Вопрос 1. Цифровой звук. Частота сеплирования и разрядность. Обработка звука на основе цифровой задержки. Обработка на основе модуляции и фильтров

Компьютер оперирует с цифровыми данными. Поэтому для перевода в компьютер аналоговый звуковой сигнал необходимо превратить в цифровой. Для воспроизведения же - наоборот - цифровой сигнал - в аналоговый. Для этого используются специальные устройства: аналого-цифровой преообразователь (АЦП) и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), которые встроены в звуковую карту ПК.    

Процесс оцифровки звука имеет два ключевых параметра. Один из них – частота семплирования (или частота дискретизации) – это количество измерений амплитуды аналогового сигнала в секунду. Т.к. диапазон колебаний звуковых волн лежит в пределах от 20 Гц до 20 кГц, то количество измерений сигнала в секунду должно быть больше, чем количество колебаний звуковой волны за тот же промежуток времени.

Второй параметр цифрового преобразования – разрядность семплирования – указывает, с какой точностью происходят измерения амплитуды аналогового сигнала.

Точность передачи значения амплитуды сигнала в каждый из моментов времени ("столбики" на схеме 2), определяет качество сигнала после цифро-аналогового преобразования и достоверность восстановления формы волны.

Обработка звука на основе цифровой задержки (временной задержки цифрового сигнала) реализуется очень просто. Самый простой эффектом из этого семейства – дилэй (от англ. delay — задержка). Исходный сигнал подается на линию задержки и с некоторым временным смещением подается на выход. Так получаем однократный повтор исходного сигнала с заданной задержкой. Для имитации многократных затухающих повторов применяется регулятор обратной связи, при помощи которого можно устанавливать уровень сигнала, подаваемого с выхода линии задержки на ее вход. Чем больше «открыт» регулятор обратной связи, тем больше повторов. Соотношение громкости входного и обработанного сигналов управляется регулятором глубины эффекта.

По схожему принципу (но сложнее) работают и ревербераторы — устройства, позволяющие имитировать акустические условия помещений и открытых пространств. Управление ревербератором может быть построено по «классическому» принципу (с определенным количеством числовых параметров) и на основе визуальной модели (когда можно выбрать или создать форму и размеры виртуального помещения).

Если усложнить схему дилэя, включив в нее генератор инфранизких частот (ИНЧ) и блок частотной модуляции, то получим эффекты хорус (chorus) и флэнджер (flanger), между которыми нет четкой границы (разница в величине задержки – в случае хоруса она составляет единицы и десятки миллисекунд, в случае флэнджера — десятые доли и единицы миллисекунд.

Сходный эффект с флэнджером по звучанию — фэйзер (faser), различие в том, что у фэйзера используется не задержка сигнала, а сдвиг его фазы на определенный угол.

Эффекты на основе динамической фильтрации реализуются при помощи частотных фильтров с циклически изменяющимися характеристиками — частотой среза или шириной полосы пропускания. Наиболее известные из них – автовау (autowah) – «квакушкой» (на слух - периодическое закрывание и открывание источника звука каким-либо предметом) и эффект Лесли («вращающийся динамик») на слух – вращение направленного источника звука вокруг собственной оси.

В основе этих эффектов лежит амплитудная или частотная модуляция исходного сигнала колебаниями определенной формы (синусоидальными, пилообразными, прямоугольными, треугольными и т.д.). Например, эффект тремоло получается путем амплитудной модуляции исходного сигнала, а эффект вибрато — при помощи слабой частотной модуляции.

Еще один эффект частотной и амплитудной модуляции — Ring Modulator, при котором исходный сигнал подвергается модуляции колебаниями низкой или инфранизкой частоты, а затем пропускается через резонансный фильтр, настраиваемый на определенную частоту.