">
Прикладные науки Технология
Информация о работе

Тема: Звук

Описание: Природа звука. Формы его представления. Цифровой. Оцифровка звука и его хранение на цифровом носителе. Преобразование из цифрового вида в аналоговый. Преимущества и его недостатки. Основные процессы обработки. Программное обеспечение. Анализ программ для обработки.
Предмет: Прикладные науки.
Дисциплина: Технология.
Тип: Курсовая работа
Дата: 27.08.2012 г.
Язык: Русский
Скачиваний: 62
Поднять уникальность

Похожие работы:

Оглавление

Оглавление2

Введение3

1. Звук.4

1.1 Природа звука4

1.2 Звук и формы его представления7

2. Цифровой звук9

2.1. Оцифровка звука и его хранение на цифровом носителе9

2.2.Преобразование звука из цифрового вида в аналоговый11

2.3 Преимущества и недостатки цифрового звука12

2.4 Основные процессы обработки звука14

2.5 Программное обеспечение16

3. Сравнительный анализ программ для обработки звука.26

3.1. Adobe Audition26

3.2. Sony Sound Forge29

Заключение.32

Список литературы33

Введение

Цифровые технологии изо дня в день все больше наполняют окружающий нас мир, и этот процесс со временем только ускоряется. В повседневном обиходе любого из нас уже сегодня присутствует большое число самых различных цифровых устройств. Цель данной курсовой работы - рассмотреть принципы цифрового звука и программного обеспечения для его обработки.

В настоящее время мы все чаще сталкиваемся с цифровым звуком. Скачиваем музыку из интернета, используем портативные mp3-плееры, ставим любимую мелодию на звонок мобильного телефона. Существенная часть современной музыки создается с помощью компьютера. Уже не нужно большое количество музыкантов и инструментов, ведь их может заменить всего один человек и соответствующее программное обеспечение для синтезирования и обработки звука. Даже человек далекий от создания музыки все чаще сталкивается с возможностью обработки звука. Например, чтобы поставить припев запомнившейся песни на звонок телефона или при создании слайдшоу пригодится сделать «нарезку» из подходящей по настроению музыки.

Нас окружает звук. Сейчас, все чаще, цифровой звук. Поэтому основными задачами данной курсовой работы являются:

- рассмотрение природы звука

- описание принципов цифрового звука

- обзор систем обработки звука и принципов из работы

- сравнительный анализ наиболее популярных систем обработки звука.

1. Звук.

1.1 Природа звука

Понятие «звук» самым тесным образом связано с понятием «волна». Это понятие часто вызывает затруднения при попытке дать ему внятное определение. С одной стороны, волна – это что-то, что связано с движением, нечто, распространяющееся в пространстве, как, например, волны, расходящиеся кругами от брошенного в воду камня. С другой стороны, известно, что лежащая на поверхности воды ветка почти не станет двигаться в направлении распространения волн от брошенного рядом камня, а будет в основном лишь колыхаться на воде. Тогда что переносится в пространстве при распространении волны? Оказывается, в пространстве переносится некоторое возмущение. Брошенный в воду камень вызывает всплеск – изменение состояния поверхности воды, и это возмущение передается от одной точки водоема к другой в виде колебаний поверхности. Таким образом, волна – это процесс перемещения в пространстве изменения состояния.

Звуковая волна (звуковые колебания) – это передающиеся в пространстве механические колебания молекул вещества (например, воздуха). В результате каких-то возмущений (например, в результате колебаний диффузора громкоговорителя или гитарной струны), вызывающих движение и колебания воздуха в определенной точке пространства, возникает перепад давления в этом месте, так как воздух в процессе движения сжимается, в результате чего возникает избыточное давление, толкающее окружающие слои воздуха. Эти слои сжимаются, что в свою очередь снова создает избыточное давление, влияющее на соседние слои воздуха. Так, как бы по цепочке, происходит передача первоначального возмущения в пространстве из одной точки в другую. Этот процесс описывает механизм распространения в пространстве звуковой волны. Тело, создающее возмущение (колебания) воздуха, называют источником звука. Понятие «звук» означает всего лишь воспринимаемый слуховым аппаратом человека набор звуковых колебаний.

Звуковые колебания, а также вообще все колебания, как известно из физики, характеризуются амплитудой (интенсивностью), частотой и фазой. В отношении звуковых колебаний очень важно упомянуть такую характеристику, как скорость распространения. Скорость распространения колебаний зависит от среды, в которой колебания распространяются. На эту скорость влияют такие факторы, как упругость среды, ее плотность и температура. Так, например, чем выше температура среды, тем выше в ней скорость звука. В нормальных (при нормальной температуре и давлении) условиях скорость звука в воздухе составляет приблизительно 330 м/с. Таким образом, время, через которое слушатель начинает воспринимать звуковые колебания, зависит от удаленности слушателя от источника звука, а также от характеристик среды, в которой происходит распространение звуковой волны. Немаловажно заметить, что скорость распространения звука почти не зависит от частоты звуковых колебаний. Это означает что звук воспринимается именно в той последовательности, в какой он создается источником. Если бы это было не так, и звук одной частоты распространялся бы быстрее звука другой частоты, то вместо, например, музыки, мы бы слышали резкий и отрывистый шум.

Звуковым волнам присущи различные явления, связанные с распространением волн в пространстве. Перечислим наиболее важные из них.

