Некоторые сведения о природе звука

Эту главу читать не обязательно. Особенно тем людям, которые не собираются серьезно работать со звуком, а хотят лишь в свободное от работы время в свое удовольствие поиграть на синтезаторе и немножко посочинять музыку. В принципе, вы совершенно спокойно сможете использовать компьютер в музыкальных целях без знания основ акустики, электротехники и других прикладных дисциплин. Достаточно внимательно прочитать главы с практическими опытами и проделать все описанные шаги. Вы гарантированно получите представление, как работать с той или иной программой и зачем она вообще нужна.

Однако на страницах этой книги иногда встречаются специальные термины, которые могут быть непонятны. Поэтому лучше все-таки эту главу хотя бы просмотреть и выборочно почитать. Впоследствии вы сможете совершенно спокойно воспринимать излагаемый материал.

А вот если вы профессиональный музыкант или "продвинутый" любитель, то все, что написано ниже, просто необходимо знать. Без этого вы не сможете получить осознанный результат, и в дальнейшем творчески пользоваться программами, избегая шаблонных решений. А это требует как минимум понимания основных законов акустики. Поэтому, соберитесь с мыслями и начинайте чтение - мы постарались максимально облегчить вашу задачу и, насколько это, возможно, упростили повествование.

Кстати говоря, многие западные музыканты не особенно утруждают себя изучением оборудования или, тем более, каких-то подозрительных основ физики, и всецело полагаются на техников, звукорежиссеров и продюсеров. Когда они приезжают в нашу страну, то испытывают неподдельное удивление, видя, как при подготовке концерта гитарист возится с настройкой многочисленных усилителей и рассказывает звукорежиссеру о том, как нужно настроить звук. Или вообще, берет паяльник и начинает колдовать над соединительными шнурами. На западе так не принято. У них каждый человек занимается своим делом и старается делать его максимально хорошо. Поэтому там есть такая экзотическая для нас профессия как саунд-продюсер, который отвечает за постановку звука проекта и не только подбирает инструменты и "примочки", но и меняет музыкантов, если последние не вписываются в задуманный звук.

В нашей стране все устроено по другому - музыкант предоставлен сам себе. Поэтому ему приходится быть мастером на все руки, чтобы хотя бы получить возможность нормально сочинять музыку или записывать свой оригинальный материал. Всем нам приходится разбираться в устройстве инструментов, студийной и концертной аппаратуре, компьютерах и множестве других вещей, которые наши западные коллеги не знают, и знать не хотят.

Эта книга должна помочь вам овладеть музыкальными приложениями для компьютера. Если вы любитель, то сможете в свое удовольствие пробовать силы в сочинении музыки, ее аранжировке или просто учиться играть. Если вы профессионал, то после освоения техники и программ сможете записывать альбомы дома и самостоятельно выпускать компакт-диски. Если вы серьезно хотите реализовать свой творческий потенциал, то сегодня единственно возможный вариант существования - быть не только хорошим музыкантом, но и хорошим техническим специалистом.

В этой главе вы узнаете, что такое звук, какова его природа, и как он записывается...

Что такое звук?

Любой человек, который учился (или учится) в школе, без особых размышлений ответит на этот вопрос так: "Звук - это волна". И будет совершенно прав. А вот при попытке объяснить, что же из себя представляет эта волна, большинство людей вспоминает хрестоматийный пример с веревкой или волнами на поверхности воды и после этого надолго задумываются. Так что же представляет из себя звук?

Любой предмет, совершающий возвратно-поступательные движения (камертон, струна рояля или гитары, наши голосовые связки и т.д.), вызывает в воздухе попеременное уменьшение или увеличение плотности. Движения одних молекул воздуха передаются другим молекулам, в результате чего в пространстве распространяются периодически повторяющиеся зоны увеличения и уменьшения плотности. Они-то и представляют из себя звуковую волну (Рис. 1.1.). Если мы в каком-то месте поставим прибор, способный реагировать на изменение плотности воздуха, запишем его показания в течение некоторого времени и составим график зависимости плотности от времени, то получим кривую, близкую к синусоиде, знакомую нам по школьным учебникам физики (Рис. 1.2.). Именно такие колебания и улавливаются нашим ухом, в результате чего мы получаем ощущение звука.

