Zvukové efekty díl 1.: Dynamika a Pannery
(1 hodnocení, známka: 5,00
Loading...
Šestidílný seriál „Zvukové efekty“ napsal kolega Viktor Svoboda v letech 2002 – 2003 pro tehdy jediný fungující oborový server Audiocity.cz. Bohužel tento server postihl před několika lety vážný výpadek, ze kterého se již nevzpamatoval a tak i on již patří do internetové historie (zálohovat, zálohovat, zálohovat). Naštěstí pro nás se ale výpadek nedotkl archivu autora, takže Vám, čtenářům FADER.cz, nyní můžeme s Viktorovým laskavým svolením přinést první článek ze zmiňované série o zvukových efektech. Nenechte se zmýlit starším datem vzniku článku, informace v něm obsažené ani v nejmenším nezastaraly.
Předchozí díly seriálu najdete zde:
V tomto obsáhlejším seriálu se podíváme na zařízení, která se používají k úpravám zvukových signálů. Neopomeneme se zmínit o principu jejich funkce a jejich použití. Tématem tohoto dílu bude samozřejmě jakýsi úvod, hlavní náplní však budou dynamické procesory, které sice většina z nás příliš nepoužívá (např. ve srovnání s dozvukovými jednotkami) přesto sem ale patří. Vzhledem k množství jednotlivých efektů budou jednotlivé díly, zaměřené na určitý efekt, popř. skupinu efektů, přístupné přes (postupně přibývající 🙂 odkazy v tomto článku.
Úvod
V zásadě lze systémy pro úpravu zvuku rozdělit na dvě skupiny: signálové a efektové procesory. U prvých nelze měnit poměr mezi signálem upraveným (WET) a neupraveným (DRY). Patří sem například již zmiňované dynamické procesory, různá zařízení pro potlačení šumu apod. Do druhé skupiny pak patří většina zvukových efektů (echo, chorus, vibrato, tremolo, reverb, delay, …), kde nastavujeme poměr mezi WET a DRY. Nakonec zbývají ekvalizéry a tzv. panery, tj. prostorové efekty, o kterých se zde také krátce zmíním.
Dynamické procesory
Jsou to zařízení, která mají za úkol měnit dynamiku signálu (viz článek Něco málo pojmů z elektroakustiky), což je potřebné např. ke zvýšení odstupu od šumu (resp.dynamického rozsahu), nebo kvůli zvýšení dosahu radiostanic* a nebo k ochraně zařízení (též rozhlas, zesilovače apod.)
Jádrem veškerých zařízení (s výjimkou softwarových, kde je celý postup realizován obdobnými algoritmy) bývá řízený zesilovač,tj. zesilovač s proměnným zesílením. Můžeme si jej představit třeba jako obyčejný zesilovač u kterého neustále měníme „hlasitost“ v závislosti na vstupním signálu.
Řídící napětí tedy pochází z obvodu, který zpracovává požadovaným způsobem vstupní signál. Ten de facto určuje o jaký proces se bude jednat. V zásadě existují dva druhy: kompresory a expandery. Kompresory dynamiku snižují a expandery naopak. Poměr zmenšení/zvýšení dynamického rozsahu vyjadřuje tzv. kompresní poměr, což je podíl dynamického rozsahu signálu vstupního k dyn. rozsahu výstupního signálu. U kompresorů je větší než 1 a u expanderů je převrácený, tedy menší než 1. Klasický lineární zesilovač má kompresní poměr právě roven 1. Nadále se budu zmiňovat převážně o kompresorech ale to samé platí obdobně i pro expandery.
Charakteristiky kompresorů vidíme na obr.1. Kompresní poměr určuje sklon přímky (osa x představuje vstupní a osa y výstupní signál). Žlutá křivka představuje kompresor 2:1 (odpovídají mu i údaje v okně), červená přímka reprezentuje charakteristiku lineárního zesilovače a modrá křivka znázorňuje prahový expander 1:2 s prahovou úrovní –40 dB.
Ovšem jak vidíte, kompresní poměr nemusí být stejný v celém dynamickém rozsahu. Kompresor může například pracovat jen od určité (amplitudové) úrovně signálu, popř. se může měnit i vícekrát. Pak hovoříme o tzv. prahových kompresorech. Typickým případem prahového kompresoru je Limiter, který má v pracovní oblasti kompresní poměr mnohonásobně větší než 1 (příklad převodní charakteristiky je na obr.2). Tento obvod se pak využívá např. ve výkonových zesilovačích, kde omezuje maximální úroveň budícího signálu výkonových tranzistorů a brání tak jejich poškození nadměrným proudem. Můžeme jej také nalézt v aktivních subwooferech, kde pracuje shodně.
Principem podobný je tzv. Gater, což je kompresor pracující v oblasti velmi nízkých úrovní, kde má kompresní poměr opět mnohonásobně větší nežli 1, tj. pod určitou úroveň signál nepropustí. Používá se k odstranění šumu tam, kde užitečný signál nedosahuje úrovně šumu. Jeho převodní charakteristiky si zkuste vymodelovat za domácí úkol.