Интерференция - усиление колебаний звука в одних точках пространства и ослабление колебаний в других точках в результате наложения двух или нескольких звуковых волн. Когда мы слышим звуки разных, но достаточно близких частот сразу от двух источников, к нам приходят то гребни обеих звуковых волн, то гребень одной волны и впадина другой. В результате наложения двух волн, звук то усиливается, то ослабевает, что воспринимается на слух как биения. Этот эффект называется интерференцией во времени. Эффект возникновения биений используется при настройке двух музыкальных тонов в унисон (например, при настройке гитары): настройку производят до тех пор, пока биения перестают ощущаться.

Звуковая волна, при ее падении на границу раздела с другой средой, может отразиться от границы раздела, пройти в другую среду, изменить направление движения - преломиться от границы раздела (это явление называют рефракцией), поглотиться или одновременно совершить несколько из перечисленных действий. Степень поглощения и отражения зависит от свойств сред на границе раздела.

Энергия звуковой волны в процессе ее распространения поглощается средой. Этот эффект называют поглощением звуковых волн. Существование эффекта поглощения обусловлено процессами теплообмена и межмолекулярного взаимодействия в среде. Важно отметить, что степень поглощения звуковой энергии зависит как от свойств среды (температура, давление, плотность), так и от частоты звуковых колебаний: чем выше частота звуковых колебаний, тем большее рассеяние претерпевает на своем пути звуковая волна.

Очень важно упомянуть также явление волнового движения в замкнутом объеме, суть которого состоит в отражении звуковых волн от стенок некоторого закрытого пространства. Отражения звуковых колебаний могут сильно влиять на конечное восприятие звука - изменять его насыщенность, глубину. Так, звук идущий от источника, расположенного в закрытом помещении, многократно ударяясь и отражаясь от стен помещения, воспринимается слушателем как звук, сопровождающийся специфическим гулом. Такой гул называется реверберацией (от лат. « reverbero » - «отбрасываю»). Эффект реверберации очень широко используется в звукообработке с целью придания звучанию специфических свойств и тембральной окраски.

Способность огибать препятствия – еще одно ключевое свойство звуковых волн, называемое в науке дифракцией. Степень огибания зависит от соотношения между длиной звуковой волны (ее частотой) и размером стоящего на ее пути препятствия или отверстия. Если размер препятствия оказывается намного больше длины волны, то звуковая волна отражается от него. Если же размеры препятствия оказываются сопоставимыми с длиной волны или оказываются меньше ее, то звуковая волна дифрагирует.

Еще один эффект, связанный с волновым движением, о котором нельзя не вспомнить - эффект резонанса. Он заключается в следующем. Звуковая волна, создаваемая некоторым колеблющимся телом, распространяясь в пространстве, может переносить энергию колебаний другому телу (резонатору), которое, поглощая эту энергию, начинает колебаться, и, фактически, само становится источником звука. Так исходная звуковая волна усиливается, и звук становится громче. Надо заметить, что в случае появления резонанса, энергия звуковой волны расходуется на «раскачивание» резонатора, что соответственно сказывается на длительности звучания.

Эти и другие явления учитываются и широко используются во многих областях, таких как акустика, звукообработка и радиолокация.

1.2 Звук и формы его представления

 Как было сказано выше, звук – это слышимые человеком колебания, распространяющиеся в пространстве. Что же представляет собой звук в аудио аппаратуре?

В звуковой аппаратуре звук представляется либо непрерывным электрическим сигналом, либо набором цифр (нулей и единиц). Аппаратура, в которой рабочий сигнал является непрерывным электрическим сигналом, называется аналоговой аппаратурой(например, бытовой радио приемник или стерео усилитель), а сам рабочий сигнал – аналоговым сигналом.

Преобразование звуковых колебаний в аналоговый сигнал можно осуществить, например, следующим способом. Мембрана из тонкого металла с намотанной на нее катушкой индуктивности, подключенная в электрическую цепь и находящаяся в поле действия постоянного магнита, подчиняясь колебаниям воздуха и колеблясь вместе с ним, вызывает соответствующие колебания напряжения в цепи. Эти колебания как бы моделируют оригинальную звуковую волну. Приблизительно так работает привычный для нас микрофон. Полученный в результате такого преобразования аналоговый аудио сигнал может быть записан на магнитную ленту и впоследствии воспроизведен.

Аналоговый сигнал с помощью специального процесса может быть представлен в виде цифрового сигнала – некоторой последовательности чисел. Таким образом, аналоговый звуковой сигнал может быть «введен» в компьютер, обработан цифровыми методами и сохранен на цифровом носителе в виде некоторого набора описывающих его дискретных значений.

Аналоговый или цифровой аудио сигнал – это лишь формы представления звуковых колебаний материи, придуманных человеком для того, чтобы иметь возможность анализировать и обрабатывать звук. Непосредственно аналоговый или цифровой сигнал в его исходном виде не может быть «услышан». Чтобы воссоздать закодированное в цифровых данных звучание, необходимо вызвать соответствующие колебания воздуха, потому что именно эти колебания и есть звук. Это можно сделать лишь путем организации вынужденных колебаний некоторого предмета, расположенного в воздушном пространстве (например, диффузора громкоговорителя). Колебания предмета вызывают колебаниями напряжения в электрической цепи. Эти самые колебания напряжения и есть аналоговый

сигнал. Таким образом, чтобы «прослушать» цифровой сигнал, необходимо вернуться от него к аналоговому сигналу. А чтобы «услышать» аналоговый сигнал нужно с его помощью организовать колебания диффузора громкоговорителя.

