Цифроаналоговое преобразование

Для воспроизведения звукового сигнала, записанного в цифровой форме, необходимо преобразовать его в аналоговый сигнал.

Цифроаналоговое преобразование в общем случае происходит в два этапа. На первом этапе из потока цифровых данных с помощью цифро-аналогового преобразователя выделяют отсчеты сигнала, следующие с частотой дискретизации. На втором этапе путем сглаживания (интерполяции) из дискретных отсчетов формируется непрерывный во времени аналоговый сигнал. На выходе простейшего ЦАП сигнал представляет собой последовательность узких импульсов, имеющих многочисленные высокочастотные спектральные компоненты. На аналоговый фильтр в этом случае возлагается задача полностью пропустить сигнал нужного частотного диапазона (например, 20 Гц - 20 кГц) и по возможности наиболее полно подавить ненужные высокочастотные компоненты. К сожалению, аналоговому фильтру выполнить такие противоречивые требования не под силу. Поэтому цифровой сигнал сначала интерполируют, то есть вставляют дополнительные отсчеты, вычисленные по специальным алгоритмам, и тем самым резко увеличивают частоту дискретизации. При этом исходный спектр полезного сигнала не искажается, а сигнал оказывается дискретизированным на значительно более высокой частоте. Это приводит к тому, что побочные спектральные компоненты на выходе ЦАП далеко отстоят от частотных компонентов основного сигнала и, чтобы отфильтровать их, достаточно простого аналогового фильтра.

После первого этапа цифроаналогового преобразования информация о величине звукового сигнала имеется только в определенные моменты, соответствующие частоте дискретизации АЦП. Дополнительная информация о форме сигнала между отсчетами отсутствует. Задачей второго этапа цифро-аналогового преобразования является восстановление значения сигнала между отсчетами, или интерполяция.

Наибольшее распространение получили линейные методы интерполяции формы сигнала по его дискретным отсчетам, основанные на использовании цифровых фильтров. В исходную последовательность отсчетов сигнала вставляются дополнительные нулевые отсчеты. Новая полученная последовательность подается на интерполирующий цифровой фильтр, в котором нулевые отсчеты преобразуются в очень точно реконструированные отсчеты исходного сигнала. Затем для сглаживания и окончательного восстановления сигнал подается на простой аналоговый фильтр. Полученный в результате цифроаналогового преобразования звуковой сигнал, как правило, попадает в микшер звуковой карты.

Программная обработка

Часто начинающий музыкант не задумывается над теоретическими проблемами, он просто "творит". И правильно, ну для чего ему теория музыки и гармония? Кому нужны рассуждения о возможностях отдельных инструментов, штрихах и прочей мелочи? Какая разница, в каком диапазоне будет звучать труба или виолончель? Ну и что с того, если вдруг тромбоны заиграют аккордовые пассажи в низком регистре? Автор на все имеет право. Это, конечно, правильно, но есть еще и слушатель. В конечном счете, если вам необходимо выразить свою мысль публично, то выражать ее нужно на каком-то определенном языке, который имеет свои правила орфографии, синтаксиса и т. д. Иначе вас просто не поймут.

Для реализации музыкальных запросов существуют следующие программные продукты:

Ø Виртуальные студии: Cubase Audio VST, Emagic Logic Audio, Cakewalk Pro Audio. Каждая из перечисленных программ является вполне законченной и профессиональной. Необходимо учесть, что эти названные программы требуют достаточно больших ресурсов памяти ОЗУ. Виртуальные студии содержат в себе множество компонентов, таких как:

• Секвенсор для записи и редактирования MIDI-композиций.
• Комплекс музыкальных инструментов как мелодических, так и ударных, объединенных в синтезаторы.
• Многоканальный цифровой магнитофон для записи звука.
• Приборы динамической обработки, частотные фильтры.
• Приборы обработки эффектами отдельных MIDI- и аудиотреков или всей композиции в целом.
• Микшер для сведения треков в стереофоническую фонограмму (а также многоканальную Surround-фонограмму).
• Измерительные приборы и индикаторы.
• Система коммутации студийного оборудования и управления ими и т.д.

Ø Аудиоредакторы: Sound Forge, Wave Lab, Cool Edit Pro, Samplitude и некоторые другие. Данные программы позволяют обрабатывать аудиосигнал.

Ø Дополнительные модули (Plug-ins) - предназначены для обработки звука.

Ø Декодеры (кодировщики) – предназначены для перевода файлов из одного формата в другой (например, из .wav в .mp3).

Ø Эмуляторы - программ, которые копируют работу многих физических устройств, например синтезаторов, семплеров и т. п.

Вышеперечисленные программы и составляют костяк так называемой виртуальной студии. В правильно построенной виртуальной студии все программы работают совместно, не мешая друг другу.