Цифровые микшеры
Сергей Титов, Анатолий Вейценфельд
Еще каких-нибудь десять-пятнадцать лет назад не существовало такого понятия – цифровые пульты. Уже писали "в цифре" с помощью специальной ИКМ-приставки 1630 на аналоговые видеомагнитофоны Umatic, существовали многодорожечные DASH- и стереофонические DAT-магнитофоны, применялись первые цифровые ревербераторы, завоевывал мир компакт-диск… Появились первые компьютерные системы для профессиональной работы со звуком (Digidesign Sound Tools, предшественник сверхпопулярного Pro Tools). А по цифровым микшерам были только перспективные разработки, о которых даже не все профессионалы знали – настолько эти разработки были перспективные. К примеру, ATT disQ и Neve DSP – о них даже заграничные звукорежиссеры не знали (ну, может, кроме самых-самых).
Почему? Во первых, за несколько десятилетий все привыкли к аналоговым микшерам и способам работы на них. Даже мысль, что микшер может быть каким-то другим, казалась крамольной. Во-вторых, начальные восторги по поводу цифры прошли, и пошли уже претензии к ней, прежде всего, к качеству звучания. Так зачем было "огород городить"?
Так что инженеры-разработчики, обратившись к теме цифровых пультов, опередили потребность практиков – но прогресс уже было не остановить. Становилось ясно, что цифровые технологии будут завоевывать все новые и новые ниши, продвигаясь к "тотальной цифровой студии".
Наконец, стали появляться и цифровые микшеры. Но дело шло со скрипом. Цифровые микшерные пульты появились почти самыми последними, после них – только цифровые микрофоны и цифровые аудиомониторы. (Дело теперь – за цифровыми певцами и певицами…).
Почему же цифровые микшеры появились существенно позже других типов аудиооборудования? Дело в том, что одна и та же задача в аналоговом и цифровом пульте решается с совершенно разной степенью сложности. Если на аналоговой консоли изменение уровня сигнала производится простым изменением сопротивления потенциометра, то в цифровом микшере изменение физического положения ручки регулятора отслеживается специальной схемой по сложной программе, затем включается схема, производящая вычисления по алгоритму, соответствующему заданной программе, которая, в свою очередь, определяется вводом числовых параметров… И это еще довольно упрощенное описание того, что на самом деле происходит в цифровом микшере при перемещении всего лишь одного фейдера!
То же можно сказать о работе с канальными эквалайзерами, регуляторами панорамы и другими органами управления микшерным пультом. А представьте, если двигают два фейдера, три, еще больше? Ведь тогда необходимо обрабатывать несколько цифровых потоков…
Естественно, реализовать сложную цифровую схемотехнику в эпоху, когда процессоры работали на частотах всего в несколько мегагерц, было очень дорого. В то время изготовить привычный для сегодняшнего дня двадцатичетырехразрядный сумматор, быстродействующий в реальном времени, стоило бешеных денег. Оно, собственно, и сейчас недёшево.
Могут спросить: "А при чём тут сумматор?"
Здесь самое место поговорить о том, что такое микшер. Ведь это и есть сумматор. Сумматор, объединяющий многих входных сигналов в несколько шин, к которым, соответственно, и "приделаны" выходные усилители – один или несколько, в зависимости от назначения пульта.
Суммировать сигналы – это и есть основное назначение микшера. И именно от того, насколько хорошо он с этой задачей справляется, зависит его "профпригодность".
Но после того, как сигнал сложили, есть большая опасность получить искажения.
Ведь, в отличие от арифметики, в технике всегда имеют место ограничения, чисто технологические и физические.
Например, любая активная электронная схема имеет пределы изменения выходного напряжения, ограниченные напряжением питания. Это значит, что уровень сигнала (напряжение) на выходе схемы (мы не обсуждаем импульсные сигналы) не может быть больше напряжения питания схемы.
Теперь берём сумматор, то есть наш пульт.
Сумматор складывает несколько величин, и эти величины изменяются в некотором диапазоне. Но если сумма величин на выходе схемы в некий момент окажется за пределами возможностей данной схемы, то появятся искажения…
Возьмем схему активного сумматора с напряжениями питания 0 и + 15 В. Это означает, что выходные напряжения не могут быть больше +15 В. А теперь предположим, что нам надо сложить два сигнала с пиковыми амплитудами в 1 В. Результат – пиковая амплитуда 2 В. То есть, подаём на вход сумматора два сигнала по одному вольту – и получаем на выходе два.
А теперь возьмем 24-канальный микшерный пульт (это немного), то есть расширим пример до двадцати четырех одновременных сигналов с пиковой амплитудой в один вольт. В этом случае, при условии, что все сигналы синхронные и синфазные (случай предельный, но всё же вероятный…), амплитуда выходного сигнала сумматора должна составить 24 В. А у него, как мы условились, напряжение питания +15 В… (Это не просто абстрактная картина, такие питающие напряжения бывают и в действительности).