2. Цифровой звук

В данной главе мы рассмотрим теоретические и практические основы цифрового звука, выявим возможности и основные приемы его использования.

Что именно мы знаем о звуковых возможностях компьютера, кроме того, что в нашем домашнем компьютере установлена звуковая плата и две колонки? К сожалению, единственное использование звуковой карты, которое находит простой пользователь – это вывод звука в играх и прослушивание коллекции аудио. А, ведь, даже самая простая на сегодняшний день звуковая плата, установленная почти в каждом компьютере, может намного больше - она открывает широчайшие возможности для всех, кто любит и интересуется музыкой и звуком, а для тех, кто хочет создавать свою музыку, звуковая карта может стать всемогущим инструментом.

2.1. Оцифровка звука и его хранение на цифровом носителе

Цифровой звук – это способ представления электрического сигнала посредством дискретных численных значений его амплитуды. Допустим, мы имеем аналоговую звуковую дорожку хорошего качества и хотим «ввести» ее в компьютер (то есть оцифровать) без потери качества. Звуковая волна – это некая сложная функция, зависимость амплитуды звуковой волны от времени. Казалось бы, что если это функция, то можно записать ее в компьютер «как есть», то есть описать математический вид функции и сохранить в памяти компьютера. Однако практически это невозможно, поскольку звуковые колебания нельзя представить аналитической формулой. Остается один путь – описать функцию путем хранения ее дискретных значений в определенных точках. Иными словами, в каждой точке времени можно измерить значение амплитуды сигнала и записать в виде чисел. Однако и в этом методе есть свои недостатки, так как значения амплитуды сигнала мы не можем записывать с бесконечной точностью, и вынуждены их округлять. Говоря иначе, мы будем приближать эту функцию по двум координатным осям – амплитудной и временной. Таким образом, оцифровка сигнала включает в себя два процесса - процесс дискретизации и процесс квантования. Процесс дискретизации - это процесс получения значений величин преобразуемого сигнала в определенные промежутки времени (рис. 1).



Рис. 1 процесс дискретизации

Квантование - процесс замены реальных значений сигнала приближенными с определенной точностью (рис. 2). Таким образом, оцифровка – это фиксация амплитуды сигнала через определенные промежутки времени и регистрация полученных значений амплитуды в виде округленных цифровых значений (так как значения амплитуды являются величиной непрерывной, нет возможности конечным числом записать точное значение амплитуды сигнала, именно поэтому прибегают к округлению). Записанные значения амплитуды сигнала называются отсчетами. Очевидно, что чем чаще мы будем делать замеры амплитуды (чем выше частота дискретизации) и чем меньше мы будем округлять полученные значения (чем больше уровней квантования), тем более точное представление сигнала в цифровой форме мы получим. Оцифрованный сигнал в виде набора последовательных значений амплитуды можно сохранить.



Рис. 2 процесс квантования

На практике, процесс оцифровки остается невидимым для пользователя - всю работу делают разнообразные программы, которые дают соответствующие команды драйверу звуковой карты. Любая программа, способная осуществлять запись аналогового сигнала в компьютер, так или иначе оцифровывает сигнал с определенными параметрами, которые могут оказаться важными в последующей работе с записанным звуком, и именно по этой причине важно понять как происходит процесс оцифровки и какие факторы влияют на ее результаты.

2.2.Преобразование звука из цифрового вида в аналоговый

Для преобразования дискретизованного сигнала в аналоговый вид, пригодный для обработки аналоговыми устройствами и последующего воспроизведения через акустические системы, служит цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). Процесс преобразования представляет собой обратный процесс дискретизации: имея информацию о величине отсчетов (амплитуды сигнала) и беря определенное количество отсчетов в единицу времени, путем интерполирования происходит восстановление исходного сигнала  (рис. 3).



Рис. 3 восстановление аналогового сигнала

В современном компьютере звук воспроизводится и записывается с помощью звуковой карты, подключаемой либо встроенной в материнскую плату компьютера. Задача звуковой карты в компьютере – ввод и вывод аудио. Практически это означает, что звуковая карта является тем преобразователем, который переводит аналоговый звук в цифровой и обратно.

2.3 Преимущества и недостатки цифрового звука

С точки зрения обычного пользователя выгоды много - компактность современных носителей информации позволяет ему, например, перевести все диски и пластинки из своей коллекции в цифровое представление и сохранить на долгие годы на небольшом трехдюймовом винчестере или на десятке-другом компакт дисков; можно воспользоваться специальным программным обеспечением и хорошенько «почистить» старые записи с бобин и пластинок, удалив из их звучания шумы и треск; можно также не просто скорректировать звучание, но и приукрасить его, добавить сочности, объемности,  восстановить частоты. В последнее время появилась огромная масса различной портативной цифровой аудио аппаратуры, возможности даже самого среднего представителя которой зачастую позволяют с легкостью взять с собой в дорогу коллекцию музыки, равную по длительности звучания десяткам часов.

