все о профессиональном звуке

Микрофонные процессоры

Музыка — это звук, а звук — это акустическое явление: изменение давления воздуха и колебательной скорости составляющих его молекул. Что происходит дальше? Сначала микрофон преобразует акустический сигнал в электрический. Чтобы сигнал с выхода микрофона стал пригодным для дальнейшего использования, его необходимо, как минимум, усилить. Не будет лишней и другая «предпродажная» подготовка: коррекция спектра и динамики полезных составляющих сигнала, удаление лишних. Эти функции выполняет устройство, которое принято называть микрофонным процессором.

От входа и до выхода

Упрощенную и обобщенную структурную схему процессора мы видим на рис.1. Устройство включает в себя входной каскад, усилитель, блок обработки, управление и выходные каскады, имеется еще и индикация.

Рис.1. Устройство микрофонного процессора

Фото статьи

Входной каскад начинается с разъема, обычно это XLR. В последнее время применяют комбинированные разъемы, принимающие и четвертьдюймовый джек, и XLR. В «электрическом смысле» вход микрофонного процессора должен быть балансным, иначе от фона и наводок уберечься будет трудно. Защищенность от помех во всем спектре и внутри рабочего диапазона — важнейшие свойства микрофонных трактов. В бюджетных моделях аппаратуры применяется электронный балансный вход — трансформаторы стоят недешево. Динамический микрофон вполне самостоятелен, а большинство конденсаторных требуют внешнего питания, каковое и получают от микрофонного входа — речь идет о фантомном питании.

Следующий шаг — усиление. Милливольты для дальнейшего успешного использования нужно превратить в вольты.

Функции блока обработки диктуются особенностями использования микрофонного процессора: формирование АЧХ, компрессирование, лимитирование, гейт, подавление шипящих и многое другое. Управление процессом обработки — один из ключевых моментов. Иногда ручки управления убирают подальше, чтобы исключить некомпетентную самодеятельность. Так часто делают в радиовещании. В студиях звукозаписи необходимо иметь возможность настройки. Иногда настройки желательно иметь в памяти (концерт), иногда возникают другие задачи.

Модуль индикации позволяет увидеть процессы, происходящие со звуком, визуально оценить их результаты — приборы показывают обычно уровни сигналов, степень компрессии.

Выходные каскады выдают сигнал потребителю. Практически всегда выход микрофонного процессора балансный: электронная симметрия в бюджетных моделях, трансформаторная — в высококлассных.

Входной каскад и усилитель

Фантомное питание. Большинство микрофонов нормально работает при напряжении от 12 до 48 В, но есть и «разборчивые» модели, так что может оказаться полезной возможность изменения номинала напряжения.

Входное сопротивление имеет значение для динамических микрофонов, потому что участвует в работе электромеханической цепи — демпфирует колебательную систему. В топовых моделях процессоров имеется возможность переключения входного сопротивления с 2400 на 600 Ом. Для подключения звукоснимателей музыкальных инструментов требуется вход с высоким входным сопротивлением (например, 100 кОм), во многих микрофонных процессорах предусмотрен и такой режим.

Диапазон частот звуковых сигналов известен, и расширение АЧХ тракта до красивых 10 Гц…100 кГц полезно лишь по части маркетинга, поскольку часто покупают не звук, а «цифру». Но на качестве звука такое расширение может сказаться отрицательно: во многих случаях необходимо ограничивать спектр сигнала за пределами звукового диапазона. Возможно, на Abbey Road в Лондоне тема эта не так актуальна, ведь про мегаваттные АМ-передатчики в его пригородах ничего не слышно. А в российской индустриальной действительности забывать о помехах не следует. Даже если и нет вблизи передатчиков, то мониторы, мобильные телефоны и импульсные блоки питания наверняка имеются.

Напряжение на выходе микрофона может быть разным — вероятны величины и 0,1 мВ, и 1 мВ, и 10, и даже 100 мВ. Напрашивается вывод о необходимости изменения коэффициента усиления. Современные управляемые напряжением усилители (VCA) пользуются заслуженной популярностью в бюджетном секторе. Переключатель — дороже, но именно так изменяют усиление в топ-моделях. Комбинация регуляторов «дискретный + плавный» позволяет обеспечить и точность настройки, и качество звука. Дискретная регулировка открывает возможность изменения коэффициента передачи одновременно нескольких каскадов, есть и другие технологические преимущества.

