Принципи та основи цифрового звукозапису
Про суб'єктивність сприйняття…
Зараз йде дуже багато суперечок щодо об'єктивності оцінок звукового обладнання. Як це провести якнайкраще.
Я наведу приклад, який став класичним. Коли в 90-х фірма AKG поставила собі за мету поставити у виробництво свою легендарну модель мікрофона C12, то розробники зіткнулися з несподіваною проблемою - всі прототипи, взяті для нової серії, відрізнялися один від одного. Пояснювалося це тим, що у 60-х та 70-х виробничий процес не відрізнявся цифровою точністю. І, в результаті, кожен AKG C12, випущений на той час, мав своє звучання. Вихід знайшли дуже простий - взяли десять найкращих прототипів, усереднили параметри та поставили у виробництво. Назва змінилася на C12R. На сьогодні це один із найдорожчих мікрофонів.
Підсилювачі, мікшери, аналогові пристрої обробки
Передусилля - це спеціальний клас пристроїв, що дозволяють підняти рівень мікрофонного сигналу рівня лінійного. У більшості випадків сучасні підсилювачі мають на борту додатково вбудовані пристрої динамічної обробки (компресор/гейт/лімітер) та частотну корекцію (еквалайзер). У деяких моделях передбачені додаткові можливості видалення артефактів, наприклад, такі як "де-есер" (виправляє свистячі та шиплячі). У підсилювачі обов'язково має бути передбачене фантомне живлення для підключення конденсаторних мікрофонів.
Деякі початківці, які вже стикалися з подібним типом пристроїв, часто запитують, навіщо там стоїть поділ на мікрофонні та лінійні входи? Я поясню: річ у тому, що модулі динамічної обробки та частотної корекції в одному приладі – це дуже зручно для початкової обробки сигналу.
Підсилювачі можуть бути вбудованіі мікшери - складні комутаційні пристрої, призначені для змішування сигналів. Мікшери поділяються за призначенням: студійні, концертні, ефірні, і за типом комутованих трактів: аналогові та цифрові. Цифрові мікшери використовуються здебільшого у студійних умовах, хоча зараз можна говорити і про цифрову революцію у сферах теле- та радіомовлення. Більшість сучасних цифрових моделей можуть керуватись програмно з комп'ютера.
У домашніх умовах переважно користуються невеликими консолями виробництва Behringer, Yamaha і Mackie. Коштують вони не дорого – $150-200. Якщо у вас більше двох джерел звуку, такий тип пристроїв вам необхідний.
Хоча ми можемо передбачити й інший варіант, якщо у нас стоїть багатоканальний апаратний інтерфейс – використовувати програмний мікшер у комп'ютері та просту комутаційну панель, яку можна зробити самому.
Аналогові пристрої обробки сигналу вже віджили своє, крім деяких професійних і дорогих моделей з великою кількістю патентів. Цифрова обробка набагато краща і якісніша. Хоча у варіанті з підсилювачами – невелике коригування АЧХ на початковому етапі не зашкодить.
Електричні ланцюги, кабелі, роз'єми та заземлення
Якщо ви думаєте, що електричні ланцюги – це просто, то ви помиляєтесь. Незнання цього питання може спричинити величезну низку проблем. На моїх очах люди палили дорогі прилади через відсутність заземлення, а неправильно обраний кабель міг створити багато проблем при "живому" концертному мікшуванні.
Почнемо по порядку. В основному ми зустрічаємося на практиці з чотирма видами кабелів: одножильні, "кручена пара", квадропольні та комбіновані.
Поодинокі кабелі дуже прості за конструкцією, вони складаються зпровідника в ізоляції, що екранує обмотки та другого шару ізоляції. Такі кабелі призначені для несиметричного підключення мікрофонів та інструментів та створення найпростішої комутації.
