Устройства

В первую очередь, к таковым следует относить различно­го рода преобразователи сигналов. Преобразование сигналов из одного вида в другой звукорежиссёр может наблюдать, по меньшей мере, четырежды. Первый же прибор, с которого начинается вся технологическая цепочка звукозаписи — мик­рофон, преобразует акустические сигналы в электрические; функция преобразования для каждого типа микрофонов — строго определена. В идеальном случае электрический сиг­нал на выходе микрофона адекватен акустическому сигналу, действующему на его звукоприёмную часть, и мы можем счи­тать, что это функционально детерминированное устройство само по себе не вмешивается в звукопередачу, являясь безы­нициативным инструментом в руках звукорежиссёра (подроб­нее см. в главе «МИКРОФОННЫЙ ПРИЁМ АКУСТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ АКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ»).

Второй, обратный вид преобразования происходит у гром­коговорителя, превращающего электрические сигналы в ана­логичные механические, суть акустические. Функциональное качество этого устройства так же детерминировано, и даже если оно невысоко, звукорежиссёр не в силах (по меньшей мере, самостоятельно) влиять на результат преобразования.

Ещё два вида функционально детерминированного пре­образования представляют аппаратуру записи и воспроиз­ведения звука. Входной сигнал данных устройств в процессе записи, также как и выходной в процессе воспроизведения, в настоящее время — всегда электрический. Сам способ преоб­разования определяется видом фонограммы: для механичес­кой записи электрическая форма превращается в колебания

резца, создающего в совокупности с последующей техноло­гией грампластинку; при воспроизведении последней меха­нические колебания иглы звукоснимателя преобразуются в электрический сигнал, адекватный исходному. В случае маг­нитной звукозаписи электрический сигнал порождает пере­менное магнитное поле головки записи магнитофона, остав­ляющее на ленте след в виде остаточной намагниченности; магнитные сигналы преобразуются в электрические голов­кой воспроизведения.

При правильной юстировке и регламентированной эксп­луатации современная аппаратура записи и воспроизведения не вносит в звукопередачу заметных искажений и дополни­тельных помех; во всяком случае, обсуждение этого вопроса выходит за рамки нашей книги. Будем считать эти устрой­ства также «не вмешивающимися» в качество сигналов — для профессиональных магнитофонов такое допущение прием­лемо.

До сих пор мы полагали, что все текущие значения амп­литуд исходных сигналов повторяются в текущем значении амплитуд преобразованных сигналов: акустические колеба­ния полностью аналогичны электрическим, электрические — магнитным, и так далее. Это справедливо лишь, для уст­ройств, которые как класс носят этимологически родствен­ное название: аналоговые.

Особый тип аппаратуры сегодня представлен большим рядом устройств для записи, редактирования и воспроизве­дения звука в цифровой форме. У этой аппаратуры, кроме взаимопреобразований электрических, магнитных и опти­ческих сигналов существует еще и особый вид преобразова­ния, связанный с представлением сигналов в ином матема­тическом виде — так называемом двоичном коде.

Не вдаваясь в подробности сугубо технического характе­ра, заметим только, что если аналоговые способы звукопере-дачи оперируют в допустимом диапазоне всеми мыслимыми мгновенными значениями сигналов, то цифровые методы пользуются приблизительным выборочным измерением те­кущей величины входного сигнала. Результату измерения придаётся значение в двоичной системе счисления (1,0 вза­мен 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) ради оптимизации работы элек­тронных устройств, передающих лишь легко распознаваемые импульсы.

Периодичность, с которой происходят указанные измере­ния, определяется так называемой частотой дискретиза­ции (в некоторой литературе — частотой отсчётов, частотой выборок). Согласно исследованиям Найквиста, Шеннона и Котельникова, для безошибочной передачи спектра непре­рывного сигнала эта частота должна, по меньшей мере, вдвое превышать частоту верхней спектральной компоненты. Определив предельный частотный диапазон воспринимае­мых людьми звуков в 16-20500 Гц, фирмы «Sony» и «Philips» в 80-х годах XX века разработали цифровой формат «CD-Audio» с частотой дискретизации 44100 Гц. Сразу необходимо заме­тить, что если в смысле физики слуха интервал 16-20500 ГЦ можно считать обоснованным, то психофизиология слухово­го восприятия находит актуальным значительно более ши­рокий частотный диапазон, — по некоторым эксперимен­там — до 150 кГц.

