Zapas dynamiki w domenie cyfrowej.pdf

TECHNOLOGIA

Zapas dynamiki

w domenie cyfrowej

Wikszo z nas chce, by jego

utwory brzmiay gono, ale co

si stanie, jeli sygna bdzie zbyt

duy? Greg Scarth wyjania

pojcie cyfrowego zapasu dyna-

miki (digital headroom).

się poszczególnych elementów skła-

dowych w naszym oprogramowaniu

DAW i jak zapas dynamiki oddziałuje

na całą produkcję.

przebiegu analogowego. O ile zapis

analogowy na taśmie magnetycznej,

dzięki swoistej kompresji toru sygna-

łowego i nośnika, dopuszcza chwilo-

we przekroczenia poziomu nominal-

nego, o tyle zapis w domenie cyfrowej

nie pozwala na jakikolwiek margi-

nes, jeśli chodzi o przekroczenie okre-

ślonych poziomów. Każdemu zwięk-

szeniu poziomu sygnału na wejściu

przetwornika analogowo-cyfrowe-

go powyżej poziomu nominalnego to-

warzyszy wystąpienie bardzo nieko-

rzystnie brzmiącego przesterowania

cyfrowego. Ponieważ maksymalny

poziom przebiegu cyfrowego zawsze

wynosi 1, więc każdy sygnał, które-

go poziom będzie większy, zostanie

ograniczony (obcięty) do poziomu 1.

Przebieg zostaje silnie zniekształco-

ny i w zależności od czasu wystąpie-

nia zbyt wysokiego poziomu usłyszy-

my krótki trzask lub nieprzyjemny

zgrzyt, towarzyszący przesterowaniu

cyfrowemu.

W tym miejscu pojawia się istot-

na przewaga nagrań dokonywanych

cyfrowo z 24-bitową rozdzielczością

nad nagraniami 16-bitowymi, który

to format został zdefiniowany stan-

dardem Red Book, używanym przy

tworzeniu płyt CD audio. Choć pliki

nagrane 24-bitowo mają większy roz-

miar niż pliki 16-bitowe, pozwalają

uzyskać lepszą jakość dzięki uniknię-

ciu problemu przesterowania w do-

menie cyfrowej. Zapisując dźwięk

w formacie 24 bitów możemy bez

problemu uzyskać zakres dynami-

ki i dokładność zapisu 16-bitowego,

a jednocześnie utrzymać na tyle niski

poziom sygnału, by zabezpieczyć się

przed występowaniem przesterowań.

Mówiąc ogólnie, utrzymanie po-

ziomu średniego rzędu –18 dBFS

przy poziomie szczytowym nie więk-

szym niż –6 dBFS jest najbardziej

optymalnym ustawieniem czułości

dea cyfrowego zapasu dynami-

ki istnieje w świadomości współ-

czesnych producentów muzycz-

nych. Większość z nas z grubsza

wie, że chodzi tu o zostawienie prze-

strzeni na dźwięki o większym po-

ziomie głośności, a nie o zwiększa-

nie poziomu średniego za wszelką

cenę. Ale wciąż pozostaje sporo nie-

jasności. Czy wskazania poziomu

maksymalnego (peak) rzeczywiście

mają jakieś znaczenie? Czy można

dopuścić do wystąpienia przestero-

wania w kanałach? Jak należy usta-

wić poziom sygnału na wyjściu? W

tym artykule przyjrzymy się bliżej tej

problematyce.

Mówiąc o zapasie dynamiki

w świecie cyfrowego dźwięku, mu-

simy brać pod uwagę dwa jego

aspekty: nagrywanie i miksowa-

nie. Rejestracja jest stosunkowo pro-

sta – chodzi o przeniesienie, w po-

staci plików, analogowych sygnałów

do cyfrowej domeny oprogramowa-

nia DAW. Miks natomiast nie jest je-

dynie zmieszaniem zarejestrowanych

sygnałów. Wielu producentów mu-

zyki, ogólnie nazywanej elektronicz-

ną, traktuje miks jako odrębną fazę

pracy nad utworem, używając wielo-

etapowego sumowania grup sygna-

łów i aplikując różnego typu efekty.