С точки зрения профессионала цифровой звук открывает поистине необъятные возможности. Если раньше звуковые и радио студии размещались на нескольких десятках квадратных метров, то теперь их может заменить хороший компьютер, который по возможностям превосходит десять таких студий вместе взятых, а по стоимости оказывается многократно дешевле одной. Это снимает многие финансовые барьеры и делает звукозапись  более доступной и профессионалу и простому любителю. Современное программное обеспечение позволяет делать со звуком все что угодно. Раньше различные эффекты звучания достигались с помощью хитроумных приспособлений, которые не всегда являли собой верх технической мысли или же были просто устройствами кустарного изготовления. Сегодня, самые сложные и просто невообразимые раньше эффекты достигаются путем нажатия пары кнопок. Конечно, вышесказанное несколько утрировано и компьютер не заменяет человека – звукооператора, режиссера или монтажера, однако с уверенностью можно сказать, что компактность, мобильность, колоссальная мощность и обеспечиваемое качество современной цифровой техники, предназначенной для обработки звука, уже сегодня почти полностью вытеснило из студий старую аналоговую аппаратуру.

Конечно, цифровая техника тоже имеет свои недостатки.  Многие (профессионалы и любители) отмечают, что аналоговый звук слушался живее. И это не просто дань прошлому. Как мы сказали выше, процесс оцифровки вносит определенную погрешность в звучание, кроме того, различная усиливающая цифровая аппаратура привносит так называемые «транзисторные шумы» и другие специфические искажения. Термину «транзисторный шум», пожалуй, нет точного определения, но можно сказать, что это хаотичные колебания в области высоких частот. Не смотря на то, что слуховой аппарат человека способен воспринимать частоты до 20 кГц, похоже, все-таки, человеческий мозг улавливает и более высокие частоты. И именно на подсознательном уровне человек все же ощущает аналоговое звучание чище, чем цифровое.

Впрочем, у цифрового представления данных есть одно неоспоримое и очень важное преимущество – при сохранном носителе данные на нем не искажаются с течением времени. Если магнитная лента со временем размагничивается и качество записи теряется, если пластинка царапается и к звучанию прибавляются щелчки и треск, то компакт-диск или электронная память либо читается, либо нет, а эффект старения отсутствует.

2.4 Основные процессы обработки звука

Под обработкой звука следует понимать различные преобразования звуковой информации с целью изменения каких-то характеристик звучания. К обработке звука относятся способы создания различных звуковых эффектов, фильтрация, а также методы очистки звука от нежелательных шумов, изменения тембра и т.д. Все это огромное множество преобразований сводится, в конечном счете, к следующим основным типам:

1.  Амплитудные преобразованияВыполняются над амплитудой сигнала и приводят к ее усилению/ослаблению или изменению по какому-либо закону на определенных участках сигнала.

2.  Частотные преобразованияВыполняются над частотными составляющими звука: сигнал представляется в виде спектра частот через определенные промежутки времени, производится обработка необходимых частотных составляющих, например, фильтрация, и обратное «сворачивание» сигнала из спектра в волну.

3.  Фазовые преобразованияСдвиг фазы сигнала тем или иным способом; например, такие преобразования стерео сигнала, позволяют реализовать эффект вращения или «объёмности» звука.

4.  Временные преобразованияРеализуются путем наложения, растягивания/сжатия сигналов;  позволяют создать, например, эффекты эха или хора, а также повлиять на пространственные характеристики звука.

Приведем несколько практических примеров использования указанных видов преобразования при создании реальных звуковых эффектов.

Echo (эхо) Реализуется с помощью временных преобразований. Фактически для получения эха необходимо на оригинальный входной сигнал наложить его задержанную во времени копию. Для того, чтобы человеческое ухо воспринимало вторую копию сигнала как повторение, а не как отзвук основного сигнала, необходимо время задержки установить равным примерно 50 мс. На основной сигнал можно наложить не одну его копию, а несколько, что позволит на выходе получить эффект многократного повторения звука (многоголосного эха). Чтобы эхо казалось затухающим, необходимо на исходный сигнал накладывать не просто задержанные копии сигнала, а приглушенные по амплитуде.

Reverberation (повторение, отражение). Эффект заключается в придании звучанию объемности, характерной для большого зала, где каждый звук порождает соответствующий, медленно угасающий отзвук. Практически, с помощью реверберации можно «оживить», например, фонограмму, сделанную в заглушенном помещении. От эффекта «эхо» реверберация отличается тем, что на входной сигнал накладывается задержанный во времени выходной сигнал, а не задержанная копия входного. Иными словами, блок реверберации упрощенно представляет собой петлю, где выход блока подключен к его входу, таким образом уже обработанный сигнал каждый цикл снова подается на вход смешиваясь с оригинальным сигналом.

Chorus (хор). В результате его применения звучание сигнала превращается как бы в звучание хора или в одновременное звучание нескольких инструментов. Схема получения такого эффекта аналогична схеме создания эффекта эха с той лишь разницей, что задержанные копии входного сигнала подвергаются слабой частотной модуляции (в среднем от 0.1 до 5 Гц) перед смешиванием со входным сигналом. Увеличение количества голосов в хоре достигается путем добавления копий сигнала с различными временами задержки.

Механизмы для обработки сигналов существуют как в программном, так и в аппаратном исполнениях (так называемые эффект-процессоры). Например, вокодеры и гитарные процессоры, хорусы и ревербераторы существуют в виде аппаратуры, а также в виде программ.