Рис. 1.1. Возникновение звуковой волны при колебаниях предмета

Рис. 1.2. Волнообразные изменения плотности воздуха и график, иллюстрирующий этот процесс

Частота, длина, амплитуда и фаза звуковой волны

Количество колебаний воздуха в секунду называется частотой звука. Волны с разной частотой воспринимаются нами как звук разной высоты: волны с малой частотой воспринимаются как низкие, басовые звуки, а волны с большой частотой - как высокие. Частота измеряется в Герцах (Гц): 1 Гц = 1 колебание в секунду; или килогерцах (кГц): 1кГц = 1000 Гц. Большинство людей от 18 до 25 лет реально способны слышать колебания воздуха с частотой от 20 до 20000 Герц (с возрастом верхняя граница восприятия уменьшается). Именно этот диапазон волн называется звуковым диапазоном.

Частота волны обратно пропорциональна длине волны - отрезку на оси распространения волны, в котором умещается полный цикл изменения плотности воздуха. Чем больше частота звука, тем меньше длина волны и наоборот. Длину волны очень легко вычислить по формуле l=C/f, где C - скорость звука (340 м/с), а f - частота звуковых колебаний. Например, волна, имеющая частоту 100 Гц имеет длину 340/100=3.4 м.

Амплитудой звуковой волны называется разница между самым высоким и самым низким значением плотности. Вообще, на страницах этой книги мы довольно часто будем встречаться с понятием амплитуды самых разных волн. Везде это понятие имеет одно и то же значение: разница между самым высоким пиком и самым низким "провалом" волны. На графике амплитуде будет соответствовать разница между самой высокой и самой низкой точкой изображения волны.

Поговорим более подробно о высоте звука. Наши уши устроены таким образом, что когда мы слышим два звука, частоты которых относятся как 2:1, то нам кажется, что эти звуки близки друг к другу и при одновременном воспроизведении они для нас как бы сливаются. Именно на этом эффекте основана музыкальная шкала высоты звуков, у которой одна и та же нота повторяется каждую октаву. То есть в натуральном звукоряде частоты одинаковых нот соседних октав соотносятся между собой как 2:1.

Звукорежиссерам часто приходится переводить значения частоты в ноты и обратно. Нам тоже понадобятся такие навыки, например, при работе с разными устройствами корректировки звука. Поэтому постарайтесь запомнить это соотношение - с помощью нехитрой математической операции теперь вы сможете вычислять частоту любой ноты, памятуя, что нота Ля первой октавы имеет частоту 440 Гц.

Но помимо высоты звука мы способны достаточно точно определять положение звукового источника в пространстве. Это означает, что звуковые волны должны обладать свойством, на которое реагирует наш слуховой аппарат.

Все объясняется достаточно просто: что наши уши отнесены на некоторое расстояние друг от друга. То есть, звук в каждое из них поступает не в одно и то же время, а в разное. По задержке попадания одной и той же звуковой волны на барабанные перепонки мы и определяем пространственное положение источника звука (на самом деле есть еще несколько факторов, помогающих определять направление на звуковой источник, но мы поговорим о них позднее).

Для описания относительных временных свойств двух звуковых волн (или разных частей одной волны) вводится понятие фазы звуковой волны. Посмотрите на Рис. 1.3. На первом графике показаны две волны, которые полностью совпадают друг с другом. В этом случае говорят, что волны находятся в фазе. На третьем графике в том месте, где у одной волны находится область высокой плотности, у другой - область низкой плотности. В этом случае говорят, что волны находятся в противофазе. При этом, если волны одинаковые, происходит их взаимное уничтожение (в природе это бывает крайне редко, чаще противофазные волны при наложении сильно искажают звук). Средний график показывает некое промежуточное положение. В этом случае говорят, что фаза одной волны сдвинута относительно другой.

Рис. 1.3. Фазы волны

Из всего вышесказанного становится понятно, что наш слух при определении пространственного положения источника звука реагирует именно на фазу волны. А по изменению фаз мы можем судить и о перемещении источника звука.

В звукозаписи понятие фазы достаточно важно, поэтому постарайтесь его запомнить.