Как мерило качества входных каскадов микрофонного процессора принято, кроме диапазона частот, использовать уровень шумов и нелинейные искажения.

Уровень шумов. В описаниях мы видим «приведенный к входу уровень шума при фиксированном усилении». Если написано «-127 дБн при усилении 60 дБ», то понимать это следует так: уровень шума на выходе равен: -127 + 60 = -67 дБн. Хорошо это или плохо? Результат зависит от уровня полезного сигнала. Если на выходе микрофона 1 мВ, то отношение сигнал/шум на выходе получим 67 дБ, что вполне приемлемо в большинстве случаев.

Нелинейные искажения в низкосигнальном микрофонном бестрансформаторном тракте обычно малы: тысячные и сотые доли процента. Входной трансформатор повышает искажения, но связь этого параметра с качеством звука неочевидна.

Блок обработки

Даже в простейшем микрофонном процессоре сигнал подвергается существенным преобразованиям: из него убирают лишнее и корректируют имеющееся.

Подавление помех

Инфранизкочастотные помехи присутствуют даже в тщательно защищаемых помещениях.

В обычной студии уровень звукового давления на частотах ниже 100 Гц оказывается довольно высоким: SPL = 50 дБ — вполне вероятное значение, 40 дБ — большая удача. Нельзя забывать и про вибрации пола, их микрофон тоже преобразует в электрический сигнал. Кроме того, сам диктор или вокалист тоже создает низкочастотные помехи, переминаясь с ноги на ногу или совершая другие движения. И в спектре звукового сигнала голоса имеются малополезные низкочастотные составляющие взрывных согласных (в частности: п и б). Возможность управлять фильтром дает звукорежиссеру свободу выбора: или отрезать лишнее еще при записи, или оставить эту операцию на потом.

Вполне рациональным выглядит решение отрезать низкочастотные составляющие непосредственно при записи. Частота среза и крутизна спада АЧХ может быть фиксирована, например, 80 Гц и 12 дБ/окт — вполне уместно для дикторской речи. При работе с вокалом полезна возможность изменения характеристик фильтра.

Подавлять высокочастотные составляющие следует с осторожностью: вернуть их обратно уже не получится, но и избыток шипящих полезным не назовешь ни при записи, ни при живой работе. Особенно много трудностей доставляют фрикативные согласные некоторых дикторов.

Особая тема — инструментальные микрофоны. Разнообразие сигналов требует адекватного разнообразия подходов, но увлекаться фильтрацией не следует и в этом случае. Необходимо отметить, что избыток полосы пропускания может сослужить дурную службу: как на ультравысоких, так и на инфранизких частотах возможно самовозбуждение системы звукоусиления.

Простейшие процессоры имеют ФВЧ и ФНЧ, которые можно включить или выключить. В топовых моделях процессоров мы видим фильтры с изменяемыми параметрами, обычно — дискретные. Известные недостатки переменных резисторов ограничивают возможности плавной перестройки.

Ограничение спектра представляется мне логичной операцией в микрофонном тракте. Вероятно, именно обрезные фильтры появились первыми.

И такие фильтры устанавливают в самом начале микрофонного тракта, до всей остальной обработки или преобразований.

Статическая коррекция АЧХ

Коррекция АЧХ (и «эквализация», и регулирование тембра) представляется в микрофонном процессоре на первый взгляд избыточной функцией, ведь есть и специализированные эквалайзеры, аналогичную возможность регулирования тембра предоставляет нам и пульт. Действительно, аналогичную, но не идентичную. Дело в том, что микрофонный процессор предназначен для работы именно с микрофонным сигналом, например — вокалом, и параметры регуляторов АЧХ оптимизируются для решения именно этой задачи. Пульт в этом смысле — явление гораздо более универсальное, и проигрывает он лишь в частных случаях.

Микрофонный сигнал тоже бывает разным. Можно выделить речь (разговор) и вокал (пение), при всем разнообразии голосов есть в этих группах общее, и для этих задач выпускают специализированные процессоры. Сигналы от музыкальных инструментов разнообразны, трудно найти общие свойства у арфы и литавр, и предложения специализированных процессоров в этом секторе нечасты.