Практическую обработку сигналов можно разделить на два типа: обработка «на лету» и пост-обработка. Обработка «на лету» подразумевает мгновенное преобразование сигнала (то есть с возможностью осуществлять вывод обработанного сигнала почти одновременно с его вводом). Такая обработка происходит мгновенно, то есть, скажем, исполнитель поет в микрофон, а эффект-процессор преобразует его голос и слушатель слышит уже обработанный вариант голоса. Пост-обработка – это обработка уже записанного сигнала. Скорость такой обработки может быть сильно ниже скорости воспроизведения. Такая обработка преследует те же цели, то есть придание звуку определенного характера, либо изменение характеристик, однако применяется на стадии мастеринга или подготовки звука к тиражированию, когда не требуется спешка, а важнее качество и скрупулезная проработка всех нюансов звучания.

2.5 Программное обеспечение

В данной главе будут кратко рассмотрены примеры программ различного типа для работы со звуком.

Наиболее важный класс программного обеспечения – редакторы цифрового аудио. Основные возможности таких программ это - обеспечение возможности записи (оцифровки) аудио и сохранение на диск. Развитые представители такого рода программ позволяют намного больше: запись, многоканальное сведение аудио на нескольких виртуальных дорожках, обработка специальными эффектами, очистка от шумов, имеют развитую навигацию, управление внешними устройствами, преобразование аудио из формата в формат, генерация сигналов, запись на компакт диски и многое другое. Некоторые из таких программ: Cool Edit Pro (Syntrillium), Sound Forge (Sonic Foundry), Nuendo (Steinberg), Samplitude Producer (Magix), Wavelab (Steinberg).

Основные возможности редактора Cool Edit Pro 2.0 (рис.4): редактирование и сведение аудио на 128 дорожках, 45 встроенных DSP-эффектов, включая инструменты для мастеринга, анализа и реставрации аудио, 32-битная обработка, поддержка аудио с параметрами 24 бит / 192 КГц, поддержка DirectX, поддержка работы с видео и MIDI и прочее.



Рис. 4 пример рабочего окна программы в многодорожечном режиме

Основные возможности редактора Sound Forge (рис.5): мощные возможности не деструктивного редактирования, многозадачная фоновая обработка заданий, поддержка файлов с параметрами до 32 бит / 192 КГц, менеджер предустановок, поддержка файлов более 4 Гб, работа с видео, большой набор эффектов обработки, восстановление после зависаний, предпрослушивание примененных эффектов, спектральный анализатор и прочее.



Рис. 5 пример рабочего окна программы

Не менее важная в функциональном смысле группа программ – секвенсоры (программы для написания музыки). Чаще всего, такие программы используют MIDI-синтезатор (аппаратный внешний или встроенный почти в любую звуковую карту, либо программный, организуемый специальным программным обеспечением). Такие программы предоставляют пользователю либо привычный нотный стан (как, например, программа Finale от CODA), либо более распространенный способ редактирования аудио на компьютере, так называемый, piano-roll (это более понятное представление музыки для людей, не знакомых с нотами; в таком представлении вертикально имеется ось с изображением клавиш пианино, а горизонтально откладывается время, таким образом, ставя на пересечении штрихи разной длинны, добиваются звучания определенной ноты с определенной продолжительностью). Встречаются и программы, позволяющие просматривать и редактировать аудио в обоих представлениях. Развитые секвенсоры помимо редактирования аудио во многом могут дублировать возможности редакторов цифрового аудио – осуществлять запись на CD, совмещать MIDI-дорожки с цифровыми сигналами и осуществлять мастеринг. Яркие представители такого класса программ: Cubase (Steinberg), Logic Audio (Emagic), Cakewalk (Twelve Tone Systems) и уже упомянутый Finale.

Основные возможности редактора Cubase 5.1 (рис.): редактирование музыки в реальном времени используя графическое представление информации, высокое разрешение редактора (15360 пульсов на четверть), практически не лимитированное количество дорожек, 72 аудио канала, 4 эквалайзера на канал и другие поканальные эффекты, встроенные инструменты обработки с использованием аналогового моделирования (виртуальные инструменты, эффект процессоры, инструменты микширования и записи) и множество других возможностей.



Рис. 6 пример рабочего окна программы в режиме просмотра MIDI дорожек

Основные возможности редактора Logic Audio 5 (рис.7): работа со звука при точности в 32 бита, высокое временное разрешение событий, самоадаптируемый микшер аудио и MIDI, оптимизируемый интерфейс пользователя, синхронизация с видео, виртуально неограниченное число MIDI-дорожек, обработка звука в реальном времени, полная синхронизация с MTC, MMC, SMPTE, встроенные модули обработки и автоинструменты, поддержка большого количество аппаратного оборудования, а также множество других возможностей.



