Penciptaan Musik. Menguasai - bagian 2

Saya menulis tentang fakta bahwa penguasaan dalam proses produksi musik adalah langkah terakhir dalam perjalanan dari ide musik hingga pengirimannya ke penerima di edisi sebelumnya. Kami juga telah melihat dari dekat audio yang direkam secara digital, tetapi saya belum membahas bagaimana audio ini, yang diubah menjadi konverter tegangan AC, diubah menjadi bentuk biner.

1. Setiap suara kompleks, bahkan tingkat kerumitan yang sangat tinggi, sebenarnya terdiri dari banyak suara sinusoidal sederhana.

Saya mengakhiri artikel sebelumnya dengan pertanyaan, bagaimana mungkin dalam gelombang bergelombang seperti itu (1) semua konten musik dikodekan, bahkan jika kita berbicara tentang banyak instrumen yang memainkan bagian polifonik? Inilah jawabannya: ini karena fakta bahwa setiap suara yang kompleks, bahkan sangat kompleks, benar-benar itu terdiri dari banyak suara sinusoidal sederhana.

Sifat sinusoidal dari bentuk gelombang sederhana ini bervariasi dengan waktu dan amplitudo, bentuk gelombang ini tumpang tindih, menambah, mengurangi, memodulasi satu sama lain, dan pertama-tama suara instrumen individu dibuat, dan kemudian campuran dan rekaman penuh.

Apa yang kita lihat pada gambar 2 adalah atom tertentu, molekul yang menyusun materi suara kita, tetapi dalam kasus sinyal analog tidak ada atom seperti itu - hanya ada satu garis genap, tanpa titik yang menandai pembacaan berikutnya (perbedaannya dapat dilihat pada gambar sebagai langkah-langkah, yang secara grafis didekati untuk mendapatkan efek visual yang sesuai).

Namun, karena pemutaran rekaman musik dari sumber analog atau digital harus dilakukan dengan menggunakan transduser elektromagnetik mekanis seperti transduser loudspeaker atau headphone, sebagian besar perbedaan antara audio analog murni dan audio yang diproses secara digital menjadi kabur. Pada tahap akhir, yaitu saat mendengarkan, musik mencapai kita dengan cara yang sama seperti getaran partikel udara yang disebabkan oleh pergerakan diafragma di transduser.

2. Molekul yang membentuk suara kita penting

angka analog

Apakah ada perbedaan yang dapat didengar antara audio analog murni (yaitu analog yang direkam pada tape recorder analog, dicampur pada konsol analog, dikompresi pada disk analog, diputar ulang pada pemutar analog dan amplifier analog yang diperkuat) ​​dan audio digital - dikonversi dari analog ke digital, diproses dan dicampur secara digital lalu diproses kembali ke bentuk analog, apakah itu tepat di depan amp atau bisa dibilang di speaker itu sendiri?

Dalam sebagian besar kasus, bukannya tidak, meskipun jika kami merekam materi musik yang sama dalam kedua cara dan kemudian memutarnya kembali, perbedaannya pasti akan terdengar. Namun, ini akan lebih disebabkan oleh sifat alat yang digunakan dalam proses ini, karakteristiknya, sifat, dan sering kali keterbatasannya, daripada fakta penggunaan teknologi analog atau digital.

Pada saat yang sama, kami berasumsi bahwa membawa suara ke bentuk digital, mis. untuk dikabutkan secara eksplisit, tidak secara signifikan memengaruhi proses perekaman dan pemrosesan itu sendiri, terutama karena sampel ini terjadi pada frekuensi yang - setidaknya secara teoritis - jauh melampaui batas atas frekuensi yang kita dengar, dan oleh karena itu butiran khusus dari suara ini diubah ke bentuk digital, tidak terlihat oleh kita. Namun dari segi penguasaan materi bunyi, ini sangat penting, dan akan kita bicarakan nanti.

Sekarang mari kita cari tahu bagaimana sinyal analog diubah menjadi bentuk digital, yaitu nol-satu, yaitu. satu di mana tegangan hanya dapat memiliki dua tingkat: satu tingkat digital, yang berarti tegangan, dan tingkat nol digital, yaitu. ketegangan ini praktis tidak ada. Segala sesuatu di dunia digital adalah satu atau nol, tidak ada nilai antara. Tentu saja, ada juga yang disebut logika fuzzy, di mana masih ada status peralihan antara status "hidup" atau "mati", tetapi ini tidak berlaku untuk sistem audio digital.