Wszystko to wiąże się ze stosowa-

niem szeregu technik, w przypad-

ku których musimy wciąż pamiętać

o zachowaniu optymalnego zapasu

dynamiki, który z kolei ma niebaga-

telny wpływ na końcowy efekt naszej

pracy. Zobaczmy więc, co się dzie-

je z dźwiękiem od chwili pojawienia

Nagrywanie

Zapas dynamiki ma znaczenie

już od momentu dokonania pierw-

szych nagrań w ramach każdej no-

wej sesji. Aby zrozumieć, co się kry-

je za pojęciem cyfrowego zapasu dy-

namiki, musimy jednak wrócić do

czasów zapisu analogowego. Choć

obecnie zdecydowana większość na-

grań odbywa się z wykorzystaniem

rejestracji cyfrowej, to wciąż wie-

le reguł obowiązujących w czasach

analogowych znajduje praktyczne

zastosowanie.

Podczas zapisu na taśmę bardzo

ważne było ustawienie optymal-

nej czułości toru sygnałowego, któ-

re miało bezpośrednie przełożenie na

zwiększenie odstępu sygnału uży-

tecznego od szumów. Jeśli ścieżka zo-

stała nagrana zbyt cicho, koniecz-

ne było zwiększenie jej głośności na

etapie miksu całościowego materia-

łu. Dokonując tego, zwiększało się

nie tylko poziom sygnału użyteczne-

go, ale także poziom szumów nośni-

ka, w tym przypadku taśmy analogo-

wej. W nagraniach wielośladowych

skumulowany poziom szumów z po-

szczególnych ścieżek wpływał nega-

tywnie na ogólny odstęp zmiksowa-

nego materiału od szumów.

Zobaczmy teraz, jakie to ma prze-

łożenie na nagrania w domenie cy-

frowej. Ogólnie rzecz biorąc, kluczo-

wymi czynnikami, które należy brać

pod uwagę przy nagraniach cyfro-

wych, są: uzyskanie jak największe-

go odstępu między sygnałem szu-

mów i sygnałem użytecznym, jak

najmniejszej liczby błędów kwan-

tyzacji i jak najwierniejszego od-

wzorowania kształtu oryginalnego

W wiecie analogowym

przesterowanie sprawia, e

dwik wzbogaca si o har-

moniczne i staje si „cieplej-

szy”, ale w domenie cyfro-

wej kady sygna przekra-

czajcy powyej 0 dBFS za-

mienia si w przykre znie-

ksztacenie.

Estrada i Studio • stycze 2011

Wikszo z nas chce, by jego

utwory brzmiay gono, aleco

się poszczególnych elementów skła-

dowychwnaszymoprogramowaniu

w przypadku nagrań 24-bitowych.

Oczywiście, w niektórych przypad-

kach ograniczeniem może być dyna-

mika przedwzmacniaczy lub zakres

dynamiki samego źródła sygnału, ale

w takich sytuacjach dość szybko doj-

dziesz do optymalnych rezultatów

metodą prób i błędów, pamiętając

o przytoczonej wyżej regule.

jakie przyjdzie Ci do gowy

podczas rozpatrywania pryncy-

piów czystego miksu i cyfrowego

zapasu dynamiki, brzmi: „a co

si stanie, jeli zami reguy?”.

Jeli przeczytae ten artyku, to

wiesz, e przesterowanie na drodze

cyfrowej w oprogramowaniu DAW

moesz otrzyma na wejciu lub

na wyjciu.

Zazwyczaj cyfrowe przeste-

rowanie nie jest zbyt ciekawe

brzmieniowo i jeli chcesz go uy,

musisz to zrobi z duym wyczu-

ciem. Jednak zastosowane z umia-

rem w której czci utworu lub

jako efekt moe zabrzmie napraw-

d sugestywnie. Oczywicie,

moesz te uzna, e trzeba i na

cao i zdecydowanie przeste-

rowa sygna na wyjciu, ale nie

ponosimy adnej odpowiedzialno-

ci za to, jak zareaguj na taki trik

Twoi suchacze...

