Оглавление

Обработка звука

Временные преобразования

Частотные преобразования

Амплитудные преобразования

Параллельная компрессия

Другие преобразования

Давайте рассмотрим основные виды обработки звука и случаи в которых она целесообразна. Обработка звука – это его преобразование, следовательно логично спросить: какими характеристиками обладает звук ? Что же преобразуется и изменяется ? Это:

• Амплитуда, громкость, динамический диапазон
• Частота, частотный диапазон
• Фаза

При этом в цифровом представлении звук также обладает следующими характеристиками: частота дискретизации, битрейд. Также следует учитывать то что мы с рождения привыкаем к тому что звук имеет свойство отражаться от поверхностей, создавая характерные эффекты: эхо, реверберация. Эти эффекты широко применяются в музыке. Также в качестве отдельной характеристики можно рассматривать положение звука по панораме. Следовательно логично разделить все виды обработки звука на несколько категорий:

• Амплитудные преобразования.
• Частотные преобразования.
• Временные преобразования.
• Другие преобразования (смешанные, фазовые, панорамы, частоты дискретизации, битрейда и.т.д.)

Давайте более подробно рассмотрим каждую из разновидностей обработки звука.

Обработка звука – динамика

В дискретном виде звук отображается с помощью кривых, которые в свою очередь несут информацию о громкости звука (амплитуде колебаний кривой) и частоте звука (период колебания волны). Под динамической обработкой звука понимается как простое увеличение громкости композиции, так и сужение и расширение динамического диапазона, при котором определённые звуки понижают свою громкость а определённые наоборот становятся более громкими. Давайте рассмотрим каждый из видов динамической обработки звука в отдельности.

Нормирование

Цифровой звук представляется конечно же в дискретном виде. Это значит то что информация о звуке передаётся с помощью цифр, которые в свою очередь находятся в некотором ограниченном диапазоне. Нормирование – это простое выравнивание громкости звука. Вы выделяете определённую часть композиции (или всю), после чего задаёте процент нормирования. Так, если зададите значение 100% – то самое большое значение "уровня громкости звука" примет самое большое доступное цифровое значение=100%. На сколько будет громким звук при воспроизведении ? Зависит от уровня громкости (микшера, проигрывателя), однако чем ниже процент нормирования – тем тише будет звук при одном и том же значении уровня громкости звука ( в микшере, проигрывателе).

Применение: Нормирование может быть применено как к отдельной партии трека, так и ко всей композиции. Во время процесса создания музыки для нормирования одной партии относительно другой используется микшер. Старайтесь всегда максимально использовать динамическое пространство и записывать звук так, чтобы он изначально занимал максимально широкий динамический диапазон. При нормировании все отсчёты умножаются на определённое число. Следовательно, если запись звука была произведена при слишком маленьком уровне звука – то при последующем нормировании звука будет частично потеряна динамика в качественном смысле. Так, если при записи звука максимальное значение отсчёта равнялось, допустим, 5, второго 4, то при нормировании их значения будут равняться 100 и 80 соответственно. Хотя если бы запись велась при корректном уровне записи, то динамический шаг был бы более маленьким (не 20 (0,1,2,3,4,5) при дальнейшем нормировании, а 100 (0,1,2,3…97,98,99)). Хотя даже если Вы записали звук на низком уровне – всё равно нормализуйте до 100%. Ведь таким образом Вы увеличите разницу между более громкими и более тихими значениями отсчётов, а значит расширите динамический диапазон, что всегда очень хорошо влияет на качество и динамику звучания.

До обработки:

После обработки:

Вступление / отступление

Если при нормировании все значения всех отсчётов умножаются на определённое число, то при создании эффектов вступления (Fade in) и отступления (Fade out) значение множетеля постепенно и линейно изменяется. При одновременном выделении правого и левого каналов эти эффекты создают ощущение постепенного увеличения/уменьшения громкости звука. При Выделении одного из каналов создаётся впечатление постепенного приближения/отдаления звука в один из каналов (на изображении мы имеем постепенное вступление и последующий уход звука в левый канал за счёт постепенного уменьшения уровня звука в правом канале).

