В этом разделе мы познакомим вас с сущностью ряда эффектов, основанных на задержке сигнала, таких как:
* Дилэй (Delay)
* Флэнжер (Flanger)
* Фэйзер (Phaser)
* Хорус (Chorus)
* Реверберация (Reverb)
О реализации данных эффектов в Cubase SX речь пойдет в главе 13.
Дилэй, delay
Необходимость в эффекте дилэй (delay) возникла с
началом применения стереофонии. Сама природа слухового аппарата
человека предполагает в большинстве ситуаций поступление в мозг двух
звуковых сигналов, отличающихся временами прихода. Если источник звука
находится "перед глазами": на перпендикуляре, проведенном к линии,
проходящей через уши, то прямой звук от источника достигает обоих ушей
в одно и то же время. Во всех остальных случаях расстояния от источника
до ушей различны, поэтому одно либо другое ухо воспринимает звук
первым. Проведем несложные расчеты. Время задержки (разницы во времени
приема сигналов ушами) будет максимальным в том случае, когда источник
расположен напротив одного из ушей. Так как расстояние между ушами
— около 20 см, то максимальная задержка может составлять около 6
мс. Этим величинам соответствует волна звукового колебания с частотой
около 1,7 кГц. Для более высокочастотных звуковых колебаний длина волны
становится меньше, чем расстояние между ушами, и разница во времени
приема сигналов ушами становится неощутимой. Предельная частота
колебаний, задержка которых воспринимается человеком, зависит от
направления на источник. Она растет по мере того, как источник звука
смещается от точки, расположенной напротив одного из ушей, к точке,
расположенной перед человеком.
Дилэй применяется прежде всего в
том случае, когда запись голоса или акустического музыкального
инструмента, выполненную с помощью единственного микрофона,
"встраивают" в стереофоническую композицию. Этот эффект служит основой
технологии создания стереозаписей.
Но дилэй может применяться и
для получения эффекта однократного повторения каких-либо звуков.
Величина задержки между прямым сигналом и его задержанной копией в этом
случае выбирается большей, чем естественная задержка в 8 мс. Какая
именно задержка должна быть выбрана? Ответ на этот вопрос определяется
несколькими факторами. Прежде всего, следует руководствоваться
эстетическими критериями, художественной целью и здравым смыслом. Для
коротких и резких звуков время задержки, при котором основной сигнал и
его копия различимы, меньше, чем для протяженных звуков. Для
произведений, исполняемых в медленном темпе, задержка может быть
больше, чем для быстрых композиций.
При определенных соотношениях
громкостей прямого и задержанного сигналов может иметь место
психоакустический эффект изменения кажущегося расположения источника
звука на стереопанораме. Согласитесь, что, например, "перескоки" рояля
с места на место по ходу прослушивания произведения очень трудно
обосновать как с эстетических позиций, так и с точки зрения верности
воспроизведения реального звучания. Как и любой эффект, дилэй нужно
применять в разумных пределах и не обязательно на протяжении всей
композиции.
Этот эффект реализуется с помощью устройств,
способных осуществлять задержку акустического или электрического
сигналов. Таким устройством сейчас чаще всего служит цифровая линия
задержки, представляющая собой цепочку из элементарных ячеек —
триггеров задержки. Для наших целей достаточно знать, что принцип
действия триггера задержки сводится к следующему: символ двоичного
сигнала, поступивший в некоторый тактовый момент на его вход, появится
на его выходе не мгновенно, а только в очередной тактовый момент. Общее
время задержки в линии тем больше, чем больше триггеров задержки
включено в цепочку, и тем меньше, чем меньше тактовый интервал (чем
больше тактовая частота). В качестве цифровых линий задержки можно
использовать запоминающие устройства. Известны специальные алгоритмы
адресации ячеек запоминающих устройств, обеспечивающие "скольжение"
информации "вдоль" адресного пространства. Разумеется, для применения
цифровой линии задержки сигнал должен быть сначала преобразован в
цифровую форму. А после прохождения копией сигнала линии задержки
происходит цифроаналоговое преобразование. Исходный сигнал и его
задержанная копия могут быть как раздельно направлены в различные
стереоканалы, так и смешаны в различных пропорциях. Суммарный сигнал
можно направить либо в один из стереоканалов, либо в оба.
В
звуковых редакторах дилэй реализуется программным (математическим)
путем за счет изменения относительной нумерации отсчетов исходного
сигнала и его копии.
Возможны такие, например, разновидности
задержки, при которых формируются несколько задержанных на различное
время копий сигнала. Реализация эффекта delay в программе Cubase SX рассмотрена в главе 13.