Wprawdzie skupiamy si tu

gównie na oprogramowaniu audio,

ale te same zasady odnosz si

te do wiata cyfrowego sprztu.

Wikszo urzdze dziaa jednak

w oparciu o staoprzecinkowe

obliczenia wewntrzne, zatem

przesterowania w poszczególnych

sekcjach toru przetwarzania mog

si zdarzy. I tu ciekawostka – nie-

Miksowanie

Wśród wielu pytań, związanych

z dynamiką i zapasem dynamiki,

jedno powtarza się najczęściej: „czy

wskazania poziomu szczytowego

w programach DAW mają znaczenie

i czy są one miarodajne?”. Pytanie

może wyglądać na banalne, ale odpo-

wiedź już taka nie jest. W rzeczywi-

stości można podać wiele różnych od-

powiedzi i każda będzie prawdziwa,

w zależności od tego, z jakimi wskaź-

nikami mamy do czynienia.

Na wstępie musimy podzielić ścież-

kę sygnałową w naszym DAW na

trzy części. Załóżmy, że źródłem sy-

gnału będzie sygnał audio lub wirtu-

alny instrument. Większość progra-

mów DAW przetwarza sygnał audio

za pośrednictwem bloków o podobnej

strukturze. Na początku znajdują się

efekty w każdym torze wejściowym,

które z najbardziej efektownych

brzmie, jakie mona usysze

w nagraniach z gatunków industrial

i techno, wziy si z przestero-

wania cyfrowych urzdze na

wejciach i wyjciach!

Aby zachowa lepsz kontrol

nad cyfrowymi znieksztaceniami,

warto wzi pod uwag uycie

specjalistycznego narzdzia,

takiego jak wtyczka Bitcrusher,

pochodzca z sekwencera Apple

Logic. Ten niedoceniony, may

efekt oferuje znakomicie brzmice

cyfrowe przesterowania, które

uzyskuje si dziki zastosowaniu

niezalenej redukcji bitowej

i czstotliwoci próbkowania. Trzy

tryby pracy moduu ksztatowania

przebiegu pozwalaj w specy-

ficzny sposób deformowa, co

pozwala otrzyma bardzo ciekawe

efekty o rónej intensywnoci,

z moliwoci ich odstrojenia

oraz automatyzacji wybranych

parametrów.

Estrada i Studio • stycze 2011

amanie regu

Z apewne pierwsze pytanie,

TECHNOLOGIA

Zapas dynamiki w domenie cyfrowej

włączone w trybie insertowym (efek-

ty w trybie wysyłkowym działają na

podobnej zasadzie, ale tor przesyła-

nia sygnału jest nieco bardziej zło-

żony). Następnie sygnał wyjściowy

z każdego kanału trafia na pojedyn-

cze wyjście monofoniczne, stereofo-

niczne lub wielokanałowe (np. w try-

bie surround). Na samym końcu,

przez tłumik Master, sygnał kierowa-

ny jest na wyjście, którym jest prze-

twornik cyfrowo-analogowy lub plik

audio (w zależności od tego, czy od-

twarzamy zmiksowany materiał,

czy zgrywamy go do postaci final-

nej). Przyjrzyjmy się teraz tym trzem

różnym etapom przetwarzania i za-

stanówmy, w jaki sposób każdy

z nich oddziałuje na poziom sygnału

i brzmienie.

Wprawdzie limiter na wyjciu sprawia, e sygna

nie ulegnie przesterowaniu, ale jednoczenie

wpywa na brzmienie lub powoduje spaszczenie

dynamiki Twoich cieek. Jedynym wyjtkiem jest

w tym przypadku gra na ywo.

audio, w którym poziom wyjściowy

nie będzie nigdy większy niż 0 dBFS.

Każdy sygnał przekraczający ten

próg zostanie obcięty. Choć z począt-

ku może nie być to aż takie oczywi-

ste, ale jeśli pojawi się sygnał więk-

szy od 0 dBFS, bardzo szybko stanie

się dla Ciebie jasne, dlaczego jest to

tak istotne.