Примечание: Используйте эффекты вступления и отступления для всей композиции. Это позволит сделать переходы между композициями более плавными (некоторые проигрыватели имеют встроенную функцию с этим эффектом) а восприятие всего альбома более качественным (хотя это вовсе не правило а скорее норма). Тоже самое касается и отдельных партий – используйте эти эффекты для более плавного вступления/отступления. Иногда такая обработка звука необходима для устранения щелчков в начале/конце аудио файлов (возникающих в следствие резкого перепада значений кривых). В аудио-примере Вы можете послушать примеры использования этих эффектов.

После обработки:

Огибающие

Огибающие позволяют добиться более динамичного управления уровнем звука. По сути создаётся определённая функция, значения которой могут изменяться не линейно, и её значения перемножаются с значением отсчётов. Лично я в своей практике практически не пользовался огибающими на этапе обработки отдельной партии или всей композиции, так как мне хватало обработки звука нормализацией и эффектами вступления/отступления (которые для этого и созданы).

Примечание: Огибающие имеет смысл использовать при обработке отдельных звуков. Огибающие позволяют задать форму тембра и используются практически во всех синтезаторах. Каждый звук имеет характеристики: времени атаки, затухания, держания, конечного затухания (в синтезаторах: ADSR). Это в частности позволяет нам распознавать и отличать одни звуки от других (но не является единственным свойством тембра звука).

После обработки:

Компрессия

Компрессия – сужение динамического диапазона, уровень звука наиболее громких звуков искуственно понижается, после чего уровень звука всех звуков повышается. Так, давайте представим, то что на изображении синяя черта (порог срабатывания компрессора) отделяет наиболее громкие звуки, значение отсчётов которых больше 80. После обработки компрессором их значения уменьшаются в определённой степени и не превышают синюю черту (второй этап на изображении). После чего мы имеем свободную область в динамическом диапазоне: 80-100 и все отсчёты с громкостью 0-60. Значения отсчётов умножаются так, чтобы значение 60 стало равно 100 (этап 3 на изображении). Благодаря этому типу обработки звука уменьшается разница между наиболее громкими и наиболее тихими звуками, благодаря чему в большинстве случаев увеличивается разборчивость. Однако следует заметить то что сужение динамического диапазона не всегда полезно, так как исчезает динамика композиции, музыка начинает монотонно звучать на одном уровне, теряет свою живость.

Ну а теперь давайте более подробно рассмотрим как работает компрессор. Как только уровень звука превышает определённый порог, – звук начинает обрабатываться, т.е. компрессор начинает своё действие. Это действие заключается в искусственном уменьшении уровня звука. При этом компрессор имеет следующие параметры (кроме значения порога): атака (как быстро звук начнёт подавляться компрессором), уровень компресии (на сколько сильно будет уменьшен уровень звука), отступление (в течение какого промежутка времени звук перестаёт подавляться). Так, ниже на картинке приведен пример обработки компрессором равномерного сигнала. При этом значение порога равно уровню постоянного сигнала, т.е. компрессор будет работать всегда. Однако видно то что звук подавляется не равномерно а постепенно, в течение определённого промежутка времени, сразу после превышения уровня звука. Этот пример не имеет никакой практической ценности, кроме как показать Вам действие компрессора. На практике компрессор применяется для обработки сложных сигналов (музыки, отдельных партий), которые конечно же имеют пики (см.верхнее изображение ). На их подавление и настраивается компрессор.

Примечание: Дано очень поверхностное описание компрессора. Это тема для отдельной статьи,Вы можете ознакомиться со статьёй "компрессия на практике" для лучшего понимания этого типа обработки звука. Компрессия используется как для обработки отдельных партий, так и для обработки всей композиции (часто заменяется лимиттингом и максимайзенгом). Сегодня компрессия используется очень активно, так как простым слушателем более громкий звук воспринимается более качественным, в то время как на самом деле он обладает худшей динамикой. В то же время использование компрессора порой просто необходимо, например при обработке вокала, иначе он перестаёт быть разборчивым после сведения с другими партиями композиции (эффект маскировки).

