Устройства частотной обработки

Устройства частотной обработки предназначены для изменения полосы частот и формы спектра звукового сигнала. И та, и другая операция осуществляется с помощью частотных фильтров, которые делятся г фильтры низких частот, высоких частот и полосовые. Первые пропускают сигналы ниже некоторой частоты (частоты среза), вторые выше частоты среза, а третьи - в определенной полосе частот. Указан-5 фильтры обычно имеют возможность регулировать ослабление или усиление в области нижних или верхних частот. Применение фильтров дает возможность улучшать звучание в условиях плохой акустики студии или при неудачном расположении микрофонов, выделить или по­вить отдельные участки спектра сигнала и тем самым изменить характер звучания, придать ему новизну и оригинальность [2,24]. Применяя фильтры, нужно иметь в виду, что любой фильтр изменяет тембр звука. Если речевой сигнал пропускать через фильтр низких частот, то он будет обогащен низкими частотами и звучание будет бубнящим. Если ослаблять низкие частоты фильтром высоких частот, то звучание станет звенящим. Обогащение высокими частотами делает звук свистящим, а ослабление высоких частот делает звучание глухим. Полосовые фильтры позволяют создавать такие эффекты, как «разговор по телефону», избавляться от мешающих низкочастотных и высокочастотных помех. Эти фильтры в основном применяют при обработке речевого сигнала, поскольку его спектр относительно узкий и ослабление низкочастотного и высокочастотного участков почти не сказывается |на его спектре.

Если фильтр позволяет усилить какую-то часть спектра (чаще всего часть средних частот), то это приведет к кажущемуся выделению из общей звуковой картины отдельных звуковых источников (певцов, инструментов). Такой фильтр дает ощущение присутствия слушателя рядом с исполнителем и называется фильтром присутствия. Фильтры характеризуется тремя основными параметрами: частотой среза, полосой частот, изной спада амплитудно-частотной характеристики. От установок этих параметров зависит степень влияния фильтра на звуковой сигнал.

Строго говоря, влияние фильтров сводится не только к изменению полосы частот или формы спектра. Любой фильтр вызывает дополни­тельные фазовые сдвиги между спектральными составляющими. На слух это может восприниматься как искажение пространственной структуры звуковой картины.

Использование в практике радиовещания одного какого-либо фильт­ра оказалось недостаточным. Так появился прибор частотной обработки эквалайзер - комбинация из нескольких (от двух до тридцати и даже бо­лее) полосовых фильтров. Основная задача эквалайзера - коррекция тем­бра звукового сигнала путем изменения формы спектра. Эквалайзеры бывают графическими и параметрическими. В графическом эквалайзере частотный спектр входного сигнала делится на полосы. Уровень сигнала в каждой полосе может как ослабляться, так и усиливаться отдельным движком, и общая картина положений движков наглядно визуализирует частотную характеристику - отсюда и название прибора. Из-за взаимно­го влияния фильтров соседних полос реальная амплитудно-частотная характеристика прибора может сильно отличаться от «нарисованной» движками. Графический эквалайзер позволяет решать многие задачи при формировании тембра: звук можно делать ясным и светлым подчеркива­нием высоких тонов, теплым - подчеркиванием нижней части спектра среднего диапазона, глубоким - подчеркиванием басов и т.д.

Графическим эквалайзером не всегда удобно пользоваться из-за фиксированных полос пропускания и средних частот фильтров, к тому же и не всегда можно достичь желаемого результата. Например, если потребуется поднять усиление в пределах полосы, соответствующей нескольким частотным полосам эквалайзера, то придется манипулиро­вать сразу несколькими движками. Указанные недостатки устранены в параметрическом эквалайзере, который имеет гораздо меньше фильт­ров (от трех до пяти), но является более точным прибором благодаря тому, что частотная характеристика каждого фильтра может изменять­ся в широких пределах. Регулировке поддаются все основные парамет­ры фильтров - частота настройки, полоса пропускания, коэффициенты усиления и ослабления. Отсюда и название «параметрический». С по­мощью параметрического эквалайзера можно сформировать любой спектр и поэтому достичь более высокого качества звука, чем с помо­щью графического.

Эквалайзер, как любой прибор обработки звука, не должен вносить никаких искажений в сигнал. Поэтому требования к его электрическим параметрам очень высокие. В частности, нелинейные искажения менее 0.01%, отношение сигнал/шум более 90 дБ, вход- высокоомный, выход - низкоомный. Качество эквалайзеров можно проверить и без исполь­зования измерительных приборов. Для этого нужно взять два эквалай­зера одного типа, задать им «зеркальные» установки, затем прослушать сигнал до эквалайзеров и прошедший оба эквалайзера. Отсутствие раз­ницы будет хорошим показателем качества приборов.

