การสร้างดนตรี การเรียนรู้ - ส่วนที่ 2

ฉันเขียนเกี่ยวกับความจริงที่ว่าการเรียนรู้กระบวนการผลิตเพลงเป็นขั้นตอนสุดท้ายระหว่างทางจากความคิดของดนตรีไปจนถึงการส่งมอบไปยังผู้รับในฉบับที่แล้ว เราได้ตรวจสอบเสียงที่บันทึกแบบดิจิทัลอย่างใกล้ชิดแล้ว แต่ฉันยังไม่ได้พูดถึงว่าเสียงนี้ที่แปลงเป็นตัวแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับถูกแปลงเป็นรูปแบบไบนารีอย่างไร

1. เสียงที่ซับซ้อนทุกเสียง แม้แต่ระดับความซับซ้อนที่สูงมาก แท้จริงแล้วประกอบด้วยเสียงไซน์ไซดัลธรรมดาจำนวนมาก

ฉันปิดบทความที่แล้วด้วยคำถาม เป็นไปได้อย่างไรที่เนื้อหาเพลงทั้งหมดถูกเข้ารหัสในคลื่นลูกคลื่น (1) เนื้อหาทางดนตรีทั้งหมดถูกเข้ารหัส แม้ว่าเรากำลังพูดถึงเครื่องดนตรีหลายชิ้นที่เล่นส่วนโพลีโฟนิกอยู่ก็ตาม นี่คือคำตอบ: นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเสียงที่ซับซ้อนใดๆ ก็ตาม แม้จะซับซ้อนมากก็ตาม จริงๆ แล้ว มันประกอบด้วยเสียงไซนัสง่าย ๆ มากมาย.

ลักษณะคลื่นไซน์ของรูปคลื่นธรรมดาเหล่านี้จะแตกต่างกันไปตามทั้งเวลาและแอมพลิจูด รูปคลื่นเหล่านี้จะทับซ้อนกัน บวก ลบ มอดูเลตซึ่งกันและกัน ดังนั้นจึงสร้างเสียงเครื่องดนตรีแต่ละรายการก่อน จากนั้นจึงมิกซ์และบันทึกให้สมบูรณ์

สิ่งที่เราเห็นในรูปที่ 2 คืออะตอมและโมเลกุลบางชนิดที่ประกอบกันเป็นสสารเสียงของเรา แต่ในกรณีของสัญญาณแอนะล็อกนั้นไม่มีอะตอมดังกล่าว - มีเส้นคู่หนึ่งเส้นโดยไม่มีจุดกำกับการอ่านค่าที่ตามมา (ความแตกต่างสามารถเห็นได้ใน ร่างเป็นขั้นเป็นตอนซึ่งประมาณแบบกราฟิกเพื่อให้ได้เอฟเฟ็กต์ภาพที่สอดคล้องกัน)

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการเล่นเพลงที่บันทึกจากแหล่งอนาล็อกหรือดิจิตอลจะต้องดำเนินการโดยใช้ตัวแปลงสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าแบบกลไก เช่น ลำโพงหรือตัวแปลงสัญญาณหูฟัง ในกรณีส่วนใหญ่ ความแตกต่างระหว่างเสียงแอนะล็อกล้วนๆ และภาพเบลอของเสียงที่ประมวลผลทางดิจิทัลนั้นล้นหลาม ในขั้นตอนสุดท้าย กล่าวคือ เมื่อฟังเพลง เพลงจะมาถึงเราในลักษณะเดียวกับการสั่นสะเทือนของอนุภาคอากาศที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของไดอะแฟรมในทรานสดิวเซอร์

2. โมเลกุลที่ประกอบขึ้นเป็นเสียงของเรามีความสำคัญ

ตัวเลขอะนาล็อก

มีความแตกต่างทางเสียงระหว่างเสียงอะนาล็อกบริสุทธิ์ (เช่น อะนาล็อกที่บันทึกในเครื่องบันทึกเทปอะนาล็อก, ผสมบนคอนโซลอะนาล็อก, บีบอัดบนดิสก์อะนาล็อก, เล่นบนเครื่องเล่นอะนาล็อกและแอมพลิฟายเออร์อะนาล็อกแบบขยาย) และเสียงดิจิตอล - แปลงจาก อะนาล็อกเป็นดิจิทัล ประมวลผลและผสมดิจิทัลแล้วประมวลผลกลับเป็นรูปแบบอะนาล็อก ที่อยู่ด้านหน้าของแอมป์หรือจริงในตัวลำโพงเอง