3. Getaran partikel udara yang disebabkan oleh sumber suara menggerakkan struktur membran yang sangat ringan.

Transformasi Bagian Satu

Setiap sinyal akustik, baik itu vokal, gitar akustik atau drum, dikirim ke komputer dalam bentuk digital, itu harus terlebih dahulu diubah menjadi sinyal listrik bolak-balik. Ini biasanya dilakukan dengan mikrofon di mana getaran partikel udara yang disebabkan oleh sumber suara menggerakkan struktur diafragma yang sangat ringan (3). Ini mungkin diafragma yang disertakan dalam kapsul kondensor, pita foil logam di mikrofon pita, atau diafragma dengan kumparan yang terpasang padanya di mikrofon dinamis.

Dalam setiap kasus ini sinyal listrik berosilasi yang sangat lemah muncul di output mikrofonyang pada tingkat yang lebih besar atau lebih kecil mempertahankan proporsi frekuensi dan tingkat yang sesuai dengan parameter yang sama dari partikel udara yang berosilasi. Jadi, ini adalah sejenis analog listriknya, yang dapat diproses lebih lanjut di perangkat yang memproses sinyal listrik bolak-balik.

Pertama sinyal mikrofon harus diperkuatkarena terlalu lemah untuk digunakan dengan cara apapun. Tegangan keluaran mikrofon yang khas adalah dalam urutan seperseribu volt, dinyatakan dalam milivolt, dan sering kali dalam mikrovolt atau sepersejuta volt. Sebagai perbandingan, mari kita tambahkan bahwa baterai tipe jari konvensional menghasilkan tegangan 1,5 V, dan ini adalah tegangan konstan yang tidak tunduk pada modulasi, yang berarti tidak mengirimkan informasi suara apa pun.

Namun, tegangan DC diperlukan dalam sistem elektronik apa pun untuk menjadi sumber energi, yang kemudian akan memodulasi sinyal AC. Semakin bersih dan efisien energi ini, semakin sedikit terkena beban arus dan gangguan, semakin bersih sinyal AC yang diproses oleh komponen elektronik. Itulah sebabnya catu daya, yaitu catu daya, sangat penting dalam sistem audio analog apa pun.

4. Penguat mikrofon, juga dikenal sebagai preamplifier atau preamplifier

Amplifier mikrofon, juga dikenal sebagai preamplifier atau preamplifier, dirancang untuk memperkuat sinyal dari mikrofon (4). Tugas mereka adalah memperkuat sinyal, seringkali bahkan beberapa puluh desibel, yang berarti meningkatkan level mereka hingga ratusan atau lebih. Jadi, pada output preamplifier, kami mendapatkan tegangan bolak-balik yang berbanding lurus dengan tegangan input, tetapi melebihinya ratusan kali, mis. pada tingkat dari pecahan ke satuan volt. Level sinyal ini ditentukan tingkat garis dan ini adalah level operasi standar di perangkat audio.

Transformasi bagian dua

Sinyal analog dari level ini sudah dapat dilewati proses digitalisasi. Hal ini dilakukan dengan menggunakan alat yang disebut konverter analog-ke-digital atau transduser (5). Proses konversi dalam mode PCM klasik, mis. Modulasi Lebar Pulsa, saat ini mode pemrosesan paling populer, ditentukan oleh dua parameter: laju pengambilan sampel dan kedalaman bit. Seperti yang Anda duga dengan benar, semakin tinggi parameter ini, semakin baik konversi dan semakin akurat sinyal yang akan diumpankan ke komputer dalam bentuk digital.

5. Konverter atau konverter analog-ke-digital.

Aturan umum untuk jenis konversi ini pengambilan sampel, yaitu, mengambil sampel bahan analog dan membuat representasi digitalnya. Di sini, nilai sesaat dari tegangan dalam sinyal analog diinterpretasikan dan levelnya direpresentasikan secara digital dalam sistem biner (6).

Di sini, bagaimanapun, perlu untuk mengingat secara singkat dasar-dasar matematika, yang menurutnya nilai numerik apa pun dapat direpresentasikan dalam sistem bilangan apa saja. Sepanjang sejarah umat manusia, berbagai sistem bilangan telah dan masih digunakan. Misalnya, konsep seperti selusin (12 buah) atau satu sen (12 lusin, 144 buah) didasarkan pada sistem duodesimal.

6. Nilai tegangan dalam sinyal analog dan representasi levelnya dalam bentuk digital dalam sistem biner

Untuk waktu, kami menggunakan sistem campuran - sexagesimal untuk detik, menit dan jam, turunan duodecimal untuk hari dan hari, sistem ketujuh untuk hari dalam seminggu, sistem quad (juga terkait dengan sistem duodecimal dan sexagesimal) selama berminggu-minggu dalam sebulan, sistem duodecimal untuk menunjukkan bulan dalam setahun, lalu kita pindah ke sistem desimal, di mana dekade, abad, dan ribuan tahun muncul. Saya pikir contoh penggunaan sistem yang berbeda untuk mengekspresikan berlalunya waktu dengan sangat baik menunjukkan sifat sistem angka dan akan memungkinkan Anda menavigasi masalah yang terkait dengan konversi dengan lebih efektif.