Уровень и громкость звука

Теперь немного поговорим о таком важном параметре как уровень звука. Любая звуковая волна, которая распространяется в пространстве, может оказывать на встречающиеся препятствия (в том числе и на наши барабанные перепонки) некое давление. Люди, которые бывали на рок-концертах и стояли около мощных колонок не понаслышке знают, что оно может быть очень сильным. Мы субъективно воспринимаем изменение давления звуковых волн в виде ощущения изменения громкости звука. Максимальное изменение давления в воздухе, при распространении звуковых волн, по сравнению с давлением при отсутствии волн, называется звуковым давлением. Как и любое другое, звуковое давление измеряется в Паскалях (Па).

Но в акустике, при оценке интенсивности звуковых волн чаще применяется другое понятие - сила звука. Оно показывает поток звуковой энергии, который каждую секунду проходит через квадратный сантиметр условной плоскости, расположенной перпендикулярно направлению распространения волны. Звуковое давление и сила звука находятся в квадратичной зависимости. То есть, сила звука = звуковое давление в квадрате. Сила звука описывает энергетические свойства самой волны и измеряется в ваттах/квадратный сантиметр (Вт/кв.см.). Такая единица бывает очень удобна при некоторых расчетах - это единственная причина ее введения.

Для того, чтобы мы смогли услышать тот или иной звук, его сила должна быть больше определенного уровня. Этот уровень называется порогом слышимости. То есть, если звуковая волна имеет малую интенсивность - ниже этого порога, мы просто не воспринимаем ее, и нам кажется, что вокруг стоит полная тишина, хотя на самом деле воздух вокруг колеблется. Точно также дело обстоит и со звуками большой интенсивности - мы слышим звук только до определенного уровня, который называется болевым порогом. Если сила звука больше этого уровня, то мы испытываем боль в ушах. Разница между уровнями болевого порога и порога слышимости называется динамическим диапазоном слуха. Мы способны воспринимать изменения силы звука в огромных пределах: сила звука болевого порога превосходит силу звука порога слышимости в тысячу раз!

Наш слуховой аппарат устроен таким образом, что линейное изменение силы звука (или звукового давления) не воспринимается нами как линейное изменение громкости. Громкость звука и его сила связаны между собой более хитрой зависимостью. Увеличение громкости в два раза соответствует увеличению силы звука в 100 раз (звукового давления - в 10 раз), увеличение громкости в 3 раза соответствует увеличению силы звука уже в 10000 раз (звукового давления - в 100 раз), а увеличение громкости в 4 раза соответствует изменению силы звука в 100000000 раз (звукового давления - в 10000 раз)! Такая зависимость называется логарифмической, и именно из-за такой особенности нашего восприятия изменение уровня (громкости) звука принято измерять в логарифмических единицах - белах (Б).

Различие величин силы звука в белах вычисляется по формуле: N=lg I1/I2 (на всякий случай, напомним, что lg - это десятичный логарифм, и он показывает степень, в которую возводится число 10; то есть, если 10lg=100, то lg=2, иначе lg100=2), где N - изменение уровня звука, а I1 и I2 - верхняя и нижняя границы силы звука. Десятикратное увеличение силы звука соответствует 1 белу (lg10=1), а стократное увеличение соответствует двум белам (lg100=2) и т. д. Словом, логарифмическая шкала позволяет достаточно сильно "сжимать" линейную шкалу, сохраняя при этом достоверность, и именно такая шкала полностью соответствует особенностям нашего слуха.

Изменение уровня звука в один бел одинаково отражает и изменение силы звука, и изменение звукового давления. Если вы подставите в вышеприведенную формулу соответствующие значения звукового давления (памятуя, что сила звука = звуковое давление в квадрате), то получите те же самые значения изменения уровня в белах. Судите сами:

N= lg I1/I2=lg (P1/P2)2=2lg P1/P2, где P1 и P2 - верхняя и нижняя границы звукового давления.

Проверяем. Изменение звукового давления в 100 раз соответствует изменению силы звука в 10000 раз (I=P2). Подставляя эти значения в вышеприведенную формулу, мы получаем следующие вещи: lg 10000=4 бела (изменения силы звука); 2lg 100=2х2=4 бела (изменения звукового давления). Как видите, в обоих случаях мы получили одинаковые изменения уровня звука в белах.

