Принципы и основы цифровой звукозаписи

О субъективности восприятия…

Сейчас идет очень много споров об объективности оценок звукового оборудования. Как это провести наилучшим образом.

Я приведу пример, который стал уже классическим. Когда в 90-х фирма AKG задалась целью поставить в производство свою легендарную модель микрофона C12, то разработчики столкнулись с неожиданной проблемой - все прототипы, взятые для новой серии, отличались друг от друга. Объяснялось это тем, что в 60-х и 70-х производственный процесс не отличался цифровой точностью. И, в результате, каждый AKG C12, выпущенный в то время имел свое звучание. Выход нашли очень простой - взяли десять лучших прототипов, усреднили параметры и поставили в производство. Название поменялось на C12R. На сегодня это один из самых дорогих микрофонов.

Предусилители, микшеры, аналоговые устройства обработки

Предусилистели - это специальный класс устройств, позволяющих поднять уровень микрофонного сигнала до уровня линейного. В большинстве случаев современные предусилители имеют на борту дополнительно встроенные устройства динамической обработки (компрессор/гейт/лимитер) и частотной коррекции (эквалайзер). В некоторых моделях предусмотрены дополнительные возможности по удалению артефактов, например, такие как "де-эссер" (исправляет свистящие и шипящие). В предусилителе обязательно должно быть предусмотрено фантомное питание для подключения конденсаторных микрофонов.

Некоторые начинающие специалисты, которые уже сталкивались с подобным типом устройств, часто спрашивают, зачем там стоит разделение на микрофонные и линейные входы? Я объясню: дело в том, что модули динамической обработки и частотной коррекции в одном приборе - это очень удобно для первоначальной обработки сигнала.

Предусилители могут быть встроены и в микшеры - сложные коммутационные устройства, предназначенные для смешивания сигналов. Микшеры подразделяются по предназначению: студийные, концертные, эфирные, и по типу коммутируемых трактов: аналоговые и цифровые. Цифровые микшеры используются большей частью в студийных условиях, хотя сейчас можно говорить и о цифровой революции в сферах теле- и радиовещания. Большинство современных цифровых моделей могут управляться программно из компьютера.

В домашних условиях в основном пользуются небольшими консолями производства Behringer, Yamaha и Mackie. Стоят они не дорого - $150-200. Если у вас более двух источников звука, то такой тип устройств вам необходим.

Хотя мы можем предусмотреть и другой вариант, если у нас стоит многоканальный аппаратный интерфейс - использовать программный микшер в компьютере и простую коммутационную панель, которую можно сделать самому.

Аналоговые устройства обработки сигнала уже отжили свое, за исключением некоторых профессиональных и дорогих моделей с большим количеством патентов. Цифровая обработка гораздо лучше и качественнее. Хотя в варианте с предусилителями - небольшая корректировка АЧХ на начальном этапе не повредит.

Электрические цепи, кабели, разъемы и заземление

Если вы думаете, что электрические цепи - это просто, то вы ошибаетесь. Незнание этого вопроса может повлечь за собой огромную вереницу проблем. На моих глазах люди палили дорогущие приборы из-за отсутствия заземления, а неправильно выбранный кабель мог создать много проблем при "живом" концертном микшировании.

Начнем по порядку. В основном мы встречаемся на практике с четырьмя видами кабелей: одножильные, "витая пара", квадропольные и комбинированные.

Одиночные кабели весьма просты по конструкции, они состоят из проводника в изоляции, экранирующей обмотки и второго слоя изоляции. Такие кабели предназначены для несимметричного подключения микрофонов и инструментов и произведения простейшей коммутации.

Витая пара представляет из себя несколько более сложную структуру, поскольку там находится два изолированных проводника, помещенные в органический изолирующий слой (хлопок или что-то подобное), экранирующей обмотки и внешнего слоя изоляции из поливинилхлорида или подобных соединений.

Квадропольные кабели как видно из названия состоят из четырех проводников. Их используют в качестве помехоустойчивой витой пары.

Комбинированные кабели состоят из множества более простых, заключенных в некую оболочку. Вы их можете встретить на концертах или больших студиях (их иногда называют "кишкой").

Проводники изготавливаются чаще всего из меди - это самый дешевый вариант. Чуть дороже использование специальной бескислородной меди (Oxygen-Free Copper, OFC), изготовленной путем переплавки при пониженном давлении. Ну и самый дорогой вариант, как вы понимаете, - серебро и золото.

Экранирующая обмотка, применяемая в звуковых кабелях бывает трех видов - фольга, спираль и проволочная сетка. Так основной задачей этого элемента кабеля является защита от внешних электромагнитных помех, то самый важный параметр - это степень покрытия. Например, в варианте с фольгой она приближается к 100%, спираль - до 80%, сетка - между ними. При этом немаловажную роль играет и такой параметр как гибкость кабеля. Вы понимаете, что если экранирующая обмотка из фольги, то кабель сильно не перегнешь. Поэтому, например, в концертном варианте используют кабели со спиральной или двойной спиральной обмоткой.

Если описывать кабель с точки зрения электричества, то он имеет свое сопротивление, индуктивность, возникающую между проводниками и между проводниками и обмоткой, и емкость, возникающую там же. Обычно производитель указывает все эти величины относительно длины равной 1 метру.

Так как сигнал переносится переменным напряжением и током, то сопротивление играет немаловажную роль. Чем длиннее проводник, тем слабее становится сигнал. В условиях большой протяженности кабелей обычно в цепь дополнительно подключают линейный усилитель сигнала. Хотя производители пытаются сделать сопротивление минимальным, и оно действительно мало.