В виртуальных дилэях, как и в их аппаратных прототипах, обязательно
имеются регуляторы глубины и частоты модуляции задержанного сигнала, а
также регулятор коэффициента обратной связи (feedback). Сигнал с выхода
подается опять в линию задержки. Время затухания устанавливается
регулятором обратной связи. Чтобы однократное повторение превратилось в
настоящее повторяющееся эхо, коэффициент обратной связи надо увеличить.
Как правило, и в реальных, и в виртуальных устройствах имеется
регулятор, при помощи которого можно подобрать такое время задержки,
чтобы оно соответствовало темпу композиции.
Звуковые эффекты флэнжер (flanger) и фэйзер (phaser)
В основу звуковых эффектов флэнжер (flanger) и фэйзер (phaser) также положена задержка сигнала.
В аналоговых устройствах флэнжер реализуется при помощи гребенчатых
фильтров, которые могут строиться на линиях задержки. Характерная форма
амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) создается за счет сдвига фазы
при распространении сигнала в линии задержки и сложения реализаций
задержанного сигнала.
Меняя параметры гебенчатого фильтра, можно в значительной степени изменять первоначальный тембр звука.
Гребенчатая АЧХ фильтра обусловлена тем, что для некоторых частот
задержанные копии сигнала складываются в фазе и поэтому усиливаются,
для других частот — в противофазе и поэтому взаимоуничтожаются.
Периодическая структура АЧХ определяется периодическим характером
составляющих аудиосигнала (синусоид).
Совершенно не случайно в
старые времена флэнжером часто пытались заменить реверберацию.
Реверберация возникает за счет многократного отражения звуковых волн от
стен, потолка и пола помещения. При этом звуковые колебания по пути к
слушателю претерпевают различные по величине задержки (фазовые сдвиги).
Имеет место интерференция колебаний. Если исследовать любое помещение с
заметными реверберационными свойствами, то обнаружится, что его АЧХ
имеет гребенчатую форму.
Как мы уже сказали, дилэй имитирует
эффект неодновременного восприятия мозгом человека звуковых сигналов.
Эффект повторного звучания может быть вызван и распространением звука
от источника к приемнику различными путями (например, звук может
приходить, во-первых, напрямую и, во-вторых, отразившись от
препятствия, находящегося чуть в стороне от прямого пути). В том и в
другом случаях время задержки остается постоянным. В реальной жизни
этому соответствует маловероятная ситуация, когда источник звука,
приемник звука и отражающие предметы неподвижны относительно друг
друга. При этом частота звука не изменяется, каким бы путем и в какое
бы ухо он ни приходил.
Если же какой-либо из трех элементов
подвижен, то частота принимаемого звука не может оставаться той же, что
и частота звука переданного. Это и есть проявление того самого эффекта
Доплера, который в учебниках традиционно поясняется на примере
изменения высоты звучания гудка движущегося паровоза.
Итак,
реальные музыкальные звуки при распространении претерпевают не только
расщепление на несколько звуковых волн и различную (для каждой из них)
задержку, но и неодинаковое изменение частот для разных спектральных
составляющих.
И флэнжер, и фэйзер имитируют (каждый по-своему)
проявления взаимного перемещения упомянутых трех элементов: источника,
приемника и отражателя звука. По сути дела, оба эффекта представляют
собой сочетание задержки звукового сигнала с частотной или фазовой
модуляцией. Разница между ними чисто количественная. Флэнжер отличается
от фейзера тем, что для первого эффекта время задержки копии (или
времена задержек копий) и изменение частот сигнала значительно большее,
чем для второго. Образно говоря, флэнжер наблюдался бы в том случае,
когда певец мчался бы к зрителю, сидящему в зале, со скоростью
автомобиля. А вот для того чтобы ощутить фэйзер в его, так сказать,
первозданном виде, движущегося источника звука не требуется, зрителю
достаточно часто-часто вертеть головой из стороны в сторону.
Упомянутые количественные отличия эффектов приводят и к отличиям
качественным: во-первых, звуки, обработанные ими, приобретают различные
акустические и музыкальные свойства, во-вторых, эффекты реализуются
различными техническими средствами.
Значения времени задержек,
характерные для флэнжера, существенно превышают период звукового
колебания, поэтому для реализации эффекта используют многоразрядные и
многоотводные цифровые линии задержки. С каждого из отводов снимается
свой сигнал, который в свою очередь подвергается частотной модуляции.
Для фэйзера, наоборот, характерно столь малое время задержки, что оно
оказывается сравнимо с периодом звукового колебания. При таких малых
относительных сдвигах принято говорить уже не о задержке копий сигнала
во времени, а о разности их фаз. Если эта разность фаз не остается
постоянной, а изменяется по периодическому закону, то мы имеем дело с
эффектом Phaser. Так что можно считать фэйзер предельным случаем
флэнжера. Но если внимательно прочитать еще раз этот абзац, то можно
понять, что фэйзер — это фазовое вибрато.