Но на практике оказывается, что бел - это слишком большая величина для изменения уровня. Поэтому чаще применяется децибел (дБ) - десятая часть бела. То есть изменение уровня в децибелах будет вычисляться по формуле N=10 lg I1/I2 или N=20 lg P1/P2. Минимальный перепад уровня, который способно воспринять наше ухо, как раз равен одному децибелу. Это одна из главных причин введения такой системы измерения уровня. А весь динамический диапазон слуха составляет 120 дБ. Согласитесь, что гораздо удобней оперировать единицами, которые мы можем услышать.

Изменение уровня звука обычно оценивается в децибелах относительно порога слышимости. Когда говорят, что уровень звука в колонках равен ста децибелам, подразумевают, что колонки работают на уровне, превышающем порог слышимости на 100 дБ.

Для того, чтобы как-то почувствовать такой непростой способ измерения уровня звука (лишь отражающий парадоксальность нашего слухового восприятия), мы приведем таблицу со знакомыми вам звуковыми объектами и уровнями звука, которые они производят. Просмотрев эту таблицу, вы сможете более наглядно представить себе логарифмическую шкалу уровня.

Звуковой объект	Уровень звука, дБ
Слуховой порог	0
Шепот на расстоянии 1 м	20
Шум в квартире	40
Шепот на расстоянии 10 см	50
Тихий разговор на расстоянии 1 м	50
Аплодисменты	60
Игра на акустической гитаре пальцами; звук на расстоянии 40 см	70
Тихая игра на фортепиано	70
Игра на акустической гитаре медиатором; звук на расстоянии 40 см	80
Шум в метро во время движения	90
Громкий голос на расстоянии 15 см	100
Фортиссимо (максимально энергичный пассаж) оркестра	100
Реактивный самолет на расстоянии 5 м	120
Барабанный бой на расстоянии 3 см	140

Последняя строчка таблицы показывает уровень звука, превышающий болевой порог. Поэтому никогда не пытайтесь послушать звук барабана прямо у мембраны - ощущения будут очень неприятные.

Из всего сказанного вы должны вынести хотя бы приблизительное представление о том, что такое децибелы. Если вы никогда не работали со звуковой техникой, то вряд ли в теории сможете проникнуться значимостью этой единицы измерения. И только когда вы начнете записывать свой собственный материал, глядя на индикаторы уровней, все до единого, показывающие уровень в децибелах, вы сможете почувствовать суть логарифмической шкалы.

Теперь давайте более подробно поговорим о громкости звука - нашем субъективном ощущении от звуковых волн, имеющих разный уровень (звуковое давление, силу). Наше ощущение громкости во многом зависит от частоты звука. Высокие и низкие звуки, имеющие одинаковый уровень, субъективно воспринимаются нами как звуки разной громкости. А значение уровня звука и субъективно слышимой громкости совпадают только на частоте 1000 Гц. На основании исследований человеческого слуха были построены графики, которые известны каждому звукорежиссеру как кривые равной громкости. На них изображены линии (они расположены через 10 дБ на частоте 1000 Гц), которые соответствуют одинаково воспринимаемой громкости на разных частотах (Рис. 1.4.). Легко можно видеть, что мы гораздо лучше слышим на средних частотах, а на низких и высоких - чувствительность слуха притупляется.

Рис. 1.4. Кривые равной громкости

Из графика кривых равной громкости следует важный для практической деятельности вывод. Посмотрите на рисунок - наиболее линейно мы воспринимаем звук при уровнях 80-90 дБ. То есть при таких уровнях громкости наши уши наиболее адекватно передают звуковую картину. А так как мы будем заниматься не только сочинением музыки, но и корректировкой ее звучания, то лучше всего это делать при достаточно высокой громкости акустических систем - 80-90 дБ (примерно такой же уровень имеет шум в вагоне метро - см. таблицу). Если мы будем заниматься работой со звуком при меньших уровнях, то вероятность ошибки будет возрастать - ведь восприятие низких и высоких частот будет притупляться.

Тембр звука

Гитарист может извлекать из своего инструмента высокие и низкие, громкие и тихие звуки. Но что гитару делает гитарой? Почему ее звук отличается от звука фортепиано? Все объясняется довольно просто: реальные звуки, представляют себой созвучия, состоящие из нескольких простых волн. От комбинаций этих волн и зависит тембр инструмента.