Динамическая коррекция АЧХ

В речевых приложениях, особенно — в вещании, особого внимания требует к себе устранение избытка шипящих (и ТВ и РВ). Динамический подавитель высокочастотных спектральных составляющих, или де-эссер, — непременный атрибут «речевого» тракта. Возможность изменять частоту среза и степень компрессии необходима и достаточна. При работе с певческим вокалом де-эссер едва ли полезен.

Нельзя обойти вниманием один лингвистический вопрос. Аппарат, позиционируемый как voice-процессор, может быть предназначен для вокала, но оказаться малоподходящим для речи — настолько сильно различаются и сигналы, и требования к сигналам. Динамическая коррекция АЧХ микрофонного тракта при работе с музыкальными инструментами практически не используется на практике.

Динамическая обработка: гейт

Типичная операция в микрофонном процессоре — это гейт, то есть запирание канала в случае, когда уровень полезного сигнала ниже порогового. На графике все выглядит просто и очевидно, на практике, естественно, все сложнее. Гейт должен незаметно закрыть канал, при этом не должно ощущаться «дыхание». Достигается такой результат правильным выбором временных характеристик. Излишнее быстродействие воспринимается на слух как «схлопывание». Если процесс затянут, то оказываются слышными помехи из закрываемого канала.

Оптимум выбирается с учетом слухового маскирования предыдущим сигналом последующего и привычного для слуха же затухания сигнала в помещении. Продолжительность процесса — около 200 мс.

Открываться канал должен настолько быстро, чтобы не «проглатывался» фронт сигнала. В случае обработки речевого сигнала микрофона, расположенного около рта говорящего, сделать включение незаметным практически невозможно, настолько велика скорость нарастания сигнала. При работе с вокалом ситуация упрощается.

Динамическая обработка: компрессор и лимитер

Небольшая, как правило, широкополосная компрессия в микрофонном процессоре позволяет уменьшить динамический диапазон сигнала, что, безусловно, полезно в речевых приложениях. Для дикторской речи на радио степень компрессии может быть довольно высокой — до 10 дБ. Разборчивость и интонация речи при такой компрессии не страдают, а уровень стабилизируется.

При работе с вокалом компрессия тоже может понадобиться, чтобы полнее использовать потенциал тракта записи, но не такая грубая. Аккуратненько прижать — и не более того. Предотвратить перегрузку последующего тракта позволяет лимитер. Реализуют изменение коэффициента усиления разными средствами. В простейших устройствах используется просто полевой транзистор, и управляемый током дифференциальный каскад выглядит на его фоне выигрышно. Встречаются и оригинальные решения, например оптопара: светодиод (или лампочка) и фоторезистор. В этом случае управляющий сигнал не проникает в звуковую цепь.

Управление

Хороший студийный микрофонный вокальный процессор должен иметь много блестящих ручек, кнопок и тумблеров. И стоить очень недешево, иначе к нему не будут относиться с уважением… и звука не будет. Должен быть элемент волшебства в студии — это факт.

В бюджетном варианте уместно цифровое управление, в том числе и программируемое. Дюжина пресетов — каждому исполнителю свой. Автоматизация полная: наговаривается в микрофон тестовый текст, а процессор сам выбирает правильную настройку. Это очень грамотный маркетинговый ход.

Если же ориентироваться на хороший звук, то ситуация выглядит иначе. Микрофонный процессор, даже самый навороченный и умный, не может добавить голосу того, чего там нет. Никакие электронные ухищрения не сделают голос Левитана из голоса Васи Пупкина. Смысл работы процессора иной — сохранить все, что в голосе имеется, будь тот процессор хоть аналоговым, хоть цифровым.

Прибором с аналоговой обработкой сигнала можно управлять двумя способами.

Исторически первый основан на потенциометрах, и добавляя переключатель конденсаторов или резисторов, можно расширить возможности устройства — именно так построено большинство классических микрофонных процессоров.

Появление цифровых технологий позволило упростить настройку и управление. В памяти можно сохранить значения управляющих напряжений для VCA или состояние коммутаторов резисторов или конденсаторов. Открываются широкие возможности для управления настройками. Аналогично обстоит дело и для приборов с цифровой обработкой. Для удобства и наглядности управления в полностью цифровых приборах органы управления иногда сохраняют традиционными, в виде привычных ручек.