Чего только ни придумывали в относительно старые времена, чтобы реализовать эти эффекты!
Например, чтобы получить флэнжер, вместо одной акустической системы
использовали несколько систем, размещенных на различных расстояниях от
слушателей. В определенные моменты производили поочередное подключение
источника сигнала к акустическим системам таким образом, что
создавалось впечатление приближения или удаления источника звука.
Задержку звука выполняли и с помощью магнитофонов со сквозным трактом
запись/воспроизведение. Одна головка записывает, другая —
воспроизводит звук с задержкой на время, необходимое для перемещения
ленты от головки к головке. Для частотной модуляции особых мер можно
было и не придумывать. Каждому аналоговому магнитофону присущ
естественный недостаток, называемый детонацией, которая проявляется в
виде "плавания звука". Стоило чуть-чуть специально усилить этот эффект,
изменяя напряжение, питающее двигатель, и получалась частотная
модуляция.
Для реализации фэйзера методами аналоговой техники
использовали цепочки электрически управляемых фазовращателей. А иногда
можно было наблюдать и такую картину: в акустической системе,
подключенной к электромузыкальному инструменту или электрогитаре, вдруг
начинало вращаться что-то вроде вентилятора. Звук пересекался
подвижными лопастями, отражался от них, получалась фазовая модуляция.
Представляете, сколько усилий предпринималось только ради того, чтобы
оживить тембр звучания инструментов! Современные звуковые редакторы
позволяют без особых усилий со стороны пользователя реализовать
гигантское количество различных звуковых эффектов.
Хорус (chorus)
Хорус (chorus) проявляется как эффект исполнения
одного и того же звука или всей партии не одним-единственным
инструментом или певцом, а несколькими. Искусственно выполненный эффект
является моделью звучания настоящего хора. В том, что хоровое пение или
одновременное звучание нескольких музыкальных инструментов украшает и
оживляет музыкальное произведение, сомнений, вероятно, нет ни у кого.
С одной стороны, голоса певцов и звуки инструментов при исполнении
одинаковой ноты должны звучать одинаково, а к этому стремятся и
музыканты, и дирижер. Но из-за индивидуальных различий источников звук
все равно получается разным. В пространстве, тракте звукоусиления и в
слуховом аппарате человека эти немного неодинаковые колебания
взаимодействуют, образуются так называемые биения. Спектр звука
обогащается и, самое главное, течет, переливается.
Можно считать,
что предельным случаем хоруса является одновременное звучание слегка
отличающихся по частоте двух источников — унисон.
Унисон
был известен задолго до появления синтезаторов. В основе сочного и
живого звучания двенадцатиструнной гитары и аккордеона лежит унисон. В
аккордеоне, например, звук каждой ноты генерируется узлом, содержащим
два источника колебаний (язычка), специально настроенных "в разлив"
— с небольшой (в единицы герц) разницей в частотах. В
двенадцатиструнной гитаре звук извлекается одновременно из пары струн.
Разница в частотах образуется естественным путем из-за невозможности
идеально одинаково настроить струны инструмента.
Вот именно
наличие этой ничтожной разницы в частотах голосов певцов или
инструментов и служит причиной красивого звучания унисона (для двух
голосов) или хоруса (для более двух голосов).
В цифровых
электромузыкальных инструментах, напротив, частоты пары вторичных
генераторов могут быть получены абсолютно равными друг другу. В таком
звучании отсутствует жизнь, потому что оно слишком правильное. Для
оживления электронного звучания и создания впечатления игры нескольких
инструментов и используют хорус.
Существует довольно много разновидностей алгоритмов хоруса. Но все они сводятся к следующему:
* исходный сигнал разделяется на два или несколько каналов;
* в каждом из каналов спектр сигнала сдвигают по частоте на
определенную величину. Частотные сдвиги очень малы, они составляют доли
Гц и в ряде случаев изменяются во времени;
* в каждом из каналов
сигнал немного задерживают во времени, причем, величина задержки может
меняться (поэтому хорус относится к числу эффектов, основанных на
задержке сигнала);
* каждый из каналов позиционирует в свою точку на стереопанораме;
* сигналы, полученные таким способом, складывают.
В итоге получается сигнал, спектр которого непрерывно изменяется,
причем период полного цикла этого изменения столь велик, что
повторяемость спектральных свойств сигнала не ощущается.
Хорус
настолько украшает звучание инструментов, что ныне он стал одним из
эффектов, имеющихся практически в каждом синтезаторе и многих звуковых
картах.
Обработка аудиосигнала звуковыми редакторами позволяет
получить массу разновидностей этого эффекта. Вместе с тем, не следует
чрезмерно увлекаться им, так как это может привести к ухудшению
разборчивости звучания голоса, к "засорению" акустической атмосферы
композиции.