Віта пара являє собою дещо складнішу структуру, оскільки там знаходиться два ізольованих провідники, поміщені в органічний ізолюючий шар (бавовна або щось подібне), що екранує обмотки та зовнішнього шару ізоляції з полівінілхлориду або подібних сполук.
Квадропольні кабелі, як видно з назви, складаються з чотирьох провідників. Їх використовують як перешкодостійку кручену пару.
Комбіновані кабелі складаються з безлічі найпростіших, ув'язнених у якусь оболонку. Ви можете зустріти їх на концертах або великих студіях (їх іноді називають "кишкою").
Провідники виготовляються найчастіше з міді – це найдешевший варіант. Трохи дорожче використання спеціальної міді безкисневої (Oxygen-Free Copper, OFC), виготовленої шляхом переплавлення при зниженому тиску. Ну і найдорожчий варіант, як ви розумієте, – срібло та золото.
Екрануюча обмотка, що використовується в звукових кабелях буває трьох видів - фольга, спіраль та дротяна сітка. Так основним завданням цього елемента кабелю є захист від зовнішніх електромагнітних перешкод, найважливіший параметр - це ступінь покриття. Наприклад, у варіанті з фольгою вона наближається до 100%, спіраль – до 80%, сітка – між ними. При цьому важливу роль відіграє такий параметр як гнучкість кабелю. Ви розумієте, що якщо обмотка, що екранує, з фольги, то кабель сильно не перегнеш. Тому, наприклад, у концертному варіанті використовують кабелі зі спіральною або подвійною спіральною обмоткою.
Якщо описувати кабель з погляду електрики, він має своєопір, індуктивність, що виникає між провідниками та між провідниками та обмоткою, і ємність, що виникає там же. Зазвичай виробник вказує всі ці величини щодо довжини, що дорівнює 1 метру.
Оскільки сигнал переноситься змінним напругою і струмом, то опір відіграє важливу роль. Чим довше провідник, тим слабшим стає сигнал. В умовах великої протяжності кабелів зазвичай ланцюг підключають лінійний підсилювач сигналу. Хоча виробники намагаються зробити опір мінімальним, і він справді мало.
За рахунок того, що в кабелях виникають ємність та індуктивність, вони можуть впливати на сигнали АЧХ, працюючи як частотні фільтри. Це залежить від довжини кабелю, його конструктивних особливостей та від вихідного опору ланцюга, до якого цей кабель підключено.
Якщо говорити про комутацію джерела сигналу та навантаження, то має діяти правило, згідно з яким повний опір джерела має бути набагато меншим за опір навантаження. Це правило не відноситься до високочастотних та цифрових ліній.
Електричні ланцюги передбачають наявність перешкод. Екранування та комутація його на "землю" дозволяє нам позбутися статичної електрики та радіочастотних перешкод. Віта пара дозволяє нам позбутися інших проникаючих зовнішніх сигналів та перешкод (не варто забувати, що кабель у нас працює як антена). Одножильний кабель їх просто привносити в сигнал, але якщо ми будемо застосовувати симетричну комутацію, в якій через один провідник сигнал подаватиметься без змін ("гарячий"), а в другій - у протифазі ("холодний"), то потім при відніманні другого сигналу з першого ми видаляємо всі перешкоди та виграємо в амплітуді корисного сигналу. Таким чином, симетрична комутаціяє однією з найправильніших.
Для симетричної (балансної) комутації використовується три стандартні типи роз'ємів: джеки, міні-джеки, XLR. Як правильно зробити розпаювання показано на малюнку 3. Іноді контакт спільного провідника запаюється на корпус. Єдине, що хочеться відзначити, що на деяких видах апаратури як "гарячий" вказується 3 контакти (спеціально вказується фразою типу "3 - "hot").
При несиметричній (небалансній) комутації використовують чотири стандартні типи роз'ємів: джеки, міні-джеки, XLR і RCA (тюльпани). Щоб зробити з XLR небаланс, потрібно просто не задіяти 3 контакти, те ж відноситься до стерео-джеків і стерео-міні-джеків.