ในกรณีส่วนใหญ่ แม้ว่าเราจะบันทึกเนื้อหาดนตรีเดียวกันในทั้งสองวิธีแล้วเล่นกลับ ความแตกต่างก็จะได้ยินได้ชัดเจน อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้จะเนื่องมาจากลักษณะของเครื่องมือที่ใช้ในกระบวนการเหล่านี้ ลักษณะเฉพาะ คุณสมบัติ และข้อจำกัดบ่อยครั้ง มากกว่าความเป็นจริงของการใช้เทคโนโลยีแอนะล็อกหรือดิจิทัล

ในขณะเดียวกัน เราถือว่าการนำเสียงมาสู่รูปแบบดิจิทัล เช่น อย่างชัดเจนไม่ส่งผลกระทบต่อกระบวนการบันทึกและการประมวลผลโดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากตัวอย่างเหล่านี้เกิดขึ้นที่ความถี่ซึ่ง - อย่างน้อยในทางทฤษฎี - อยู่ไกลเกินกว่าขีด จำกัด สูงสุดของความถี่ที่เราได้ยิน ดังนั้นความหยาบเฉพาะของเสียงที่แปลง สู่รูปแบบดิจิทัลที่เรามองไม่เห็น อย่างไรก็ตามจากมุมมองของการเรียนรู้เนื้อหาเสียงเป็นสิ่งสำคัญมากและเราจะพูดถึงเรื่องนี้ในภายหลัง

ตอนนี้ มาดูกันว่าสัญญาณแอนะล็อกถูกแปลงเป็นรูปแบบดิจิทัลอย่างไร กล่าวคือ ศูนย์หนึ่งคือ ระดับที่แรงดันไฟฟ้ามีได้เพียงสองระดับเท่านั้น: ระดับดิจิตอลหนึ่งระดับ ซึ่งหมายถึงแรงดันไฟ และระดับศูนย์ดิจิตอล กล่าวคือ ความตึงเครียดนี้ไม่มีอยู่จริง ทุกสิ่งในโลกดิจิทัลเป็นหนึ่งหรือศูนย์ ไม่มีค่ากลาง แน่นอนว่ายังมีสิ่งที่เรียกว่าลอจิกคลุมเครือ ซึ่งยังคงมีสถานะกลางระหว่างสถานะ "เปิด" หรือ "ปิด" แต่ไม่สามารถใช้ได้กับระบบเสียงดิจิทัล

3. การสั่นสะเทือนของอนุภาคในอากาศที่เกิดจากแหล่งกำเนิดเสียงทำให้เกิดโครงสร้างที่เบามากของเมมเบรน

การแปลงร่าง ตอนที่หนึ่ง

สัญญาณอะคูสติกใดๆ ไม่ว่าจะเป็นเสียงร้อง กีตาร์โปร่ง หรือกลอง จะส่งไปยังคอมพิวเตอร์ในรูปแบบดิจิทัล ต้องแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าสลับก่อน. โดยปกติจะทำกับไมโครโฟนซึ่งการสั่นสะเทือนของอนุภาคอากาศที่เกิดจากแหล่งกำเนิดเสียงทำให้เกิดโครงสร้างไดอะแฟรมที่เบามาก (3) นี่อาจเป็นไดอะแฟรมที่รวมอยู่ในแคปซูลคอนเดนเซอร์ แถบโลหะฟอยล์ในไมโครโฟนแบบริบบิ้น หรือไดอะแฟรมที่มีขดลวดติดอยู่กับไมโครโฟนไดนามิก

ในแต่ละกรณี สัญญาณไฟฟ้าที่สั่นและอ่อนมากปรากฏขึ้นที่เอาต์พุตของไมโครโฟนซึ่งในระดับมากหรือน้อยจะรักษาสัดส่วนของความถี่และระดับที่สอดคล้องกับพารามิเตอร์เดียวกันของอนุภาคอากาศที่สั่น ดังนั้นนี่คือแอนะล็อกไฟฟ้าชนิดหนึ่งซึ่งสามารถประมวลผลเพิ่มเติมในอุปกรณ์ที่ประมวลผลสัญญาณไฟฟ้าสลับกัน