Рис. 7 пример рабочего окна программы

В наборе программ пользователя, занимающегося обработкой звука, имеется множество разных инструментов. Однако, не смотря на все разнообразие ПО, в программах часто используются схожие механизмы для обработки звука (например, процессоры эффектов и прочие). На каком-то этапе разработки аудио ПО, производители поняли, что удобнее сделать в своих программах возможность подключения внешних инструментов, чем каждый раз создавать заново инструменты для каждой отдельной программы.  Так что многие программы, относящиеся к той или иной группе программного обеспечения, позволяют подключать так называемые «плаг-ины» - внешние подключаемые модули, расширяющие возможности обработки звука. Это стало возможным в результате появления нескольких стандартов на интерфейс между программой и подключаемым модулем. На сегодняшний день существуют два основных стандарта на интерфейс: DX и VST. Существование стандартов позволяет подключать один и тот же плаг-ин к совершенно разным программам, не заботясь о возникновении конфликтов и неполадок. Говоря о самих плаг-инах, надо сказать, что это просто огромное семейство программ. Обычно, один плаг-ин является механизмом, реализующим какой-то конкретный эффект, например, реверберацию или низкочастотный фильтр.

Обработка звука и написание музыки – это не только творческий процесс. Иногда нужен скрупулезный анализ данных, а также осуществление поиска огрехов их звучания. Кроме того, аудио материал, с который приходится иметь дело, не всегда желаемого качества. В этой связи нельзя не вспомнить о целом ряде программ-анализаторов аудио, специально предназначенных для осуществления измерительных анализов аудио данных. Такие программы помогают представить аудио данные удобнее, чем обычные редакторы, а также внимательно изучить их с помощью различных инструментов, таких как FFT-анализаторы (построители динамических и статических амплитудно-частотных характеристик), построители сонограмм, и прочих. Одна из наиболее известных и развитых программ подобного плана – программа SpectraLAB (Sound Technology Inc.), чуть более простые, но мощные – Analyzer2000 и Spectrogram.

Программа SpectraLAB – наиболее мощный продукт подобного рода, существующий на сегодня (рис. 8 – пример рабочего окна программы, на экране: спектральная картина в трех представлениях и фазовая картина). Возможности программы: 3 режима работы (пост режим, режим реального времени, режим записи), основной инструментарий – осциллограф, спектрометр (двухмерный, трехмерный, а также построитель сонограмм) и фазометр, возможность сравнения амплитудно-частотных характеристик нескольких сигналов, широкие возможности масштабирования, измерительные инструменты: нелинейных искажений, отношения сигнал/шум, искажений и прочие.



Рис. 8 спектральная картина в трех представлениях и фазовая картина

Специализированные реставраторы аудио играют также немаловажную роль в обработке звука. Такие программы позволяют восстановить утерянное качество звучания аудио материала, удалить нежелательные щелчки, шумы, треск, специфические помехи записей с аудио-кассет, и провести другую корректировку аудио. Программы подобного рода: Dart, Clean (от Steinberg Inc.), Audio Cleaning Lab. (от Magix Ent.), Wave Corrector.

Основные возможности реставратора Clean 3.0 (рис.9): устранение всевозможных потрескиваний и шумов, режим автокоррекции, набор эффектов для обработки скорректированного звука, включая функцию «surround sound» с наглядным акустическим моделированием эффекта, запись CD с подготовленными данными, «интеллигентная» система подсказок, поддержка внешних VST плаг-инов и другие возможности.



Рис. 9 рабочее окно программы

Трекеры – это отдельная категория звуковых программ, предназначенных именно для создания музыки. Структура и концепция построения трекерных файлов очень похожа на принцип хранения MIDI-информации. В трекерных модулях (файлы, созданные в трекерах, принято называть модулями), также, как и в MIDI-файлах, содержится партитура в соответствии с которой должны проигрываться инструменты. Кроме того, в них содержится информация о том, какие эффекты и в какой момент времени должны быть применены при проигрывании того или иного инструмента. Однако, принципиальное отличие трекерных модулей от MIDI-файлов заключается в том, что проигрываемые в этих модулях инструменты (или, точнее сказать, сэмплы) хранятся в самих модулях (то есть внутри файлов), а не в синтезаторе (как это происходит в случае с MIDI). Такой способ хранения музыки имеет массу преимуществ: размер файлов невелик по сравнению с непрерывной оцифрованной музыкой (поскольку записываются только использованные инструменты и партитура в виде команд), нет зависимости звучания от компьютера, на котором происходит воспроизведение (в MIDI, как мы говорили, есть зависимость звучания от используемого синтезатора), имеется большая свобода творчества, поскольку автор музыки не ограничен наборов инструментов (как в MIDI), а может использовать в качестве инструмента любой оцифрованный звук. Основные программы-трекеры Scream Tracker, Fast Tracker, Impulse Tracker, OctaMED SoundStudio, MAD Tracker, ModPlug Tracker.

Программа ModPlug Tracker является сегодня одним из тех трекеров, сумевших стать универсальной рабочей средой для множества типов трекерных модулей (рис. 10 – пример рабочего окна программы, на экране: содержание дорожек одного загруженного модуля и рабочее окно сэмплов другого модуля). Основные возможности: поддержка до 64 физических каналов аудио, поддержка почти всех существующих форматов трекерных модулей, импорт инструментов во множестве форматов, 32-битное внутреннее микширование, автоматическое удаление потрескиваний, расширение басов, ревербератор, расширение стерео, 6-полосный графический эквалайзер и другие возможности.