После обработки:

Лимиттинг

Лимиттер – это компрессор с более агрессивным типом сужения динамического диапазона. Сам способ обработки звука не отличается от компрессии. Меньшее значение времени атаки (звуки не плавно подавляются а просто срезаются), большее значение увеличения громкости всех звуков.

Примечание: В отличии от компресии, лимиттинг используется практически только при обработке готовой композиции (после этапа сведения). Этот тип обработки звука предназначен для устранения нежелательных пиков, возникших на этапе сведения партий композиции. Также существует максимайзер. В отличие от лимиттера и компрессора – максимайзер включает в себя набор дополнительных обработчиков звука, применяемых на этапе мастеринга композиции, благодаря использованию которых можно добиться ещё более узкого динамического диапазона и в тоже время сделать конечное звучание композиции более приемлимым.

После обработки:

Экспандинг

Если компрессор подавляет звук после того как его уровень превышает определённое значение, – то экспандер подавляет звук после того как его уровень станет меньше определённого значения. Во всём остальном экспандер схож с компрессором (параметры обработки звука).

Примечание: Применяется как один из инструментов подавления шума. При обработке звука задайте порог срабатывания немного выше уровня шума.

После обработки:

Дисторшн

При компресии а особенно при лимиттинге сужается динамический диапазон, теряется динамика. Волны всё больше принимают не синусойдные а квадратные формы за счёт искуственного ограничения уровня звука. Это хорошо видно на изобрежении. Однако, квадратная форма волны обладает самым большим количеством гармоник (синусоидная – самым меленьким). Чем больше гармоник – тем более богат тембр и более окрашено звучание. Дисторшн – это искусственное грубое сужение динамического диапазона с целью обогащения звука гармониками.

Примечание: Используется для обработки отдельных инструментов, таких как электро гитара.

После обработки:

Обработка звука – временные задержки

После своего рождения мы знакомимся с миром. Узнаём его законы, привыкаем к ним. После того как возбуждается (резонирует) определённое тело (истоник звука) – оно создаёт звуковые волны, которые равномерно распространятся в звуковой среде во все стороны, постепенно поглощаясь пространством. При этом звуковые волны отражаются от поверхностей, благодаря чему мы слышим эхо открытых пространств и реверберацию длинных пустых коридоров, и не только… Обработка звука это также моделирование процессов, происходящих с волнами в реальном, акустическом мире.

Эхо

Вы слышали эхо. Стоит ли мне Вам рассказывать что это такое ? Вы кричите, звуковая волна отдаляется от Вас, спустя достаточно большое расстояние она встречает препятствие которое не может обогнуть (эта способность зависит от частоты звука) и отражается в Вашем направлении. Вы слышите эхо – звуковое зеркало Вашего голоса. При моделировании эха используются достаточно сложные алгоритмы обработки звука (звуковые волны распространяются по разному в зависимости от частоты звука и не только, отражаются по разному в зависимости от поверхностей и форм).

До обработки:

После обработки:

Дилей

Если при эхо учитываются законы распостранения звуковых волн в пространстве, то дилей – это простое повторение звука с опеделённой периодичностью и степенью затухания.

Примечание: И дилей и эхо используются для обработки отдельных партий/звуков. Эти эффекты могут обогатить и разнообразить Вашу композицию, так как можно легко настроить отражения/повторения звука так, чтобы они совпадали с темпом композиции.

После обработки:

Реверберация

Реверберация – это тоже отражение звука. Чем реверберация отличается от эхо ? В своём подавляющем большинстве она живёт в помещениях. Громко хлопните в ладоши. Кроме звука самого хлопка (который закончится практически сразу после самого хлопка) – Вы услышите отражения звуковой волны от стенок. При этом звуковая волна отражается от одной стенки, Вы слышите это отражение, но волна идёт к другой стенке и опять отражается от неё (Вы опять слышите звуковую волну), и так происходит до полного затухания звуковой волны. Попробуйте похлопать в различных комнатах, изучите разницу характерных акустических призвуков этих помещений. Наиболее заметна реверберация в объёмных помещениях, церквях, тунелях и.т.д. Ну и аудио-пример должен Вам подсказать что слушать чтобы услышать. Однако, конечно же, отличие реверберации от эха не её нахождение в помещениях. Разница во времени отражении. Если время отражения превышает определённое значение (если не ошибаюсь – 0.3 сек), то это отражение воспринимается нашим мозгом как отдельный звук – эхо. Если время отражения меньше – то отражения звука воспринимаются как характеный призвук, реверберация. Грубо говоря при обработке звука ревербератором – с небольшим периодом добавляются копии этого звука, постепенно затухающие. На практике, если ревербератор хороший (импульсный) – всё гораздо сложнее. Также учитываются сложные процессы, происходящие при распространении/отражениях звуковой волны в пространстве.