ตั้งแต่ต้น ต้องขยายสัญญาณไมโครโฟนเพราะมันอ่อนเกินกว่าจะนำไปใช้ในทางใดทางหนึ่ง แรงดันไฟขาออกของไมโครโฟนโดยทั่วไปจะอยู่ในลำดับหนึ่งในพันของโวลต์ แสดงเป็นมิลลิโวลต์ และมักมีหน่วยเป็นไมโครโวลต์หรือหนึ่งในล้านของโวลต์ สำหรับการเปรียบเทียบ ให้เพิ่มว่าแบตเตอรี่แบบนิ้วธรรมดาให้แรงดันไฟฟ้า 1,5 V และนี่คือแรงดันคงที่ที่ไม่อยู่ภายใต้การปรับ ซึ่งหมายความว่าจะไม่ส่งข้อมูลเสียงใดๆ

อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงในระบบอิเล็กทรอนิกส์ใดๆ เพื่อเป็นแหล่งพลังงาน ซึ่งจะปรับสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับ ยิ่งพลังงานนี้สะอาดและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ยิ่งมีโหลดและการรบกวนน้อยลงเท่าใด สัญญาณ AC ที่ประมวลผลโดยส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ก็จะยิ่งสะอาดมากขึ้นเท่านั้น นั่นคือเหตุผลที่พาวเวอร์ซัพพลาย กล่าวคือ พาวเวอร์ซัพพลาย มีความสำคัญมากในระบบเสียงแอนะล็อก

4. เครื่องขยายเสียงไมโครโฟนหรือที่เรียกว่าพรีแอมพลิฟายเออร์หรือพรีแอมพลิฟายเออร์

เครื่องขยายเสียงไมโครโฟนหรือที่เรียกว่าพรีแอมพลิฟายเออร์หรือพรีแอมพลิฟายเออร์ได้รับการออกแบบมาเพื่อขยายสัญญาณจากไมโครโฟน (4) งานของพวกเขาคือการขยายสัญญาณ บ่อยครั้งแม้กระทั่งหลายสิบเดซิเบล ซึ่งหมายความว่าจะเพิ่มระดับของพวกเขาหลายร้อยหรือมากกว่า ดังนั้น ที่เอาต์พุตของพรีแอมพลิฟายเออร์ เราได้แรงดันไฟสลับตามสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันอินพุต แต่เกินหลายร้อยครั้ง กล่าวคือ ที่ระดับตั้งแต่เศษส่วนจนถึงหน่วยโวลต์ ระดับสัญญาณนี้ถูกกำหนด ระดับสาย และนี่คือระดับการทำงานมาตรฐานในอุปกรณ์เสียง

การแปลงร่าง ตอนที่สอง

ผ่านสัญญาณอนาล็อกระดับนี้ไปแล้ว กระบวนการแปลงเป็นดิจิทัล. ทำได้โดยใช้เครื่องมือที่เรียกว่าตัวแปลงหรือตัวแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิตอล (5) กระบวนการแปลงในโหมด PCM แบบคลาสสิก เช่น การปรับความกว้างพัลส์ ซึ่งเป็นโหมดการประมวลผลที่ได้รับความนิยมสูงสุดในปัจจุบัน ถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ XNUMX ตัว: อัตราการสุ่มตัวอย่างและความลึกบิต. ตามที่คุณสงสัยอย่างถูกต้อง ยิ่งพารามิเตอร์เหล่านี้สูงเท่าไร การแปลงก็จะยิ่งดีขึ้นและสัญญาณจะถูกส่งไปยังคอมพิวเตอร์ในรูปแบบดิจิทัลได้แม่นยำยิ่งขึ้น

5. ตัวแปลงหรือตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล

กฎทั่วไปสำหรับการแปลงประเภทนี้ การสุ่มตัวอย่างนั่นคือ การเก็บตัวอย่างวัสดุแอนะล็อกและสร้างการนำเสนอแบบดิจิทัล ที่นี่ ค่าแรงดันชั่วขณะในสัญญาณแอนะล็อกจะถูกตีความและระดับของมันถูกแสดงในรูปแบบดิจิทัลในระบบเลขฐานสอง (6)