У каждого созвучия есть основной тон - волна определенной частоты, которая имеет наибольший уровень. Например, у ноты Ля первой октавы эта волна имеет частоту 440 Гц. Но вместе с ней звучат и другие волны, частота которых в 2, 3, 4 раза и т.д. выше, чем у основного тона (вы уже знаете, что эти звуки располагаются через октаву). В музыке они называются обертонами. В акустике принята немного другая терминология. И основной тон, и обертона называются гармониками и имеют порядковый номер в зависимости от высоты: основной тон - первая гармоника, первый обертон - вторая гармоника и т.д.

Чуть позже мы познакомимся с устройствами (и программами) корректировки звука, которые называются эквалайзерами. Они работают по принципу понижения или повышения уровня тех или иных частотных полос, то есть с их помощью можно менять уровень тех или иных гармоник и, соответственно, изменять тембр.

Стоячие волны и резонанс

Звуковая волна, которая встречает на своем пути перпендикулярную твердую поверхность (например, стену), отражается от нее и возвращается по тому же самому пути. Две волны, движущиеся в противоположные стороны способны производить так называемые стоячие волны, которые окрашивают звук новыми гармониками (то есть изменяют тембр звука). Например, в замкнутом прямоугольном помещении стоячие звуковые волны находятся точно посередине комнаты. И если вы встанете в это место, то услышите, как изменился звук (чаще всего в худшую сторону).

Если длина волны источника звука становится кратна длине помещения, то фаза отраженной волны совпадает с фазой прямой волны, в результате чего происходит их взаимное усиление. А так как в прямоугольном помещении звук отражается от стен несколько раз, то происходит многократное усиление громкости звука. То есть, возникает воздушный резонанс - частный случай стоячей волны.

Любое помещение имеет некую критическую частоту звука, при которой возникает резонанс. Причем у помещений с разными геометрическими размерами будут разные критические частоты. Эту частоту называют частотой резонанса. Резонанс чаще всего возникает именно на низких частотах, так как длина волны низких звуков сравнима с длиной и шириной помещения. Кстати, бас-гитаристы, репетирующие дома, отлично знакомы с таким эффектом: некоторые взятые на инструменте ноты неожиданно усиливаются, при этом начинают угрожающе звенеть стекла в окнах и шкафах.

Резонанс, в большинстве случаев, явление крайне неприятное. Поэтому в музыкально используемых помещениях с ним борются всеми возможными способами. Например, ликвидируют параллельные поверхности - студийные комнаты очень часто проектируются таким образом, что все углы имеют величину больше 90 градусов. Однако резонанс не всегда бывает вреден. В духовых инструментах и органах это явление используют для усиления звука и получения характерного тембра.

У любой трубки есть своя частота резонанса, которая определяется геометрическими размерами самой трубки. Если в такую трубку попадает звуковая волна (например, от трости саксофона), то в центре сечения трубки возникает резонансная волна определенной частоты, которая усиливает звук и украшает его новыми гармониками. Меняя длину трубки, мы можем добиться изменения высоты звука. Именно такой принцип управления используется во всех духовых инструментах: например, в тромбоне музыкант выдвигает колено трубы, меняя ее длину; в кларнете, гобое, флейте, саксофоне длина трубы меняется при помощи закрытия и открытия отверстий и т. д.

Рис. 1.5. В центре сечения любой трубы возникает стоячая резонансная волна, которая усиливает звучание и украшает его дополнительными гармониками

Для музыкантов, которые записывают свои композиции дома, знание о наличии в любом помещении стоячих волн и понимание природы воздушного резонанса достаточно важно, так как позволяет с этими явлениями бороться. Например, если вы что-то записываете с микрофона в обычной жилой комнате, то микрофон ни в коем случае нельзя располагать прямо в центре помещения - иначе вы на записи получите искаженный стоячими волнами звук. С резонансами тоже можно бороться. Например, чем больше в вашей комнате отражающих непараллельных поверхностей, тем меньше условий для возникновения резонансов. Особенно важно обеспечить такие условия при записи с микрофона низкочастотных инструментов - контрабасов и бас-гитар.

Реверберация помещения

Выше мы разобрали случай, когда звуковая волна встречает на своем пути перпендикулярную твердую поверхность. Однако, в любом помещении волны от источника звука распространяются во всех направлениях и многократно отражаются от стен и других препятствий. И только малое количество этих волн порождает стоячие волны и резонансы. Остальные отраженные волны создают характерный гул, который называется реверберацией.