Примечание: Реверберация также активно используется в современной музыки. С помощью реверберации достигается живость звучания, атмосферность. Частой ошибкой новичков является обилие реверберации, что приводит к более размазаному и глухому звучанию. Настройте ревебератор так, чтобы реверберация затухала до следующей сильной доли. Приемлимое время затухания реверберации зависит от темпа композиции.

После обработки:

Реверсивная реверберация

Интересный эффект, который достигается обработкой звука ревербератором и обращением по времени результата. Создаётся впечатление постепенного нарастания/приблежения звука до того как он начнёт звучать.

Примечание: Лично я использую в качестве эффекта, например чтобы подчеркнуть вступление определённого инструмента. Также эффективно звучит как самостоятельный звуковой эффект.

После обработки:

Примечание: К эффектам задержки звука также можно отнести и хорус/флангер, так как они тоже добавляют копии с определённой задержкой, но сдвижка по времени слишком мала.

Обработка звука – частотные преобразования

Спектрограмма

Если стандартно при открытии любого звукового редактора и последующего открытия звукового файла отображаются кривые, которые несут информацию скорее о громкости отдельных частей файла/динамике всего аудио файла, то открыв спектрограмму – Вы увидите частоты, которые присутствуют в нашем аудио файле. Работа со спектрограммой особенно удобна при очищении записей от шумов. В данном ряде примеров действия обработчиков звука показаны в изображениях с использованием примеров подавления белого шума (распределённого по всему частотному диапазону). Однако в пимерах, для большей слушабельности, даны музыкальные фрагменты.

FFT – быстрое преобразование Фурье

Самый быстрый и самый резкий/эфектичный способ подавления определённых частот. Я заметил то что если при использовании эквалайзера Вы полностью подавите определённую частоту – то она всёравно останется, хоть амплитуда волн с её периодом и будет значительно подавлена. Быстрое преобразование Фурье позволяет быстро и полностью избавиться от определённых частотных диапазонов, что очень удобно.

После обработки:

Параметрический эквалайзер

Параметрический эквалайзер – подавляет определённые частоты, с определённой степенью, с определённым радиусом (областью подавления частот вокруг заданной). На изображении эти параметры выделены зелёной и жёлтой областями.

Примечание: Имеет смысл использовать для подавления определённонр звука/призвука, который может заниметь очень узкий частотный диапазон. В примее слышен характерный призвук на высоких частотах, который получился в результате повышения узкого частотного диапазона в области высоких частот (на изображении выделен синей областью).

После обработки:

Графический эквалайзер

В отличие от параметрического эквалайзера, графический эквалайзер позволяет задать характер подавления определённых частот с помощью графика. Современные графические эквалайзеры позволяют нарисовать этот график с помощью мыши. Этот тип эквалайзера лучше подходит для изменения звучания определённого инструмента, так как позволяет изменять значения подавления всего частотного диапазона в разной степени.

Примеччание: При использовании эквалайзеров избегайте повышение полезных частот. Всегда подавляйте не нужные частоты, чтобы выделить полезные. Вокал лучше не обрабатывать эквлалайзером, так как наша слуховая система особенно чувствительна к изменению его тембров. Эквализация активно применяется на этапе сведения, когда определённым инструментам отдаётся определённые частотные диапазоны в которых они звучат (этот же частотный диапазон у других инструментов подавляется, если там присутствуют частоты, которые в таком случае называются конфликтными). В результате композиция звучит гораздо чище и прозрачней, в то время как в отдельности партии звучат хуже чем раньше. Более детальное рассмотение эквализации также требует отдельной статьи.