За счет того, что в кабелях возникают емкость и индуктивность, они могут влиять на АЧХ сигнала, работая как частотные фильтры. Это зависит от длины кабеля, его конструктивных особенностей и от выходного сопротивления цепи, к которой этот кабель подключен.

Если говорить о коммутации источника сигнала и нагрузки, то должно действовать правило, согласно которому полное сопротивление источника должно быть намного меньше сопротивлению нагрузки. Это правило не относится к высокочастотным и цифровым линиям.

Электрические цепи предусматривают наличие помех. Экранирование и коммутация его на "землю" позволяет нам избавиться от статического электричества и радиочастотных помех. Витая пара позволяет нам избавиться от других проникающих внешних сигналов и помех (не стоит забывать, что кабель у нас работает как антенна). Одножильный кабель будет их просто привносить в сигнал, но если мы будем применять симметричную коммутацию, в которой через один проводник сигнал будет подаваться без изменений ("горячий"), а во второй - в противофазе ("холодный"), то потом при вычитании второго сигнала из первого мы удаляем все помехи и выигрываем в амплитуде полезного сигнала. Таким образом, симметричная коммутация является одной из самых правильных.

Для симметричной (балансной) коммутации используется три стандартных типа разъемов: джеки, мини-джеки, XLR. Как правильно сделать распайку показано на рисунке 3. Иногда контакт общего проводника запаивается на корпус. Единственное, что хочется отметить, что на некоторых видах аппаратуры как "горячий" указывается 3 контакт (специально указывается фразой типа "3 - "hot").

Распайка разъемов

При несимметричной (небалансной) коммутации используется четыре стандартных типа разъемов: джеки, мини-джеки, XLR и RCA (тюльпаны). Чтобы сделать из XLR небаланс, нужно просто не задействовать 3 контакт, то же относится к стерео-джекам и стерео-мини-джекам.

Как мы понимаем, симметричная коммутация является лучшим способом избавления от помех, поэтому лучше всего стараться использовать только ее, где это только возможно.

Теперь поговорим об одном из самых важных моментов коммутации студии - заземлении. Заземление может избавить цепь от электрических помех, неадекватного взаимодействия подключенных устройств, а также от поражения человека электрическим током. Обычно заземление состоит из заземлителя и заземляющих защитных проводников. Заземлитель - это металлический проводник, находящийся в грунте, заземляющий защитный проводник - это металлический проводник соединяющий аппаратную часть вашей студии и заземлитель. В качестве естественных заземлителей можно использовать железобетонные конструкции, в качестве искусственных - металлические контуры, стержни, закапываемые в землю. Крайне не рекомендуется использовать в качестве заземлителя водопроводные трубы и батареи. Эффект может быть обратным.

"Земляная" петля

При подключении устройств к заземлению также могут быть ошибки. На рис. 4 показан эффект так называемой "земляной" петли. Как вы видите, от устройства А есть два земляных пути - через сеть и через устройство Б посредством экранирующей обмотки звукового кабеля. Это рождает ряд проблем - в звуковом сигнале, поступающем на устройство Б, добавляются дополнительные помехи, "земляная" петля работает как антенна. Если вы подключили мощное устройство, то в цепи могут возникнуть серьезные перепады напряжения.

Получается, что на вход устройства Б подается сигнал достаточно сомнительного качества. Решение данной проблемы называется "развязкой "земляной" петли" и подразумевает под собой следующее - на звуковом кабеле от устройства А до устройства Б, у входа последнего экранирующую обмотку отсоединяют от земли. То есть, кабель получается соединен с землей только со стороны устройства А. Если мы имеем дело с несимметричными связями, то данный процесс происходит гораздо сложнее - нужно предусматривать несколько типов "земель", звуковую и сетевую. Это смогут сделать правильно только специалисты, обладающие определенными навыками. Идеальная схема подключения устройств к заземлению выглядит следующим образом:

Идеальное заземление студийной техники

Все аппаратные средства заземлены в одной точке, которую часто называют "Меккой".

Дополнительно рекомендовано использовать специальные источники питания, в которых существуют специальные фильтры, защищающие от помех и внешних воздействий. Эти опции являются стандартными для дорогих систем бесперебойного питания (UPS).

В профессиональной технике часто присутствуют кнопки включения отключения заземления, что иногда может решить проблемы с несимметричными связями.

Еще одна немаловажная деталь, о которой стоит сказать - влияние переходных процессов. Переходные процессы - это явления, возникающие при включении/выключении оборудования. Например, многие из вас видели, как гитарист вынимает из гитары джек и после этого раздается громкий неприятный звук, который может испортить всю студийную технику, начиная от предусилителя и заканчивая колонками.

Звуковой тракт опишем следующей последовательностью: микрофон/инструмент, предусилитель, компьютер/магнитофон, микшер, усилитель, колонки. Так вот включать нужно все в таком порядке как я и перечислил. То есть сначала микрофон, потом предусилитель, потом компьютер, за ним микшер, за ним усилитель и колонки.

Отключать нужно в обратном порядке, начиная с колонок. Если вы включаете или отключаете устройство при остальных включенных, сделайте это так, чтобы следующий в списке элемент имел минимальную чувствительность. Например, включая микрофон, установите чувствительность предусилителя в ноль (если подключаете конденсаторный микрофон, то отключите сначала фантомное питание). Если отключаете компьютер, выставьте фэйдеры на микшере в ноль и так далее. Данная схема призывает к порядку и сохраняет работоспособность аппаратуры.