Реверберация способна довольно сильно изменить тембр источника звука. Причем, с музыкальной точки зрения реверберация в одних помещениях может украшать звучание, а в других - портить. Зависит это от отражающих свойств поверхностей, из которых изготовлены стены.

Например, в спортивном зале с бетонными стенами реверберация имеет очень резкий и неприятный характер. Отражаясь от таких стен, звуковые волны создают рассеянное эхо с сильным "свистящим" призвуком. И если вы запишите в таком помещении, предположим, акустическую гитару, то она будет звучать очень резко из-за реверберационного окрашивания.

А вот если вы принесете эту же гитару в комнату, где много отражающих поверхностей из неокрашенного дерева, то характер ее звучания изменится до неузнаваемости - она сразу заработает очень "тепло" и певуче. Решающую роль в такой метаморфозе сыграют акустические свойства помещения. Комнаты с деревянными поверхностями имеют очень приятную на слух, "мягкую" и "теплую" реверберацию - неслучайно в студиях звукозаписи очень часто стены обшиваются именно этим материалом.

Для нас эти знания важны, вот по каким причинам. Современные городские квартиры имеют, как правило, бетонные или кирпичные стены, закрытые только слоем обоев. Реверберация в таких помещениях не способствует улучшению звучания музыкальных инструментов и голоса. Если вы хотите получить действительно качественную запись своего исполнения, то можете поступить двумя способами: либо поискать себе место для записи с хорошей акустикой, либо "заглушить" свою комнату и записывать только "сухой" голос или музыкальный инструмент, а реверберацию добавлять электронным способом (об электронной реверберации мы расскажем в следующей главе).

Обычно для "заглушения" комнаты используются любые ковры, одеяла и т.д. То есть вы, просто завешиваете стены любыми пористыми материалами, которые поглощают звук и не дают ему отражаться от стен.

Преобразование звуковых волн в электрический сигнал

С самого детства мы сталкиваемся с записями музыки на разных носителях - грампластинках, кассетах, компакт-дисках и т.д. Сейчас существует два основных способа записи звука: аналоговый и цифровой. Но для того, чтобы записать звук на какой-нибудь носитель (например, магнитофонную кассету), его нужно преобразовать в электрический сигнал.

Это делается с помощью микрофона. Самые простые микрофоны имеют мембрану, которая колеблется под воздействием звуковых волн. К мембране присоединена катушка, перемещающаяся синхронно с мембраной в магнитном поле. А из школьных уроков физики вы, вероятно, помните, что в такой ситуации в катушке возникает переменный электрический ток. Изменения напряжения тока точно отражают звуковые волны (Рис. 1.6.).

Рис. 1.6. Схема преобразования звуковых волн в переменный электрический ток

Переменный электрический ток, который появляется на выходе микрофона, называется аналоговым сигналом. Слово "аналоговый", применительно к электрическому сигналу, обозначает, что этот сигнал непрерывен по времени и амплитуде. Он точно отражает форму звуковой волны, которая распространяется в воздухе.

Несмотря на то, что мы собираемся использовать в своей работе компьютер, то есть работать с цифровым звуком, знания принципов аналоговой записи звука обязательно нам потребуются: ведь даже в цифровых студиях используются микрофоны и другие, чисто аналоговые приборы. А на мультимедийных звуковых картах вы как минимум найдете аналоговые микрофонный предусилитель и микшер (об этих устройствах вы узнаете чуть позже).

Уровень электрического сигнала

У любого бытового усилителя есть ручка громкости. С ее помощью вы изменяете, уровень электрического сигнала, который подается на акустические системы, заставляя последние звучать тише или громче. Обычно в электронике для измерения уровня сигнала используются вольты или более мелкие единицы - милливольты. Однако в звуковых приложениях принято измерять уровень сигнала в уже знакомых вам логарифмических единицах - децибелах. Причем изменение уровня сигнала в усилителе на 5 дБ приводит к изменению уровня звука в акустических системах на теже самые 5 дБ. Это очень удобно, поэтому все измерители уровня как бытовых, так и профессиональных звуковых устройств показывают уровни в логарифмических единицах.

В электронике применяются отрицательные значения уровня, выраженного в децибелах. Шкала начинается с минус бесконечности (отсутствие напряжения) и доходит до нуля. Положительные значения уровня указывают на перегрузку звукового тракта и, соответственно, возникновение искажений. Если у вас есть кассетная дека с индикаторами уровня записи, то вы должны это знать: если уровень 0 дБ превышается, то светятся красные сегменты индикаторов.