อย่างไรก็ตาม ในที่นี้ จำเป็นต้องระลึกถึงพื้นฐานของคณิตศาสตร์โดยสังเขป โดยสามารถแสดงค่าตัวเลขใดๆ ได้ ระบบตัวเลขใด ๆ. ตลอดประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติ มีการใช้ระบบตัวเลขต่างๆ และยังคงใช้อยู่ ตัวอย่างเช่น แนวคิดเช่นโหล (12 ชิ้น) หรือเพนนี (12 โหล 144 ชิ้น) อิงตามระบบเลขฐานสอง

6. ค่าแรงดันในสัญญาณแอนะล็อกและการแสดงระดับของมันในรูปแบบดิจิทัลในระบบเลขฐานสอง

สำหรับเวลา เราใช้ระบบผสม - เลขฐานสิบสองสำหรับวินาที นาที และชั่วโมง อนุพันธ์ของเลขฐานสิบสองสำหรับวันและวัน ระบบที่เจ็ดสำหรับวันในสัปดาห์ ระบบเลขสี่ (เกี่ยวข้องกับระบบเลขฐานสองและระบบเลขฐานสอง) สำหรับสัปดาห์ในหนึ่งเดือน ระบบเลขฐานสอง เพื่อระบุเดือนของปี จากนั้นเราจะย้ายไปยังระบบทศนิยม ซึ่งจะแสดงทศวรรษ ศตวรรษ และพันปี ฉันคิดว่าตัวอย่างการใช้ระบบต่างๆ เพื่อแสดงระยะเวลาที่ผ่านไปนั้นแสดงให้เห็นลักษณะของระบบตัวเลขได้ดีมาก และจะช่วยให้คุณสามารถนำทางประเด็นต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการแปลงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ในกรณีของการแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล เราจะพบบ่อยที่สุด แปลงค่าทศนิยมเป็นค่าไบนารี. ทศนิยม เนื่องจากการวัดสำหรับแต่ละตัวอย่างมักจะแสดงเป็นไมโครโวลต์ มิลลิโวลต์ และโวลต์ ค่านี้จะแสดงในระบบเลขฐานสอง เช่น ใช้สองบิตที่ทำงานอยู่ในนั้น - 0 และ 1 ซึ่งแสดงถึงสถานะสองสถานะ: ไม่มีแรงดันหรือสถานะของมัน ปิดหรือเปิด กระแสหรือไม่ ฯลฯ ดังนั้นเราจึงหลีกเลี่ยงการบิดเบือน และการดำเนินการทั้งหมดจะง่ายขึ้นมากในการใช้งานผ่านแอปพลิเคชันของ การเปลี่ยนแปลงที่เรียกว่าอัลกอริทึมที่เรากำลังติดต่อด้วย ตัวอย่างเช่น ที่เกี่ยวข้องกับตัวเชื่อมต่อหรือตัวประมวลผลดิจิทัลอื่นๆ

คุณเป็นศูนย์ หรือหนึ่ง

ด้วยเลขสองหลัก เลขศูนย์ และหนึ่ง คุณสามารถแสดง ทุกค่าตัวเลขโดยไม่คำนึงถึงขนาดของมัน ตัวอย่างเช่น พิจารณาหมายเลข 10 กุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจการแปลงทศนิยมเป็นไบนารีคือจำนวน 1 ในไบนารี เช่นเดียวกับในทศนิยม ขึ้นอยู่กับตำแหน่งในสตริงตัวเลข

หาก 1 อยู่ที่ส่วนท้ายของสตริงไบนารี ดังนั้น 1 หากอยู่ในตำแหน่งที่สองจากจุดสิ้นสุด - จากนั้น 2 ในตำแหน่งที่สาม - 4 และในตำแหน่งที่สี่ - 8 - ทั้งหมดเป็นทศนิยม ในระบบทศนิยม 1 ที่ท้ายเหมือนกันคือ 10, 100 สุดท้าย, 1000 ที่สาม, XNUMX ที่สี่เป็นตัวอย่างเพื่อทำความเข้าใจการเปรียบเทียบ

ดังนั้น หากเราต้องการแทน 10 ในรูปแบบเลขฐานสอง เราจะต้องแทน 1 กับ 1 อย่างที่ผมบอกไป มันจะเป็น 1010 ในอันดับที่สี่และ XNUMX ในวินาที ซึ่งก็คือ XNUMX