Zajímavá situace nastane, pokud kompresory budou zpracovávat pouze určité frekvenční pásmo. Obvody pak budou ve zvuku potlačovat pro nás nežádoucí složky. To je případ tzv. odsykávače (deesseru). Kompresor zde zpracovává pouze vysoké kmitočty odpovídající sykavkám (kolem 12-16 kHz) a to jen v případě, že se v signálu objeví dominantní signál v nastaveném pásmu.
Opravdovou lahůdkou pro fajnšmekry jsou pak prahové kompandery (kompresor i expander podle okamžitě funkce) s klouzajícím frekvenčním pásmem. Ty jsou základem systémů pro potlačení šumu na magnetickém záznamu Dolby B,C,S (viz Zvukové formáty v kinematografii). Kde zařízení buďto zmenšuje dynamiku při záznamu a tím ji dostává nad hladinu šumu pásku (pracuje jako kompresor) a nebo dynamiku zvyšuje – při reprodukci, ve funkci expanderu.
Co se týče nastavovacích prvků, u prahových kompanderů nastavujeme dobu náběhu (angl. Attack), tedy dobu, za kterou kompresor zareaguje na silný signál. Ta nesmí být příliš dlouhá – docházelo by k překmitům. Pokud by zas byla příliš krátká, kompresor by moduloval sám sebe. Volí se přibližně o řád vyšší, nežli je doba periody příslušného signálu. Existuje též kompresor s nulovou dobou náběhu – v signálové cestě je mezi vyhodnocovací jednotkou a kompresorem zpožďovací linka. Signál se tedy stačí celý vyhodnotit a kompresor tedy reaguje okamžitě. Oproti tomu doba odběhu (angl. release) je doba, za kterou kompresor upraví zesílení po odeznění „špičky“. Volí se zpravidla stejná, jako je doba přizpůsobení lidského ucha – cca 100ms.
Dalo by se toho napsat ještě dost a dost, ale s dynamickými procesory protentokrát skončíme.
Panery
Tato zařízení využívají binaurálního slyšení k vytvoření prostorového vjemu, původně tedy k rozdělení signálu do dvou kanálů tak, aby výsledná subjektivní lokalizace zdánlivého zdroje signálu odpovídala představám autorů. Toho lze docílit několika způsoby (a jejich kombinací)
Intenzitní stereofonie
Jde o nejjednodušší způsob využívající toho, že z té strany, odkud zvuk přichází, je silnější zvukový vjem. Nebere v úvahu fakt, že frekvence pod cca 350 Hz člověk vnímá stejně hlasitě z obou stran. Vyšší frekvence se vzhledem k velikosti lidské hlavy nemohou kolem ní „ohnout“ a hlava je tak akusticky odclání. Tento přechod je samozřejmě postupný. Další frekvenční „clonou“ jsou též boltce uší, ovšem ty odclání zase podstatně vyšší kmitočty. Pokud si třeba při poslechu stereofonní hudby trochu „přihnete“ uši dopředu, budete pozorovat změnu barvy zvuku způsobenou mimo jiné zvýšením obsahu frekvenčního pásma nad cca 10kHz.
Nemožnost identifikovat frekvence pod 350 Hz také mohla vést k tomu, že ucho se naučilo rozlišovat směr též na základě vzájemného časového zpoždění vjemu z obou uší. To si lze snadno vyzkoušet se sluchátky: Vzdálenost uší je přibližně 15 cm, rychlost šíření zvuku při pokojové teplotě činí cca 340m/s, potřebné časové zpoždění jednoho kanálu tedy bude: (0,15 s)/(340m/s) = 0,441ms. Při vzorkovací frekvenci 44100 vzorků za sekundu bude tedy signál zpožděn o 0,441*44,1 = 19,44 vzorků. Pokud si tedy jakýkoliv monofonní signál překonvertujete na stereofonní (shodný v obou kanálech) a v nějakém zvukovém editoru si posunete jednu stopu o 19 vzorků (popř. do jedné stopy vepíšete takto dlouhý úsek), uslyšíte ve sluchátkách, že zvuk jasně přichází z jedné strany, i když je hlasitost obou kanálů naprosto shodná. To si můžete ověřit tím, že si jedno sluchátko (nejlépe to, ze kterého zvuk přicházel) sundáte a rázem uslyšíte zvuk i z druhého sluchátka. Pro simulaci uvedeného jevu se užívá paneru, který má v jedné/obou větvích zařazenou zpožďovací linku s proměnnou dobou zpoždění.
Z uvedeného je zřejmé, že s prostorovými efekty se dá opravdu vyhrát. Existují systémy, které ze dvoukanálové stereofonie (dvou předních reproduktorů) dokážou vytvořit bezmála dokonalý prostorový vjem v rozsahu 360°. Například u systému SpatializerÒ kompatibilního s Dolby SurroundÒ bylá lokalizace zvuků zezadu mnohem přesnější při reprodukci z předních soustav, než při dekódování systémem Dolby Pro Logic II, což je vlastně plnohodnotný analogový 5.1 systém. Všechno samozřejmě probíhalo na stejném zařízení z optimální poslechové polohy (stejné při obou testech).
Co dodat? Prozatím: už teď máme spoustu námětů přinejmenším k experimentováním s polohou zdroje zvuku
Viktor Svoboda