Niektórzy producenci decydują się

na włączenie na wyjściu toru sygna-

łowego master ogranicznika (limi-

tera) działającego w trybie brickwall

i ustawionego na poziom ograni-

czania 0 dB. Chcą się tą metodą za-

bezpieczyć przed wystąpieniem pro-

blemów ze zbyt dużym sygnałem.

Naszym zdaniem, lepszą metodą

jest zostawienie kilku decybeli zapa-

su, co pozwoli na efektywniejsze wy-

korzystanie limitera na etapie ma-

steringu materiału. Wprawdzie li-

miter na wyjściu sprawia, że sygnał

nie ulegnie przesterowaniu, ale jed-

nocześnie wpływa na brzmienie lub

powoduje spłaszczenie dynamiki

Twoich ścieżek. Jedynym wyjątkiem

jest w tym przypadku gra na żywo.

Skuteczny, szybko działający i neu-

tralnie brzmiący limiter na wyjściu

w takich właśnie sytuacjach spraw-

dza się doskonale.

Sumowanie

Etap sumowania sygnałów

w Twoim programie DAW jest tym

miejscem, gdzie odbywa się szereg

złożonych procesów i dlatego więk-

szość współczesnych programów

tego typu bazuje na 32-bitowych we-

wnętrznych obliczeniach zmienno-

przecinkowych. Nie mamy tu zbyt

wiele miejsca, by omówić szczegó-

łowo, na czym polegają działania

zmiennoprzecinkowe, ale wystar-

czy zapamiętać, że ich dokładność

i rozdzielczość w przypadku prze-

twarzania sygnałów cyfrowych jest

znacząco większa niż w starszych

standardach całkowitych, 16- lub

24-bitowych.

Zastosowanie 32-bitowych obliczeń

zmiennoprzecinkowych oznacza, że

nie ma czegoś takiego jak maksymal-

ny poziom sygnału. W czasach, kie-

dy do sumowania sygnałów z wielu

Decybele w zapasie

Najlepszym rozwiązaniem jest my-

ślenie o poziomach na wszystkich

trzech wspomnianych etapach w ko-

lejności odwrotnej, głównie dlatego,

że w przypadku toru wyjściowego

nie można pozwolić na przekroczenie

poziomu maksymalnego. Załóżmy,

że zgrywamy całość do postaci pli-

ku WAV. Bez względu na przyjętą

docelową rozdzielczość bitową po-

ziom sygnału wyjściowego nie może

być większy niż 0 dBFS. Każdy sy-

gnał powyżej tego poziomu spowo-

duje obcięcie szczytów i wystąpienie

cyfrowego przesterowania. Podobnie

jest w przypadku wyjścia z interfejsu

Zakres dynamiki i dynamika

akres dynamiki jest różnicą pomiędzy

najcichszym a najgłośniejszym sy-

gnałem, jaki jest w stanie wytworzyć

źródło dźwięku lub przetworzyć dane urzą-

dzenie lub system. Ponieważ przy określa-

niu zakresu dynamiki pojawiają się już dwie

wartości, zatem możemy go wyrazić w decy-

belach, bez żadnych dodatkowych wskazań

odnośnie poziomu odniesienia.

Przyjmuje się, że zakres dynamiki ludzkie-

go słuchu, czyli różnica między najcichszym

dźwiękiem a najgłośniejszym, jaki jesteśmy

w stanie usłyszeć bez uszkodzenia słuchu

i jakichkolwiek zabezpieczeń wynosi 120 dB

(0 dB SPL to próg słyszalności, a 120 dB SPL

to próg bólu). Tę wartość powinniśmy zapa-

miętać, ponieważ będzie ona dla nas wielko-

ścią, do której możemy porównywać wszyst-

kie inne. W tym kontekście zakres dynamiki

najlepszych przetworników analogowo-cy-

frowych wynoszący 122 dB oznacza, że do-

równują one możliwościami przetwarzania

sygnału możliwościom, jakie oferuje nasz

słuch. Jeszcze lepsze pod tym względem są

cyfrowe miksery z 24-bitowym przetwa-

rzaniem, których dynamika osiąga 144 dB

(w przypadku pracy w domenie cyfrowej

przyjmuje się 6 dB na każdy bit, więc teore-

tyczny zakres systemów 16-bitowych wynosi

96 dB). Zakres dynamiki dobrego studyjnego

mikrofonu pojemnościowego wynosi 110 dB,

a monitorów studyjnych bywa zazwyczaj

o 2–3 dB większy. Najmniejszy zakres dyna-

miki oferują analogowe media: taśma z sys-

temem redukcji szumów – 75 dB, radio FM

– 65 dB, płyta winylowa – 60 dB.