После обработки:

Питч/время

Вы можете задать более быстрое/медленное воспроизведение аудио файла, в результате чего тембры станут более высокими/низкими. По аналогии с эффектами нормализации/огибающих, также можно сказать то что идёт изменение путём умножения кривой на определённый множитель (функцию). Однако так как изменяется на громкость а частоты – то и изменяются периоды волн а не значения отсчётов (ось х (время) а не у (амплитуда)).

После обработки:

Деэссер / Тюннинг вокала

Деэссер применяется для удаления из вокала свистящих (обилие которых вызвано неправильной записью вокала или самим вокалистом). Тюннинг вокала применяется для искусственного подстраивания вокала под ноты/сильные доли. Т.е. достижения чувства ритма и умение попадать в ноты, чем могут похвастаться далеко не все. (простите, аудио-примеров нет, melodyne не установлен)

Обработка звука – другие преобразования

Также хотелось бы рассмотреть те виды обработки звука, которые не попали под классификацию, так как в своём большинстве используют как преобразование частот и амплитуды, так и фазы, добавление копий и.т.д.

Фазер / инверсия

Фазер производит сдвиг волны по фазе. Он производит задержку звука от 0.0001 мс до 20мс, в результате чего достигается интересный эффект (а-ля вращение колонок). Нужно учитывать то, что фазер может сдвигать фазу, в результате чего например могут возникнуть проблемы совместимости стерео и моно версий трека. Инверсия фазы используется при вырезании определённых инструментов из чей-то записи, подробнее тут: как вырезать вокал из песни.

После обработки фазером:

Хорус

Хорус используется для добавления копий звука/сигнала, с незначительными временными задержками, сдвигами по частоте и панораме. В результате чего возникает чувство "размножения" оригинального источника звука. Хорус часто используется при обработке вокала. После обработки хорусом его тембр звучит более богато и плотно.

После обработки:

Флангер

Флангер – это практически тоже самое что и хорус (происходит небольшая задержка сигнала), только с обратной связью (feedback), т. е. задержка еще раз посылается в себя. Следовательно флангер с выключенным фидбэком становится хорусом.

После обработки:

Вокодер

Вокодер в первую очередь предназначен для работы с вокалом. Вам наверняка доводилось слышать голос "Робота" – это результат обработки вокала вокодером. Вокодер работает с двумя источниками:
1) Голос, который нужно обработать.
2) Источник синтезирующего звука – синтезатор, гитара, другой голос.
Далее происходит смешивание этих двух сигналов: Анализируются форманты вокала (резонансные частоты голосового тракта) и передаются ко второму сигналу, который и придаёт голосу новый окрас тембра.

После обработки:

Реверсия

Обращение кривых по времени уже было рассмотрено ранее при описании эффекта реверсивной ревеберации. Примечательно то что полноценно обратить аудио запись в режиме реальной обработки звука практически невозможно. Звук должен быть записан и сохранён. После этого он обращается по времени. На изображении я выделил разноцветными участками одни и те же, но обращённые по времени части.

Панорамирование

Панорамирование, работа со стерео панорамой, производится как увеличением/уменьшением уровня громкости определённого канала, так и добавлением различных стерео эффектов (например стерео дилея).

Примечание: Не панорамируйте строго в правый и левый каналы звуки/партии инструментов с низкими частотами. Наш слуховой аппарат не способен различать их положение по панораме, так что они традиционно панорамируются в центре. Также при панорамировании следует помнить о частотных искажениях (см. статью панорамирование )

Подавление шума

В записях почти всегда есть шум. Для его подавления используются специальный инструменты. Выделяется часть аудио файла где нет ничего кроме шума, сохраняется образ (распределение шума по частотам и уровень шума). После чего выделяется весь аудиофайл, импортируется шумовой образ и файл очищяется от шума. Более подробно рассмотено например в статье: "звукозапись в домашних условиях".

Примечание: Старайтесь использовать только качественные записи или полностью подавляйте шум, иначе шумы вылезут пи сужении динамического диапазона. Невозможно добиться качественного звучания композиции, созданной из некачественных материалов, с помощью плохих инструментов, без наличия опыта у автора.