Dalam kasus konversi analog ke digital, kami akan menjadi yang paling umum mengkonversi nilai desimal ke nilai biner. Desimal karena pengukuran untuk setiap sampel biasanya dinyatakan dalam mikrovolt, milivolt, dan volt. Kemudian nilai ini akan dinyatakan dalam sistem biner, yaitu. menggunakan dua bit yang berfungsi di dalamnya - 0 dan 1, yang menunjukkan dua status: tidak ada tegangan atau keberadaannya, mati atau hidup, arus atau tidak, dll. Dengan demikian, kami menghindari distorsi, dan semua tindakan menjadi lebih sederhana dalam penerapannya melalui penerapan yang disebut perubahan algoritme yang kita hadapi, misalnya, terkait dengan konektor atau prosesor digital lainnya.

Anda nol; atau satu

Dengan dua digit ini, nol dan satu, Anda dapat mengekspresikan setiap nilai numerikterlepas dari ukurannya. Sebagai contoh, perhatikan angka 10. Kunci untuk memahami konversi desimal ke biner adalah bahwa angka 1 dalam biner, seperti halnya dalam desimal, tergantung pada posisinya dalam string angka.

Jika 1 di akhir string biner, maka 1, jika di baris kedua dari akhir - lalu 2, di posisi ketiga - 4, dan di posisi keempat - 8 - semuanya dalam desimal. Dalam sistem desimal, 1 yang sama di akhir adalah 10, 100 kedua dari belakang, 1000 ketiga, XNUMX keempat adalah contoh untuk memahami analogi.

Jadi, jika kita ingin merepresentasikan 10 dalam bentuk biner, kita perlu merepresentasikan sebuah 1 dan a 1, jadi seperti yang saya katakan, itu akan menjadi 1010 di tempat keempat dan XNUMX di detik, yaitu XNUMX.

Jika kita perlu mengubah tegangan dari 1 menjadi 10 volt tanpa nilai pecahan, mis. hanya menggunakan bilangan bulat, konverter yang dapat mewakili urutan 4-bit dalam biner sudah cukup. 4-bit karena konversi bilangan biner ini akan membutuhkan hingga empat digit. Dalam praktiknya akan terlihat seperti ini:

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

10 1010

Angka nol di depan untuk angka 1 hingga 7 cukup masukkan string ke empat bit penuh sehingga setiap angka biner memiliki sintaks yang sama dan menggunakan jumlah ruang yang sama. Dalam bentuk grafik, terjemahan bilangan bulat dari sistem desimal ke biner seperti itu ditunjukkan pada Gambar 7.

7. Konversi Bilangan Integer dalam Sistem Desimal ke Sistem Biner

Bentuk gelombang atas dan bawah mewakili nilai yang sama, kecuali yang pertama dapat dimengerti, misalnya, untuk perangkat analog, seperti pengukur level tegangan linier, dan yang kedua untuk perangkat digital, termasuk komputer yang memproses data pada bahasa tersebut. Bentuk gelombang bawah ini terlihat seperti gelombang kotak isian variabel, mis. rasio yang berbeda dari nilai maksimum ke nilai minimum dari waktu ke waktu. Konten variabel ini mengkodekan nilai biner dari sinyal yang akan dikonversi, maka nama "modulasi kode pulsa" - PCM.

Sekarang kembali ke mengubah sinyal analog nyata. Kita sudah tahu bahwa itu dapat digambarkan dengan garis yang menggambarkan level yang berubah dengan mulus, dan tidak ada yang namanya representasi melompat dari level ini. Namun, untuk kebutuhan konversi analog ke digital, kita harus memperkenalkan proses tersebut untuk dapat mengukur level sinyal analog dari waktu ke waktu dan mewakili setiap sampel yang diukur tersebut dalam bentuk digital.

Diasumsikan bahwa frekuensi di mana pengukuran ini akan dilakukan harus setidaknya dua kali frekuensi tertinggi yang dapat didengar seseorang, dan karena itu kira-kira 20 kHz, oleh karena itu, frekuensi yang paling 44,1kHz tetap menjadi sample rate yang populer. Perhitungan laju pengambilan sampel dikaitkan dengan operasi matematika yang agak rumit, yang, pada tahap pengetahuan kita tentang metode konversi ini, tidak masuk akal.

Lebih banyak lebih baik?

Semua yang saya sebutkan di atas dapat menunjukkan bahwa semakin tinggi frekuensi sampling, yaitu. mengukur tingkat sinyal analog secara berkala, semakin tinggi kualitas konversi, karena - setidaknya dalam arti intuitif - lebih akurat. Apakah itu benar? Kita akan tahu tentang ini dalam sebulan.