Przyjrzyjmy się teraz zakresowi dynami-

ki źródeł dźwięku. Najcichszy muzyczny sy-

gnał wytwarzany przez orkiestrę symfo-

niczną osiąga poziom 10 dB SPL, a najgło-

śniejsze fragmenty muzyczne mają 100 dB

SPL. Stąd wniosek, że zakres dynamiki du-

żej orkiestry w pełnym składzie wyno-

si średnio 90 dB. Teoretycznie rzecz biorąc,

mając do dyspozycji dobry mikrofon, odsłu-

chy i 16-bitowy rejestrator jesteśmy w sta-

nie zarejestrować dźwięk z tego typu źró-

dła bez stosowania narzędzi do redukcji

dynamiki sygnału audio. W praktyce jed-

nak jest nieco inaczej. Przy najcichszych

pasażach zaczną odgrywać rolę takie ele-

menty jak szum własny mikrofonu, szum

przedwzmacniacza i konwerterów analo-

gowo-cyfrowych. Przy najgłośniejszych

dźwiękach mogą się z kolei pojawić znie-

kształcenia w każdym z tych elementów.

Z tego właśnie względu nie powinno niko-

go dziwić, że do rejestracji wykonań orkie-

strowych stosuje się najwyższej klasy mi-

krofony, przedwzmacniacze i przetworniki,

a dźwięk rejestruje się 24-bitowo.

W czasach, gdy podstawowym medium

dźwięku była płyta winylowa nie można

było uniknąć stosowania urządzeń pozwa-

lających zredukować zakres dynamiki o ok.

30 dB. Używane do tego celu kompresory re-

dukowały zatem poziom najgłośniejszych

partii (redukcja po stronie najcichszych skoń-

czyłaby się tym, że nie byłoby ich wcale sły-

chać). Nieco inaczej wygląda to w przypad-

ku cyfrowej redukcji bitów i związanej z tym

redukcji zakresu dynamiki. Mając nagranie

Estrada i Studio • stycze 2011

źródeł powszechnie stosowano mik-

sery analogowe, sporadyczne świece-

nie się sygnalizatorów przesterowa-

nia było rzeczą normalną i w pełni

akceptowalną. Był to znak, że dalsze

zwiększanie poziomu może doprowa-

dzić do wystąpienia słyszalnego prze-

sterowania. Z kolei w 24-bitowych

systemach całkowitych nie ma nicze-

go takiego jak poziom sygnału wyż-

szy niż maksymalny, a jego wystą-

pienie wiąże się z przesterowaniem.

Przetwarzanie zmiennoprzecinko-

we pozwoliło całkowicie wyelimino-

wać ten problem. Nie ma przestero-

wań, ponieważ nie ma poziomu mak-

symalnego – cyfrowa wartość może

reprezentować poziomy sygnału od

minus nieskończoności do nieskoń-

czoności. Przetwarzanie zmienno-

przecinkowe ma też tę zaletę, że do-

kładność przetwarzania bardzo ma-

łych sygnałów, w okolicach poziomu

zerowego, jest znacząco lepsza niż

w systemach stałoprzecinkowych.

Zakres dynamiki w praktyce jest nie-

skończony, zatem sygnały mogą być

tłumione aż do momentu, kiedy prze-

staną być słyszalne, a następnie

wzmacniane do oryginalnego pozio-

mu bez straty jakości.

Należy też zaznaczyć, że ściągnięcie

w dół tłumików sumy daje taki sam

efekt jak przesunięcie w dół wszyst-

kich tłumików w poszczególnych ka-

nałach (zakładając oczywiście, że na

sumie nie mamy włączonych żadnych

wtyczek). Z tego wniosek, że zapas

Najwicej uwagi na uzyskanie optymalnego zapasu

dynamiki naley powici na etapie nagrywania.