Как и в случае со звуковыми волнами, значение изменения уровня переменного электрического сигнала в децибелах рассчитывается по знакомой вам формуле, только значения звукового давления (силы звука) меняются на значения напряжения: N=20lg U2/U1, где U2 и U1 - это конечное и начальное напряжение сигнала. За 0 дБ принято напряжение в 0.775 В.

На страницах этой книги мы встретимся с многочисленными измерителями уровня в разных программах. Любая операция записи "живого" звука будет начинаться с настройки уровня сигнала, поступающего с микрофона по уровню 0 дБ. А многие операции корректировки мы будем контролировать по измерителю уровня воспроизведения. Поэтому постарайтесь запомнить хотя бы следующую аксиому: изменение на 1 дБ уровня электрического сигнала приводит к изменению на 1 дБ уровня звука в акустических системах - и это минимально слышимое нами изменение уровня звука.

Моно и стерео запись звука

Примерно до середины шестидесятых годов звук записывался на магнитофон при помощи одного микрофона, а воспроизводился с помощью одной колонки. Такой метод записи и воспроизведения - монофонический или моно - был хорош всем, кроме одного: в фонограмме отсутствовало привычное для нас пространственное звучание. Это создавало определенный дискомфорт при прослушивании, ведь наш слух имеет пространственную избирательность, то есть мы можем сосредоточиться на каком-то конкретном звуке. Когда же прослушивается моно фонограмма, нам гораздо труднее выделить детали - они просто маскируются за наиболее громкими звуками.

Поэтому сейчас стандартом является стерео запись и стерео воспроизведение фонограмм. В самом простом случае запись производится с двух широко расставленных микрофонов на два независимых канала магнитофона. То есть, как бы имитируется процесс восприятия звука нашим слуховым аппаратом. При воспроизведении этой фонограммы через две широко расставленные колонки пространственная картина восстанавливается, при этом мы получаем гораздо лучшую детализацию. Наш слух получает более привычную звуковую картину, чем при моно записи.

Рис. 1.7. Принцип стерео записи и стерео воспроизведения

Передаваемая в стерео фонограмме пространственная "картинка" называется стерео-панорамой. В панораме можно четко выделить три положения: левое, правое и центр. Звук, находящийся в центре, будет одинаково громко воспроизводиться из двух колонок. Звуки, находящиеся в левом и правом крайних положениях, будут слышны только в одной из колонок. Все остальные положения в панораме будут воспроизводиться соответственно.

Последнее время набирает обороты новая система пространственного представления звука, которая называется 3D Sound [три-дэ саунд] (трехмерный звук) или Surround sound [сарраунд саунд] (окружающий звук). Для воспроизведения трехмерного звука используется система, состоящая из четырех колонок (две фронтальные и две тыловые), которое имитирует реальное поле слуха человека. Однако для музыки она довольно бессмысленна, так как в реальных условиях музыка звучит со сцены. Для передачи ее пространственного звучания достаточно стерео воспроизведения. Единственное разумное применение тылового канала в музыкальных записях - это размещение там аплодисментов и реверберации зала. Зато уже не вызывает никакого сомнения, что такая система воспроизведения звука будет очень полезна для сопровождения кинофильмов и компьютерных игр, где ее потенциал может быть раскрыт полностью.

Обычно фонограммы, которые предназначены для систем объемного звука, специальным образом закодированы (сейчас обычно кодируются звуковые дорожки фильмов). То есть вы можете их спокойно слушать на обычных стерео или моно аппаратах - никаких признаков объемного звука вы не услышите. Для раскодирования фонограммы вам нужно приобрести специальное устройство - декодер. Только с его помощью вы получите искомое звучание. Но такие системы достаточно дороги.

В более дешевых звуковых устройствах, в том числе и звуковых картах, применяется другая система объемного звучания, которая обрабатывает обычные стерео фонограммы, разделяя сигнал на две части. Первая часть его поступает во фронтальные колонки без изменений, а вторая часть задерживается на небольшое время и направляется в тыловые каналы. Настоящего объемного звука с помощью таких систем вы не получите - это не больше чем его имитация.

Blog

Некоторые сведения о природе звука

Содержание

Некоторые сведения о природе звука