Рис. 10 пример рабочего окна программы

На последок следует упомянуть о существовании огромного количества другого аудио ПО: проигрыватели аудио (наиболее выдающиеся: WinAMP, Sonique, Apollo, XMPlay, Cubic Player), подключаемые модули для проигрывателей (из «улучшателей» звучания аудио - DFX, Enhancer, iZotop Ozone), утилиты для копирования информации с аудио CD (ExactAudioCopy, CDex, AudioGrabber), перехватчики аудио потоков (Total Recorder, AudioTools), кодеры аудио (кодеры MP3: Lame encoder, Blade Encoderб Go-Go и другие; кодеры VQF: TwinVQ encoder, Yamaha SoundVQ, NTT TwinVQ; кодеры AAC: FAAC, PsyTel AAC, Quartex AAC), конвертеры аудио (для перевода аудио информации из одного формата в другой), генераторы речи и множество других специфических и общих утилит. Безусловно, все перечисленное – только малая толика из того, что может пригодиться при работе со звуком.

3. Сравнительный анализ программ для обработки звука.

В данной главе мы подробно рассмотрим две наиболее популярных в настоящее время системы для обработки звука: Adobe Audition и Sony Sound Forge

3.1. Adobe Audition

«Adobe Audition CS5.5» – профессиональный инструмент для работы с аудио-файлами, предназначенный для специа-листов в области обработки аудио и видеопродукции. Adobe Audition предлагает неограниченные возможности микширования, редактирования, создания мастер-копий и обработки звуковых спецэффектов. Продукт совмещает гибкость технологического процесса с предельной простотой в использовании и позволяет создавать разнообразную аудио-продукцию высочайшего качества. 

С помощью «Adobe Audition CS5.5» мы можем микшировать одновременно до 128 трэков, редактировать отдельные аудио-файлы, создавать лупы и применять более 50 цифровых эффектов. Пакет «Adobe Audition CS5.5» – это полноценная студия звукозаписи, оснащенная гибкими и простыми в использовании инструментами. 

Возможности программы:

Создавать высококачественную аудио-продукцию - «Adobe Audition CS5.5» поддерживает файлы с глубиной оцифровки до 32-бит и частотой дискретизации более 192 КГц, и запись на любые носители (включая магнитную пленку, CD, DVD или DVD-Audio диски). Вся обработка выполняется в 32-битном разрешении, что позволяет достичь высоко профессиональных результатов.

Добиваться максимальной эффективности в работе - Adobe Audition предоставит в ваше распоряжение все средства, необходимые для быстрой и эффективной работы. Удобный интерфейс позволит вам выполнять необходимые операции в кратчайшие сроки, а плавающие рабочие панели обеспечат быструю настройку рабочего пространства с учетом ваших личных предпочтений. 

Использовать интегрированные инструменты - Adobe Audition предлагает целостное решение для редактирования и микширования аудио-файлов. Встроенные режимы просмотра (многодорожечный и предназначенный для редактирования), спецэффекты в режиме реального времени, поддержка лупов, средства анализа, функция восстановления и поддержка видеоряда обеспечат вам неограниченные возможности в области обработки аудио-файлов. 

Мощные инструменты, на основе технологии DSP - Используйте более 45 эффектов, основанных на технологии DSP, инструменты для создания мастер-копий, аналитические средства, а также функцию восстановления аудио-файлов. 

Создание звукового сопровождения к фильмам - Редактируйте, микшируйте и добавляйте эффекты к фонограммам в формате AVI, во время просмотра видеоряда. 

Расширенная поддержка различных аудио-форматов - Работайте с аудио-файлами во всех распространенных форматах (включая WAV, AIFF, MP3, mp3PRO и WMA). 

Интуитивный пользовательский интерфейс - Благодаря удобному и понятному интерфейсу, вы сможете приступить к работе немедленно, не тратя лишнего времени на обучение.

Системные требования: 

Intel® Pentium® 4 or AMD Athlon® 64 processor (Intel Core™2 Duo or AMD Phenom® II recommended)

Microsoft® Windows® XP with Service Pack 3; Windows Vista® Home Premium, Business, Ultimate, or Enterprise; or Windows 7

1GB of RAM; 2GB for HDV and HD playback

2GB of available hard-disk space for installation; additional free space

equired during installation (cannot install on removable flash storage devices)
1280x800 display with OpenGL 2.0–compatible graphics card

Sound card compatible with ASIO protocol or Microsoft WDM/MME

DVD-ROM drive

QuickTime 7.6.2 software required for QuickTime features

Broadband Internet connection required for online services and to validate Subion Edition (if applicable) on an ongoing basis



Рис. 11 Интерфейс Adobe Audition CS5.5

3.2. Sony Sound Forge

Продукты компании Sony Creative Software известны уже давно и пользуются большой популярностью среди специалистов видео/аудио индустрии.Sound Forge Pro 10 - это профессиональный цифровой редактор аудио, пост-продакшн видео и мультимедийных проектов. Этот мощный инструмент работающий на пределах возможностей современных стандартов: поддерживается разрядность до 24/32/64 бит, и частота дискретизации до 192 кГц с более чем 40 профессиональных студийных эффектов и процессоров. Sound Forge Pro 10 – это прекрасный инструмент для создания, записи и редактирования аудио. Также как и другие современные редакторы аудио, Sound Forge Pro 10 можно сделать значительно мощнее дополнив его арсенал дополнительными плагинами.