หากเราจำเป็นต้องแปลงแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 1 ถึง 10 โวลต์โดยไม่มีค่าเศษส่วน เช่น ใช้เฉพาะจำนวนเต็ม ตัวแปลงที่สามารถแสดงลำดับ 4 บิตในไบนารีก็เพียงพอแล้ว 4 บิต เนื่องจากการแปลงเลขฐานสองนี้จะต้องมีตัวเลขสูงสุดสี่หลัก ในทางปฏิบัติจะมีลักษณะดังนี้:

0 0000

1 0001

2 0010

3 0011

4 0100

5 0101

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

10 1010

เลขศูนย์นำหน้าสำหรับตัวเลข 1 ถึง 7 เพียงใส่สตริงให้เต็มสี่บิตเพื่อให้เลขฐานสองแต่ละตัวมีรูปแบบเดียวกันและใช้พื้นที่เท่ากัน ในรูปแบบกราฟิก การแปลจำนวนเต็มดังกล่าวจากระบบทศนิยมเป็นเลขฐานสองจะแสดงในรูปที่ 7

7. แปลงจำนวนเต็มในระบบทศนิยมเป็นระบบไบนารี

รูปคลื่นทั้งด้านบนและด้านล่างแสดงค่าเดียวกัน ยกเว้นว่ารูปแบบแรกสามารถเข้าใจได้ ตัวอย่างเช่น สำหรับอุปกรณ์อะนาล็อก เช่น เครื่องวัดระดับแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้น และรูปแบบที่สองสำหรับอุปกรณ์ดิจิทัล รวมถึงคอมพิวเตอร์ที่ประมวลผลข้อมูลในภาษาดังกล่าว รูปคลื่นด้านล่างนี้ดูเหมือนคลื่นสี่เหลี่ยมเติมตัวแปรเช่น อัตราส่วนที่แตกต่างกันของค่าสูงสุดต่อค่าต่ำสุดเมื่อเวลาผ่านไป เนื้อหาตัวแปรนี้เข้ารหัสค่าไบนารีของสัญญาณที่จะแปลง ดังนั้นชื่อ "การปรับรหัสพัลส์" - PCM

ตอนนี้กลับไปแปลงสัญญาณแอนะล็อกจริง. เรารู้อยู่แล้วว่าสามารถอธิบายได้ด้วยเส้นที่แสดงระดับการเปลี่ยนแปลงอย่างราบรื่น และไม่มีสิ่งที่เรียกว่าการกระโดดแทนระดับเหล่านี้ อย่างไรก็ตาม สำหรับความต้องการการแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล เราต้องแนะนำกระบวนการดังกล่าวเพื่อให้สามารถวัดระดับของสัญญาณแอนะล็อกได้เป็นครั้งคราวและแสดงตัวอย่างที่วัดได้แต่ละรายการในรูปแบบดิจิทัล

สันนิษฐานว่าความถี่ที่จะทำการวัดเหล่านี้ควรมีความถี่สูงสุดที่บุคคลได้ยินอย่างน้อยสองเท่าและเนื่องจากอยู่ที่ประมาณ 20 kHz ดังนั้นความถี่สูงสุด 44,1kHz ยังคงเป็นอัตราการสุ่มตัวอย่างยอดนิยม. การคำนวณอัตราการสุ่มตัวอย่างมีความเกี่ยวข้องกับการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ที่ค่อนข้างซับซ้อน ซึ่งในขั้นตอนนี้ของความรู้ของเราเกี่ยวกับวิธีการแปลงนั้น ไม่สมเหตุสมผล

เพิ่มเติม จะดีกว่าไหม?

ทุกสิ่งที่ฉันกล่าวข้างต้นอาจบ่งบอกว่าความถี่ในการสุ่มตัวอย่างสูงขึ้น กล่าวคือ การวัดระดับของสัญญาณแอนะล็อกในช่วงเวลาปกติ คุณภาพของการแปลงก็จะยิ่งสูงขึ้น เพราะอย่างน้อยก็ในแง่สัญชาตญาณที่มีความแม่นยำมากกว่า จริงหรือ? เราจะรู้เรื่องนี้ในหนึ่งเดือน