Домашняя студия звукозаписи. Принципы и основы.


Автор: Владимир Бодов
Источник: www.3dnews.ru

На современном этапе развития техники компьютерная студия на базе РС превосходит по своим возможностям профессиональные студии Лондона и Лос-Анжелеса пятнадцатилетней давности.

Современные профессиональные студии отличаются от домашних в большинстве своем возможностями производства многоканального и hi-res-звука (аудио высокого разрешения), продуманной акустикой контрольных помещений, сложной мониторинговой системой и наличием специалистов высокого класса.

Но, согласитесь, сейчас простой аудио-компакт диск (CDDA) является основным пользовательским стандартом и уйдет он очень не скоро. А это 16 бит, 44.1 КГц?

Массовое производство CD началось в конце 80-х, и тогда это подразумевало очень сложный производственный процесс, а сегодня ведь совсем нет проблем в записи, сведении и мастеринге собственного CD в домашних условиях. Это основное отличие 2003 года от начала 90-х.
Я могу немного "приоткрыть тайну" и сказать, что половина той музыки, которую вы слышите по радио или ТВ, производилось на РС, технические характеристики которых соизмеримы с вашим домашним компьютером.
Задачей этого материала является освещение основных вопросов по комплектации домашней профессиональной студии, "на выходе" которой вы сможете получить качественный продукт, который могут принять в ротацию.

Тракты

Современный тракт студии звукозаписи состоит из двух основных частей: аналогового и цифрового. Раньше все записывалось на аналоговые носители. Поэтому были очень большие потери при копировании с одного накопителя информации на другой.

Другой минус чисто аналоговых трактов состоит в погрешностях в управлении. Например, мой по сей день любимый синтезатор Roland Jupiter-8 (начало 80-х), не мог позволить точную настройку звучания. Все зависело от многих параметров: степени "нагретости" и т.п. Даже один раз крутанув ручку потенциометра, вы потом не сможете точно зафиксировать ее в исходное положение.

С приходом цифровых технологий все существенно изменилось и упростилось. Во-первых, стало доступно копирование цифрового звукового сигнала без потерь в качестве. То есть вы можете копировать аудио-CD "один к одному".

Партии музыкантов стало возможным редактировать, копировать отдельные куски, собирать свои партии на их базе без потерь в качестве. Но и позиции музыкантов немного поменялись, так как теперь главный человек в студии - это звукорежиссер.

Во-вторых, найдя нужную настройку для эффект-процессора/плагина (пресет), вы сможете потом воспроизвести ее с той же точностью в любой момент.

Плюсы цифровых трактов стоит рассматривать и из физических соображений, поскольку теорема Нейквиста-Котельникова подверждает, что дискретный цифровой сигнал с частотой дискретизации 44100 Гц воспринимается человеческим ухом как непрерывный во всем слышимом частотном диапазоне.

Цифровые тракты не стоят на месте и развиваются таким же темпом как и раньше. Если посмотреть на все со стороны, то пользователю, нужно одно - выпустить компакт-диск со стандартными значениями 16 бит, 44.1 КГц.

Если видеть ситуацию именно с таких позиций, то все вопросы с супер-технологиями отпадают. Мы не выбрали и 50% от того арсенала, который сейчас доступен в диапазоне $200-500 (аппарат) и $400-800 (ПО).
Поэтому основное золотое правило домашней студии: соразмерность аппаратной части и программного обеспечения. Если она будет найдена, то на выпуск продукции вы будете тратить намного меньше времени. По собственному опыту могу сказать, что по отлаженной рабочей схеме можно выпускать по одной-две композиции в неделю (начиная от записи и заканчивая профессиональным мастерингом).

И, в принципе, не важно, делаете вы это на базе Celeron-300 или Pentium-4, главное - это соразмерность аппарата и ПО.

Если говорить о современных трактах звукозаписи, то они просты: микрофон/инструмент - предусилитель - (АЦП-(компьютер)-ЦАП) - микшер - усилитель - акустические системы. На современном этапе вся обработка идет в компьютере за счет программно-аппаратного обеспечения.

Соответственно, "аналог" сейчас используется по минимуму - только микрофоны, звукосниматели, кабели, предусилители, микшеры и акустические системы (колонки). Все остальное возлагается на плечи компьютера.

Аналоговые тракты

Звуковая волна, распространяющаяся в воздухе, может быть преобразована в электрический (или как его еще называют, аналоговый) сигнал. То есть, изменения давления в воздухе должны быть пропорциональными изменениям напряжения или силы тока. Частота пульсации воздушной волны должна быть равна частоте пульсации напряжения или тока. Таким образом, мы переносим всю звуковую информацию в электрическое поле, и передаем ее посредством электрического сигнала. Устройства, которые позволяют произвести преобразования акустическая среда > аналоговый сигнал, называются микрофонами и звукоснимателями. Вот как раз на микрофонах мы и остановимся несколько подробнее, поскольку это одни из самых важных элементов студии.

Микрофоны

Микрофоны - это акустико-электрические преобразователи. Основная задача, которую решают эти устройства - превращения изменений колебаний воздушной среды (изменений звукового давления) в изменения электрического сигнала.