Przy zbyt maym sygnale stracisz na jego dyna-

mice. Przy zbyt duym mog pojawi si róne nie-

podane dwiki ze znieksztaceniami wcznie.

dynamiki na etapie miksowania nie

jest źródłem problemów. Czy to ozna-

cza, że możesz ustawić najmocniejszy

możliwy sygnał, a następnie skom-

pensować to zmniejszeniem poziomu

za pomocą tłumików na sumie? No

cóż, i tak, i nie...

Jednym z potencjalnych problemów

przy mocnym wysterowaniu sygna-

łów na etapie miksowania są wspo-

mniane wcześniej wtyczki na sumie.

Kłopot polega na tym, że nie wszyst-

kie wtyczki tworzone są w ten sam

sposób. Kiedy jedne mogą pracować

z sygnałem o poziomie do +20 dBFS

i przetwarzać go identycznie jak sy-

gnał o poziomie –10 dBFS, to inne

mogą już zachować się zupełnie ina-

czej. W praktyce znacznie łatwiej bę-

dzie nam uniknąć kłopotów z zapa-

sem dynamiki wtedy, gdy utrzymamy

stosunkowo niski poziom sygnału.

na jego dynamice. Przy zbyt dużym

mogą pojawić się różne niepożądane

dźwięki ze zniekształceniami włącz-

nie. Jak już wspomniano, najlepszym

rozwiązaniem będzie utrzymanie po-

ziomu średniego ok. –18 dBFS i po-

ziomu szczytowego nie większego

niż –6 dBFS (przy rejestracji 24-bito-

wej). Wtedy masz pewność, że pozbę-

dziesz się kłopotów przy dalszej ob-

róbce sygnału.

Generalnie rzecz ujmując, dopóki

unikasz przesterowania wejścia lub

wyjścia, tak długo możesz być spo-

kojny o jakość. Jest oczywiście kil-

ka wyjątków od tej reguły, ale to,

o czym napisaliśmy wyżej, odno-

si się do wszystkich sytuacji. W nie-

których (dość rzadkich) przypadkach

wtyczki nie używają obróbki zmien-

noprzecinkowej i wtedy będziesz mu-

siał pracować z niskimi poziomami.

Wejścia i wyjścia dla wysyłek i po-

wrotów efektów powinny być trakto-

wane jak główne wyjścia stereo i wej-

ścia mikrofonowe, a przetwarzany za

ich pomocą sygnał nie może przekro-

czyć poziomu 0 dBFS.

Nagrywanie

Najwięcej uwagi na uzyskanie

optymalnego zapasu dynamiki nale-

ży poświęcić na etapie nagrywania.

Przy zbyt małym sygnale stracisz

E i S

w 24-bitowej rozdzielczości (o teore-

tycznej dynamice 144 dB) i przetwa-

rzając je do postaci 16-bitowego pliku

w standardzie Red Book (dynamika

96 dB), musimy „zgubić” 8 bitów (od

144 odejmujemy 96 i różnicę dzieli-

my przez 6). W tym jednak wypadku

robimy to po stronie sygnałów naj-

cichszych, które uśredniamy na dro-

dze dodania specjalnie ukształtowa-

nego szumu.

W dobie systemów cyfrowych,

w naszej codziennej pracy rzad-

ko kiedy będziemy mieli do czynie-

nia z koniecznością dopasowania za-

kresu dynamiki. Współczesne urzą-

dzenia, zarówno nagrywające jak

i przetwarzające oraz odtwarzające

sygnał, oferują taki zakres dynami-

ki, że nie ma niezbędnej konieczno-

ści jego dostosowywania do końco-

wego medium (jak miało to miej-

sce w przypadku nagrań na płytach

winylowych).

Schematyczny wykres prezentujcy zakres dynamiki. Jest on wyznaczany jest przez rónic midzy maksymalnym nieznie-

ksztaconym sygnaem uytecznym a poziomem minimalnym, bdcym w praktyce poziomem szumów wasnych urzdzenia.

Estrada i Studio • stycze 2011

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: