Спектральные энхенсеры часть 1
Когда мы говорим об обработке сигнала, обычно имеются в виду эффекты реверберации, задержки и флэнджинга. Но существует иной, менее известный тип обработки сигнала, изменяющий аудиосигнал не менее радикально. Эти процессоры называются спектральными энхенсерами (to enhance = усугублять)
Главная задача спектральных энхенсеров – придать звуку больше презенса. Порой они используются для осветления глухого стереомикса или для создания ощущения прозрачности звука. Процесс может компенсировать мелкие (а порой и не очень) потери ясности звука при тиражировании аналоговых носителй (кассет) с аналогового мастера.
Иногда удается частично восстановить качество записей, сделанных в 30-50х годах прошлого века. Однако использование спектральных энхенсеров не ограничивается стереоисточниками звука. С их помощью можно значительно улучшить четкость и разборчивость отдельных инструментов и вокала.
Основные принципы
Любой звук можно условно разделить на простые синусоиды различной частоты и амплитуды. Эти простые звуковые волны называются гармонической составляющей, или спектром оригинального звука.
Спектральные энхенсеры изменяют амплитуду и относительную фазу в спектре обрабатываемого сигнала.
Амплитуда частотной составляющей соответствует ее громкости. Понятие же относительной фазы не такое простое. Проще говоря, относительная фаза аудиосигнала – это положение гребней и спадов звуковой волны по отношению к другой идентичной волне такой же частоты. Сдвиг фазы смещает гребни и провалы одного сигнала по отношению к другому.
Процесс фильтрации или эквализации часто вызывает фазовый сдвиг как побочный эффект, влияющий на качество звука.
Обычные графические и параметрические эквалайзеры изменяют амплитуду и фазу частотного спектра статическим образом.
Например, при подъеме 1 кГц на 3 дБ все частотные компоненты на этой и близлежащих частотах будут усилены на одну и ту же величину. Спектральные энхенсеры в большинстве своем – динамические устройства; они производят амплитудно-частотные изменения спектра входного сигнала, который изменяется во времени.
Конструкция большинства энхенсеров включает в себя побочный канал (sidechain), делящий входной сигнал на две копии; один сигнал идет на сумматор, а затем на выход, другой пропускается через усилительный каскад. Многие энхенсеры – двухканальные, с их помощью можно обрабатывать стереосигналы.
Затем прямой и обработанный сигналы смешиваются перед выходом. Такое внутреннее микширование часто повышает уровень выходного сигнала, в частности на коротких пиках, например от малого барабана. Поскольку такие всплески могут вызвать искажения в звуковом тракте, конструкция практически всех энхенсеров обеспечивает соотношение амплитуд входного/выходного сигнала 1:1
Генерация гармоник
Существует три основных типа спектральных энхенсеров. Первый тип использует генерацию гармоник, или гармонический синтез. Этот процесс генерирует гармоники, отсутствующие во входном сигнале, и добавляет их к исходному звуку. Обычно для придания звуку яркости добавляются средние и высокие гармоники.
Работа таких приборов основана на принципах психоакустики. При появлении в аудиосигнале искажений возникают высокочастотные гармоники. Сами по себе они звучат довольно неприятно, но при использовании фильтров, ограничивающих искажения верхней зоной спектра, можно восполнить потерянные или ослабленные детали в области высоких частот таким образом, чтобы человеческий мозг воспринимал их как натуральные. Процессор добавляет гармоники к транзиентам – кратковременным звукам, существенно улучшая детализацию, придавая презенс и повышая субъективную громкость.
Как и в других методах энхенсмента, при гармоническом синтезе входной сигнал разделяется надвое. Одна из копий направляется на побочный канал. Обработанный сигнал сначала проходит через регулятор уровня и переменный обрезной фильтр, позволяющий ослабить частоты ниже определенного порога, тогда как на частоты выше этого порога прибор не влияет. Затем сигнал поступает на генератор гармоник, создающий гармоники от частоты, определяемой спектром входного сигнала. Наконец, обработанный и чистый сигналы смешиваются и посылаются на выход устройства.
Первая ласточка семейства психоакустических приборова, первый в мире процессор гармонического синтеза Aphex Aural Exciter встречается в студиях всего мира до сих пор. Наиболее распространенная модель – Type C2 – имеет второй побочный каскад Big Bottom. Этот каскад, параллельный каскаду Exciter, обрабатывает басовые частоты при помощи фильтра, срезающего высокие гармоники с входного сигнала. Эффект сильнее проявляется при низком уровне входного сигнала и менее выражен при его возрастании.