Основные понятия, которыми можно описать микрофон следующие:
  • Тип преобразования (динамический, конденсаторный);
  • Тип, предназначение микрофона (инструментальный, голосовой);
  • АЧХ;
  • Направленность;
  • Техническая спецификация;
  • Конструктивные особенности.


Сейчас наибольшее распространение получили динамические и конденсаторные микрофоны. Принцип действия динамического микрофона очень прост. К мембране, которая "ловит" звуковые волны и реагирует на них, снизу прикреплена катушка. Внутри катушки стационарно установлен магнит, прикрепленный к корпусу капсюля. Изменение положения катушки относительно магнита превращается в изменения электромагнитного поля и тем самым формируется электрический сигнал.

Устройство капсюля динамического микрофона

Конденсаторный микрофон еще более прост в объяснении, так как его мембрана является одной из обкладок конденсатора. Изменения ее состояния, превращаются в изменения электрической емкости и как следствие электромагнитного поля. Таким образом, мы также получаем аналоговый сигнал.

Устройство капсюля конденсаторного микрофона

Сигнал конденсаторных микрофонов получается очень слабым, и ему необходимо дополнительное усиление. Но с другой стороны, мембрану конденсаторного микрофона можно сделать очень тонкой и легкой, за счет чего мы улучшаем параметр чувствительности и расширяем частотный диапазон. Для конденсаторных микрофонов используется несколько типов усилителей, наиболее распространенным из который является транзисторный вариант. Многие из вас сталкивались с понятием "лампового" микрофона, что говорит о типе используемого усилителя. Также имеют распространение электретные микрофоны, где пластины конденсатора сделаны из специального материала и постоянно находятся в заряженном виде. Всем конденсаторным микрофонам требуется дополнительное питание, именуемое фантомным. Стандартный вариант - постоянное напряжение 48 В. Такое питание имеется в большинстве микшеров и предусилителей. С развитием видео и киноиндустрии фантомное питание встраивается и в некоторые типы профессиональных видеокамер.

Если говорить о положительных сторонах конденсаторных микрофоном, то кроме выигрыша в чувствительности мы получаем преимущество в возможностях изменения направленности микрофона, или как говорят диаграммы направленности. Для обычной мембраны стандартной диаграммой является кардиоида. В большинстве моделей используют два капсюля и располагают их "спина к спине". Далее все зависит от поляризирующего напряжения. Если оба капсюля находятся в фазе, то микрофон ловит весь звук вокруг себя и такая диаграмма называется круговой. Если же они находятся в противофазе, то мы получаем "восьмерку". Все остальные диаграммы носят комбинационный характер.
Кондесаторные микрофоны также делятся по размерам используемых диафрагм, которые могут быть малыми и большими. Первый вариант лучше себя характеризует с точки зрения достоверности АЧХ, ширины частотного диапазона и выдержке большего звукового давления. Конденсаторные микрофоны с большими мембранами обладают большей долей чувствительности и меньшим уровнем шума. Они чаще всего используются в студиях и, в большинстве своем, достаточно дороги. При этом страдает достоверность, поэтому говорят, что такие микрофоны "украшают" звук. Стоит отметить, что это весьма субъективный параметр, воспринимаемый на слух.

Основные технические характеристики микрофонов:
  • Номинальный частотный спектр. Это тот спектр частот, который может идентифицироваться после микрофонного преобразования.
  • Неравномерность частотной характеристики. Этот параметр характеризует разность между максимальной и минимальной чувствительностью микрофона в пределах номинального диапазона частот.
  • Чувствительность микрофона. Этот параметр характеризует отношение выходного напряжения к звуковому давлению. Измеряется в милливольтах на паскаль (мВ/Па).
  • Перепад чувствительности "фронт/тыл".
  • Выходное сопротивление.
  • Cопротивление нагрузки. Сопротивление нагрузки должно быть как минимум в три раза больше выходного сопротивления.
  • Уровень чувствительности. Этот параметр отражает уровень мощности, развиваемой микрофоном в номинальную нагрузку при давлении в один паскаль. Указывается в дБ.
  • Максимальный уровень звукового давления.
  • Уровень собственных шумов.
  • Динамический диапазон. Определяется как разность предельного звукового давления и уровня собственных шумов..


На современном этапе микрофоны делятся также на инструментальные и голосовые. Если микрофон не нужно держать в руке, а, например, подзвучить им бас-бочку, то он может любой формы и любых размеров. Также в нем не нужно задействовать весь частотный диапазон, достаточно ограничить его сверху до 12 КГц.

На самом деле инструментальные микрофоны - это часто устройства с субъективно измененной формой АЧХ. Используются они только в дорогих студиях. Их часто пытаются классифицировать по типу использования, инструменту, форме. Но, обычно это ни к чему не приводит, поскольку все зависит от производителя. Захочет он выпустить новую модель в виде пирамиды, будут "инструментальные микрофоны пирамидного типа".

Большинство звукорежиссеров предпочитают пользоваться "всеядными" моделями, которые подходят и для вокала, и для инструментов. Например, это такие модели как Shure SM 58 (динамический), AKG C 3000, AKG C 414, Neumann U87 и так далее. Не маловажные параметры при выборе микрофона - это его цена и советы специалистов.
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").