Поэтому в настоящее время для некоторых цифровых тех­нологий частота квантований звукового сигнала увеличена (вплоть до 192 кГц).

Точность измерения текущих амплитуд определяется ко­личеством разрядов двоичного кода. Существующие цифро­вые аудио форматы используют от 16 до 24 разрядов; во внут­ренних цепях некоторых устройств обработки сигналов их количество возрастает до 64.

Понять, чем ограничивается амплитудная безошибоч­ность цифровой передачи, несложно. Давайте, уподобим ко­личество разрядов при цифровых преобразованиях количе­ству делений на шкале любого измерительного инструмента, например, линейки. Если эта шкала — дециметровая, то на метровой линейке умещается всего 10 делений, а максималь­ная ошибка измерения «на глаз» составит половину цены де­ления, т. е. ± 5 сантиметров. Вряд ли с помощью такого «при­бора» можно точно определить толщину спички, однако погрешность ± 5 см. при гипотетическом измерении им рас-стояния от Земли до Луны поставила бы дерзнувшего в один ряд с Евклидом, Архимедом и Пифагором.

Аналогично, абсолютная погрешность передачи мгновен­ного значения сигнала при «оцифровке», равна

Здесь U пот. — предельная амплитуда аналогового сигнала, a n — количество разрядов двоичного цифрового кода. Ясно, что чем выше число разрядов, тем меньше отклонение изме­ренного сигнала от его истинного значения. Ясно также, что при передаче больших сигналов ошибка не так актуальна, как для малых. Отсюда вытекает важное правило:

При работе с цифровыми, особенно 16-разрядными, звукопередающими трактами режиссёр не должен ув­лекаться слишком низкими уровнями сигналов, дове­ряясь теоретически обещанному динамическому диа­пазону в 96 дБ!

Реальная погрешность работы аналого-цифровых преоб­разователей (АЦП), так называемый шум квантования, ог­раничивает динамику, по меньшей мере, на уровне минус 76 — минус 80 дБ. Конечно, эта величина ощутимо выше, чем у аналоговых магнитофонов, тем более грампластинок, но подумайте, во что превратится окончание, к примеру, ревер-берационного отзвука, как только величина его сигнала ста­нет ниже первого деления шкалы отсчёта цифрового тракта звукозаписи?

(Надо сказать, что в аналоговых звуковых системах, не­смотря на завесу шума магнитных лент, пластинок, спадаю­щий отзвук ощущается нами столь же долго, сколько он ощу­щался бы в концертном зале или тонателье).

На рис. 2-16 показан диапазон аналого-цифрового пре­образования, за пределами которого изменения мгновен­ных значений текущего сигнала становятся неразличимы­ми. Ситуация в нижней части этого диапазона только что была прокомментирована. Что до верхней части, то резкое искажение формы входного сигнала вследствие его отсеч­ки является необратимым, и это диктует второе важное правило:

При работе с любыми цифровыми трактами не до­пускайте даже приближения уровня входного сигнала к предельному значению (О дБ). Индикаторы текущего уровня инерционны и далеко не всегда отмечают не­продолжительные всплески сигнала; между тем, пик-фактор может вызвать короткие перегрузки АЦП, что приводит к появлению хорошо слышимых щелчков или тресков.

Рис. 2-16

К числу функционально детерминированных устройств относятся также различные усилительные устройства с кон­стантными параметрами, источники питания аппаратуры, т. п. Все они находятся в компетенции студийных инженеров

и, поскольку их выбор звукорежиссёром возможен далеко не всегда, подробный анализ этих приборов здесь не проводится. Желающие могут получить исчерпывающие сведения о них в специальной литературе.

Исключительный практический интерес для нас пред­ставляет класс устройств, манипулируя которыми, мы транс­формируем сигналы художественным образом, создавая зву­ковую картину.