Як ми розуміємо, симетрична комутація є найкращим способом порятунку від перешкод, тому найкраще намагатися використовувати тільки її, де це тільки можливо.
Тепер поговоримо про один із найважливіших моментів комутації студії - заземлення. Заземлення може позбавити ланцюг електричних перешкод, неадекватної взаємодії підключених пристроїв, а також від ураження людини електричним струмом. Зазвичай заземлення складається із заземлювача та заземлюючих захисних провідників. Заземлювач – це металевий провідник, що знаходиться в ґрунті, заземлюючий захисний провідник – це металевий провідник, що з'єднує апаратну частину вашої студії та заземлювач. Як природні заземлювачі можна використовувати залізобетонні конструкції, як штучні - металеві контури, стрижні, що закопуються в землю. Вкрай не рекомендується використовувати як заземлювач водопровідні труби та батареї. Ефект може бути зворотним.
При підключенні пристроїв до заземлення можуть бути помилки. На рис. 4 показаний ефект так званої "земляної" петлі. Як ви бачите, відУстрою А є два земляні шляхи - через мережу і через пристрій Б за допомогою екрануючої обмотки звукового кабелю. Це породжує низку проблем - у звуковому сигналі, що надходить на пристрій Б, додаються додаткові перешкоди, "земляна" петля працює як антена. Якщо ви підключили потужний пристрій, то в ланцюзі можуть виникнути серйозні перепади напруги.
Виходить, що на вхід пристрою подається сигнал досить сумнівної якості. Вирішення цієї проблеми називається "розв'язкою "земляної" петлі" і має на увазі під собою наступне - на звуковому кабелі від пристрою А до пристрою Б, біля входу останнього екрануючу обмотку від'єднують від землі. Тобто, кабель виходить з'єднаний із землею тільки з боку пристрою А. Якщо ми маємо справу з несиметричними зв'язками, то цей процес відбувається набагато складніше - потрібно передбачати кілька типів "земель", звукову та мережеву. Це зможуть зробити правильно тільки фахівці, які мають певні навички. Ідеальна схема підключення пристроїв до заземлення виглядає так:
Усі апаратні засоби заземлені в одній точці, яку часто називають "Меккою".
Додатково рекомендовано використовувати спеціальні джерела живлення, в яких існують спеціальні фільтри, що захищають від перешкод та зовнішніх впливів. Ці опції стандартні для дорогих систем безперебійного живлення (UPS).
У професійній техніці часто є кнопки включення відключення заземлення, що іноді може вирішити проблеми з несиметричними зв'язками.
Ще одна важлива деталь, про яку варто сказати – вплив перехідних процесів. Перехідні процеси - це явища, що виникають при включенні/вимиканні обладнання. Наприклад, багато хто з вас бачив, як гітариствиймає з гітари джек і після цього лунає гучний неприємний звук, який може зіпсувати всю студійну техніку, починаючи від підсилювача та закінчуючи колонками.
Звуковий тракт опишемо наступною послідовністю: мікрофон/інструмент, підсилювач, комп'ютер/магнітофон, мікшер, підсилювач, колонки. Так от включати потрібно все в такому порядку, як я і перерахував. Тобто спочатку мікрофон, потім підсилювач, потім комп'ютер, за ним мікшер, за ним підсилювач та колонки.
Відключати потрібно у зворотному порядку, починаючи з колонок. Якщо ви вмикаєте або відключаєте пристрій при решті ввімкнених, зробіть це так, щоб наступний у списку елемент мав мінімальну чутливість. Наприклад, включаючи мікрофон, встановіть чутливість підсилювача в нуль (якщо підключаєте конденсаторний мікрофон, то спочатку відключіть фантомне живлення). Якщо відключаєте комп'ютер, виставте федери на мікшері в нуль і таке інше. Ця схема закликає до порядку та зберігає працездатність апаратури.