Некоторые спектральные энхенсеры специализированы на придании плотности звуку. Так, модели dbx 120XP Subharmonic Syntheziser и Furman PUNCH-10 вырабатывают субгармоники октавой ниже основного тона входящего сигнала.
Динамическая эквализация
Один из важнейших принципов психоакустики основан на факте, что наше восприятие аудиоспектра меняется в зависимости от громкости звука. Знакомые с кривыми Флетчера-Мэнсона знают, что при высоких уровнях громкости низкие и высокие частоты воспринимаются как более громкие; при прослушивании на небольшой громкости доминирует средняя полоса частот. Используя эквалайзер для среза середины или задирая верх и низ, можно повысить субъективную громкость музыки. (Сравните действие кнопки Loudness на аудиосистемах).
Второй тип энхенсеров работает по принципу динамической эквализации.
Аудиоспектр разделяется на несколько полос, каждая из которых усиливается или ослабляется динамически. Иными словами при изменении составляющих спектра входного сигнала соответственно изменяется и степень усиления/ослабления.
Такая обработка позволяет воздействовать на весь спектр, а не только на высокие или низкие частоты.
Например, Dolby Model 740 Spectral Processor - это двухканальный динамический эквалайзер, разделяющий аудиоспектр на три полосы. Затем только сигналы с малой амплитудой значительно усиливаются (на 20 дБ), оставляя высокоамплитудные сигналы и динамический диапазон в целом без изменения. Фильтрованные сигналы возвращаются назад в главный сигнальный тракт. Как и следовало ожидать от Dolby, эта модель снабжена шумоподавителем на каждом из каналов.
Dbx 296 Spectral Enhancer из серии процессоров Project 1 также использует динамическую эквализацию. В отличие от других энхенсеров, сигнал побочного каскада проходит через каскад шумоподавления ДО каскада эквализации. Такая конструкция устраняет опасность проявления схемных и других шумов при осветлении исходного звука.
Еще один спектральный энхенсер, работающий по принципу динамического эквалайзера – это знаменитый Vitalizer немецкой фирмы SPL. Ее спецы нагнали туману вокруг своей разработки, никто за пределами фирмы не знает точно, как действует этот прибор. В основном используется эквализация, а весь секрет звука – в блоке, состоящем из пяти фильтров, взаимосвязанных друг с другом; действие каждого фильтра влияет на остальные.
Виталайзер анализирует входной сигнал, его спектральный состав и амплитуду, затем пропускает его через сайдчейн, Субъективно создается впечатление подъема низов и яркости звука, в то же время середина четко сфокусирована, усиливая ощущение прозрачности. Формирование спектра приближенно к восприятию человеческого слуха на различных уровнях громкости.
Хотя действие приборов SPL – сложный процесс, одна из явных хитростей – проведение эквализации низких частот таким образом, что в области нижней середины возникает фазовая канцелляция. Это предотвращает распространение обработки баса на средние частоты. В верхней части спектра фильтры четвертого порядка вытягивают детали транзиент. Скорее всего, используется и динамическая обработка, хотя SPL осмотрительно держит подробности в секрете.
Регулятор Process Depth определяет уровень выходного сигнала фильтров Sub-Bass и Mid-High, примешиваемого к сухому сигналу. Регулятор действует независимо, хотя регулятор настройки определяет область средних частот, подверженную обработке и таким образом влияет на загрузку каскада Harmonics. Очевидно, на его вход подается частично необработанный сигнал, частично – выход фильтра Mid-High. Термин Harmonics не означает создание новых гармоник, но акцентирует уже существующие.
Очень интересно работает регулятор Bass Process: при повороте по часовой стрелке и против он создает два различных характера басов. По часовой стрелке бас становится упругим и конкретным; против часовой – очень жирным и глубоким. В связи с динамическим характером обработки, добиться такого же эффекта с помощью обычного эквалайзера просто невозможно.
Субъективно обработка SPL оживляет весь аудиоспектр, усиливая ощущение громкости, детализации и пространства. Как и другие психоакустические процессоры, он является прекрасным подспорьем в производстве музыки.
Кроме описанных приборов, на рынке встречаются и продукты других фирм, например BSS, которые выпускают динамические эквалайзеры, сочетающие элементы эквализации и многополосной компрессии.
©Smack 2003