Преобразование сигнала

Всеобщая тенденция — переход на цифровые технологии — не обошла стороной и микрофонные процессоры.

После предварительной аналоговой обработки (обычно — компрессии и лимитирования) звуковой сигнал преобразуется в «цифру», где и происходит все остальное.

Очень важен первый шаг — преобразование из аналоговой формы в цифровую. К сожалению, и в профессиональном секторе студийного оборудования не всегда понимают разницу между поддерживаемым разрешением и реальной точностью преобразования. Поддержка формата 192 кГц/24бит (что сегодня находится на рубеже физической реализуемости) или DSD не является гарантией хорошего звучания. На что хотелось бы обратить внимание, так это на два аспекта.

Во-первых, на коллизию 44,1/48. Если сигнал предназначен для компакт-диска CD-DA с частотой дискретизации 44,1 кГц, то и готовить все треки следует в этой же либо в кратной частоте (88,2 или 176,4 кГц). Теоретически можно пересчитать сигнал с дискретизацией 48/96/192 в 44,1 с неочевидными потерями качества. На практике же искажения могут оказаться настолько ощутимыми, что придется переводить сигнал «по аналогу».

Во-вторых, на синхронизацию. Входные каскады пульта могут и сами произвести пересчет и синхронизацию, но лучше синхронизовать оборудование от общего генератора.

Рис.2. Синхронизация при работе нескольких микрофонных процессоров

Фото статьи

При синхронизации от общего WORLD CLOCK генератора (рис.2) нескольких цифровых микрофонных процессоров исключается необходимость пересчета потоков в объединяющем их пульте.

При асинхронной работе процессоров (рис.3) возможно появление дополнительных искажений, хотя весь тракт — цифровой и сигнал остается в цифровой форме. Искажения эти невелики, и для российской версии R- n-B ими вполне можно пренебречь. Важнее другое: понимание природы появления этих искажений и понимание, что не в искажениях счастье, но и не в их отсутствии.

Рис.3. Работа без общей синхронизации

Фото статьи

Конструкция

Низкий уровень микрофонного сигнала требует специальных мер для защиты входных каскадов от наводок и помех, и металлический корпус тоже используется как экран. Для достижения рекордных параметров входные каскады помещают еще и в дополнительный экран.

Приборы профессионального ряда конструктивно выполнены обычно в корпусе, предназначенном для установки в стойку 19 дюймов, и имеют «уши» для крепления.

Последний стык

Цифровой выход AES/EBU имеют большинство микрофонных процессоров профессионального назначения, применяются также ADAT, Toslink, S/PDIF и ряд других интерфейсов звукового назначения. В последнее время все чаще производители обращаются к компьютерным технологиям, именно оттуда пришли интерфейсы USB, 1394 (FireWire) и Ethernet. Особо следует отметить последний, ведь именно на Ethernet основаны многие решения для обмена в студии аудиосигналами в цифровой форме. Скорость обмена данными в витой паре вполне достаточна для работы с форматами высокого разрешения и многоканальными.

03 ноября 2015

Михаил Сергеев

Пока никто еще не оставлял комментарии. Вы можете быть первым.

Возможность оставлять комментарии доступна только для зарегистрированных пользователей.

Новые статьи

Результаты XVI Всероссийского Конкурса творческих работ студентов-звукорежиссеров им. Виктора Бабушкина

01 мая 2018

Участники XVI Конкурса студентов-звукорежиссеров им. В. Бабушкина

23 марта 2018

Конкурс творческих работ студентов-звукорежиссеров имени В.Б. Бабушкина-2018

27 февраля 2018

143 конгресс AES - научные результаты

28 января 2018

Церемония награждения лауреатов

16 декабря 2017

Конкурс концертных звукорежиссеров - репортаж

13 декабря 2017

Московский Конкурс молодых концертных звукорежиссеров - итоги

06 декабря 2017

Видеотрансляция Конкурса концертных звукорежиссеров

02 декабря 2017

Внимание, конкурс!

29 ноября 2017

Участники конкурса концертных звукорежиссеров

22 ноября 2017