Эквалайзеры выпускаются или как приборы с одной функцией или как многофункциональные. В зависимости от сочетания этих функций существует много различных типов приборов на базе эквалайзера. Совмещение эквалайзера с микрофонным предусилителем и каким-либо устройством динамической обработки называется микрофонным процессом. Объединение эквалайзера с компрессором называется частотно-зависимым компрессором. В таком приборе динамической обработкеподвергается сигнал отдельной полосы без изменения остальных. Если частотно-зависимый компрессор предназначен для обработки звукового сигнала, то его часто называют деессером. Он позволяет уменьшить «присвисты» в речевых программах или при записи вокала. ';„■£ Эквалайзер можно использовать не только как прибор частотной обработки, но и как устройство для поиска и устранения обратной акустической связи. Для этого имеется специальная функция, при включении торой анализатор определяет «вредную» частоту, а эквалайзер автоматически корректирует нужную полосу. Если обратная связь присутствуют на нескольких частотах, то последовательным включением этой функцииобратная связь устраняется до тех пор, пока звук станет чистым. В зависимости от назначения эквалайзеры бывают монофоническими, стереофоническими, двухканальными и многоканальными. Многие устройства обработки на случай выхода из строя имеют режим обхода, |.е. переключения сигнала со входа на выход.

К отдельному виду приборов частотной обработки относятся кроссо-веры, выполняющие функцию разделения частотного спектра на несколько полос и подачи соответствующих сигналов на «свои» усилитель ► громкоговоритель. В кроссовере предусматриваются регулировки параметров фильтров, усиления, коррекция фазово-частотной характеристики.

Применение эквалайзера не дает положительного результата, если) каким-то причинам часть спектральных составляющих сильно ослаблена. Однако и в этом случае есть выход. Оказывается, можно восста­вить недостающие составляющие, причем таким образом, чтобы они динамически и музыкально были связаны с исходным сигналом. Такую функцию выполняет прибор обработки, называемый эксайтером. Спектральный состав и амплитуда подмешиваемых гармоник регулируются в соответствии с решаемыми задачами. В результате происходит восстановление яркости, чистоты и естественности звучания. Разновидностью эквалайзера является энхансер, выполняющий функции программно-зависимого усиления, фазовой коррекции высоких частот. Субъективно обработка энхансером проявляется в повышении громкости и разборчивости, яркости и прозрачности звука. Такого эффекта нельзя добиться с помощью эквалайзера.

Эквалайзеры и энхансеры относятся к приборам психоакустической Зработки, учитывающим особенности восприятия звука человеком.

Для временной обработки звуковых сигналов применяются линии за­держки и ревербераторы. Основная функция линии задержки - задер­жать звуковой сигнал на некоторое время. Задержанный сигнал может быть смешан с исходным в процессе записи. Такая обработка не изме­няет качество звука радикально, но во многих случаях оказывается по­лезной. Больший эффект достигается, если задержанный сигнал пода­ется на вход звукового канала. Применением задержки достигается, глав­ным образом, ощущение местоположения источника звука. Задание ка­жущегося направления на источник часто осуществляется панорамиро­ванием, но временная задержка также позволяет осуществить панора­мирование, и при этом имеются некоторые преимущества. При панора­мировании за счет разницы амплитуд сигналов правого и левого каналов образ источника возникает вблизи громкоговорителя канала с большой громкостью, причем это касается слушателей, находящихся в зоне сте­реоэффекта. Задержка звука на 5 - 30 мс приводит к тому, что образ ис­точника для всех слушателей, находящихся в помещении, возникает в том из громкоговорителей, который воспроизводит более ранний сигнал. Так происходит потому, что человек инстинктивно воспринимает направле­ние на источник звука по задержке сигналов. То направление, откуда звук приходит раньше, и будет направлением на источник.

Восприятие пространственности звука связано с анализом отражен­ных звуков, приходящих со всех сторон с разной временной задержкой. Используя линии задержки, можно моделировать отраженные сигналы и получить любую пространственную звуковую картину. Именно такую функцию выполняют ревербераторы. Принцип действия реверберато­ра состоит в том, что создается последовательность задержанных во времени сигналов с убывающей амплитудой и располагающихся на вре­менной оси с дискретностью, характерной для естественной ревербе­рации. Кроме того, алгоритмы искусственной реверберации учитывают психоакустические особенности восприятия звука, дают возможность подбирать параметры обработки под конкретные условия. Отраженные сигналы можно смещать по частоте и получать специальные эффекты. Ревербератор подключается к микшерному пульту через посылы и воз­враты на внешние устройства.

Аппаратная реализация приборов обработки весьма многообразная Существуют приборы, обеспечивающие многие известные способы об­работки. Называются такие приборы процессорами. Классификация процессоров определяется областью назначения: студийные, радиове­щательные, концертные, для мастеринга, для реставрационных работ. В частности, студийный процессор содержит все известные виды обра­боток и эффектов. Такие возможности стали реальными только для циф­ровых приборов, являющихся по сути специализированными компью­терами. Характерной особенностью цифровых приборов обработки яв­ляется быстродействие. Например, цифровой компрессор в состоянии проанализировать сигнал до начала его обпяб ный вариант обработки. Конечно, при Z^o

о, при Z^oZZrZT

ени, но она маленькая и в ряде случаев несущественна^^" ^В° Наряду с цифровыми приборами обработки шиппкп м-налоговые, особенно в тех случаях ког™ ™ «используются и

ество звука. Связано это с те. ^п^^^ ифро-аналогового преобразований, а ^ _О /чшим образом сказываются на качестве зв^ка Завершая рассмотрение приборов обработки слр™_Рт ^ ание на следующее. Каждый прибор - это весьма сIT °^{братить вни}" tправильно настроить его - непростая задача Пп_ин° ^^ТР°^ЙСТВ учится скорее отрицательный ^ГГГ

^{6Ще Не}