Рис. 12 Интерфейс Sound Forge Pro 10

Редактирование аудио

Новая версия Sound Forge Pro 10 позволяет с большими возможностями и точностью манипулировать фрагментами аудио, точками входа/выхода и фэйдами. Также появился инструмент для растягивания во времени и корректировки тона/высоты инструмент Zplane elastique Pro timestretch. Этот плагин входит в стандартный пакет Sound Forge Pro 10. Отличие его от обычного Time Stretch в усовершенствованном алгоритме обработки, растягивание аудио этим плагином дает очень хороший результат. Можно изменять длительность фрагмента аудио без изменения высоты/тона. Как и у всех плагинов Sound Forge у Zplane elastique Pro timestretch есть возможность прослушивать результат в реальном времени, не внося изменений в редактируемый файл, а также раздельная регулировка времени и высоты/тона звучания.

Рабочее пространство и набор инструментов

Другое удобное новшество – это возможность изменять рабочее пространство, дополнительные окна исходя из потребностей в том или ином виде работ. Например, вы можете сохранить сложную структуру вашего рабочего пространства связанную с работой по редактированию аудио-треков, затем открыть новое рабочее пространство и заняться CD-авторингом или редактированием звуковой дорожки видео материала – под все эти виды работ можно создавать свои рабочие пространства (Workspace) и использовать их при необходимости. Не забывайте про возможность использования нескольких мониторов – это позволит значительно повысить производительность работы.

Эффекты

В Sound Forge Pro 10 присутствуют более 40 эффектов и процессоров, многие из которых можно использовать в режиме реального времени. Эти, и не только эти эффекты можно комбинировать в цепочки обработки в окне Plugin Chain, добиваясь тем самым умопомрачительных результатов. В каждом окне есть чек-бокс «Bypass» или «Пропустить» таким образом в любой момент можно сравнивать звучание исходного сигнала и обработанного. Ну а когда вы будете удовлетворены результатом, можно применить обработку и получить новый, обработанный материал.

Эффекты уже сгруппированы производителем по типам: amplitude modulation, chorus, delay/echo, distortion, dynamics, envelope, flange/wah-wah, noise gate, pitch, reverb, vibrato and wave hammer и помещены в специальные группы: Sony, Sonic, Roxio, и Nero. Их можно самостоятельно поместить в любую другую группу, создать свою, например и расположить их в удобном порядке.

Чистка аудио

При помощи Sound Forge Pro 10 можно не только перегнать материал с аналоговых носителей (винил, магнитная лента) в цифровой вид, но еще и профессионально отреставрировать его. Для этих целей служит плагин Noise reduction 2.0, в состав которого входят системы шумоподавления, удаления щелчков и царапин.

Доступна также опция записи на CD двумя методами: 1) track-at-once (TAO), этим методом можно записать треки в несколько подходов, например, один сегодня, а остальные через месяц :) Это удобно для демо-треков, к тому же записанный этим методом диск совместим с CD проигрывателями. 2) Disc-at-once (DAO) – это стандартный метод записи Audio CD, он удобен для записи готового мастер-материала на диск.

Интерактивное обучение

Другой примечательной особенностью Sound Forge Pro 10 является наличие интерактивных обучающих уроков (tutorials). Они будут полезны новичкам, так как показаны в основном базовые приемы работы: редактирование цифрового звука, изменение высоты/тона аудио, запись, реставрация звука с винила, запись на CD (используя TAO/DAO способы).

Поддержка форматов

Sound Forge Pro 10 может открывать и сохранять множество разных аудио и видео форматов, и для многих из них доступны разные предустановки.

Заключение.

Данная курсовая работа была посвящена рассмотрению принципов цифрового звука и программного обеспечения для его обработки. Мы так же провели экскурс в физику, рассказывая о звуковой волне. Был проведен обзор существующего программного обеспечения различных классов для обработки звука. В последней главе мы подробно рассмотрели наиболее популярные в настоящее время системы для обработки звука.

Материал, представленный в курсовой работе актуален в настоящее время, так как ежедневно каждому человеку приходится сталкиваться со звуком, но не многие задумываются о природе звука.

Не так давно стал повсеместно использоваться цифровой звук, что позволило людям использовать портативные устройства для прослушивания музыки (такие как mp3-плееры или, даже, мобильные телефоны с соответствующей функцией). Так же появление цифрового звука открыло необычайные возможности обработки музыки и ее создания. Все чаще современная музыка создается с помощью программ обработки звука, без использования каких-либо музыкальных инструментов. Любой человек, установив нужное программное обеспечение может почувствовать себя композитором.

Список литературы

Радзишевский А.Ю. Основы аналогового и цифрового звука. — М.: Вильямс, 2006. — С. 288.

Секунов Н. Обработка звука на РС. – СПб.:БХВ-Петербург, 2001 – 1248 с.

Перышкин А.В. Физика - М.: Дрофа, 2009. - 304 с.

Степаненко О.С. Adobe Audition 3. Создание фонограмм, обработка звука на компьютере. – Диалектика, 2010

Квинт И. Sound Forge 9 – СПб:Питер, 2009

Электронный журнал websound.ru [Электронный ресурс] Режим доступа:http://websound.ru

Цифровой звук [Электронный ресурс] Режим доступа: http://digitalaudio.me

Википедия [Электронный ресурс] Режим доступа: http://wikipedia.org

Творческая мастерская Игоря Козлова [Электронный ресурс] Режим доступа: http://igorkozlov.ucoz.ru

Уроки записи и обработки звука в Adobe Audition [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.auditionrich.com

1