И что тогда будет с выходным напряжением активного сумматора напряжений при достижении выходным сигналом напряжения питания? Ничего не будет. Никогда выходное напряжение активного сумматора не будет больше напряжения питания!
Поэтому, если мы будем добавлять и добавлять входные сигналы в схему, выходное напряжение схемы сумматора будет увеличиваться…, но только до поры до времени. Потом наступит ограничение выходного напряжения, известное как нелинейные искажения, то есть выходной сигнал будет отличаться от входного по форме, а значит, и по содержанию. Например, по содержанию гармоник.
Дальше начинается работа инженера-схемотехника. Его задача – минимизировать искажения при оптимизации стоимости решения. То есть исправления технических недостатков не должны привести к удорожанию аппарата до неприемлемой величины.
Тут читатель вправе задать вопрос: "А к чему это все было сказано?" К тому, что цифровой технике свойственны те же самые ограничения, но только в случае с вычислительными процессами все это гораздо менее очевидно.
К сожалению, иллюстрация процесса возникновения искажений в вычислительных схемах требует массы специфических знаний, донести которые до читателя в рамках журнальной статьи попросту нереально. Поэтому вынуждены ограничиться констатациями.
С одной стороны, цифровой технике вообще, и цифровым пультам в частности, свойственны специфические искажения, природа которых отлична от аналоговых искажений.
Это:
- искажения, возникающие при оцифровке сигнала, а именно, при квантовании;
-
задержка в канале;
- специфические искажения канальной обработки;
- искажения, возникающие в результате
некорректной реализации алгоритмов обработки сигнала.
Все это, вместе взятое, придает выходному сигналу пульта характерную окраску, несвойственную классическим аналоговым пультам.
И здесь существуют методы и решения, позволяющие минимизировать все вышеуказанные искажения. Но их практическая реализация чрезвычайно удорожает продукт, то есть цифровой микшерный пульт. Поэтому, при выборе конкретной модели конкретного изготовителя лучше руководствоваться соображениями бюджета и рамками конкретной технологической задачи.
Разумеется, как это обычно и бывает, у явления есть и обратная сторона. При равной стоимости цифровых и аналоговых консолей первые предоставляют несравненно более высокий уровень сервиса. Имеется в виду, прежде всего, всесторонняя автоматизация. Дело в том, что реализовать автоматику, например, аналогового эквалайзера стоит неизмеримо дороже, нежели автоматику эквалайзера цифрового. Поэтому все, даже самые дешёвые цифровые консоли, имеют богатейший набор автоматизированных функций. Соответственно, их применение целесообразно при решении задач, требующих обширной автоматизации процесса сведения. Типичный пример таких задач – озвучивание фильмов, телевизионных программ, мультимедиа-продуктов.
С другой стороны, музыкальные задачи предъявляют к технике несравненно более жесткие требования в смысле формального качества сигнала. Поэтому при выборе консоли для музыкального производства нужно руководствоваться несколько иными критериями.
Собственно сами цифровые консоли не имеют значительных отличий в архитектуре. Как правило, это архитектура, известная в аналоговых консолях как split, то есть когда все каналы равноправны, равноценны и оснащены одинаковым сервисом. Блок-схема цифровых консолей тоже, как правило, напоминает схемы классических консолей – входной аттенюатор, компрессор (или секция динамической обработки), эквалайзер, панорамный регулятор, фейдер и некоторое количество сервисных органов управления.
Дальше начинаются отличия.
По сути, все цифровые консоли являются специализированными вычислительными комплексами, предназначенными для обработки потоковых данных. Потоковые данные – это как раз то, чем на самом деле является digital audio.
Поэтому внутри цифрового пульта мы обнаружим специализированную вычислительную машину, построенную на базе стандартных (либо заказных) компонентов. Применение заказных компонентов значительно удорожает конструкцию, поэтому изготовители склонны применять в своих изделиях стандартные комлектующие. Так, к примеру, SONY Oxford собран на базе SHARK – специализированных DSP (Digital Signal Processor) фирмы Analog Devices. Хотя могут использоваться и другие специализированные процессоры.
Применение специализированных микросхем связано с тем, что организовать корректные процедуры обработки аудиосигналов (тех самых потоковых данных) на основе процессоров широкого применения весьма затруднительно. Их архитектура не предназначена для выполнения массово-параллельных вычислений. Поэтому инженеры для таких задач обычно применяют DSP, специализированные для выполнения определенного типа вычислений. В результате достигается производительность, в принципе недостижимая на процессорах широкого применения. Количество схем DSP, задействованных в конструкции, определяется при этом сложностью алгоритмов, написанных для выполнения обработочных вычислений.
Цифровые микшеры делятся на две основные категории: малые пульты "бюджетного" класса, предназначенные для домашних и project-студий, озвучивания видеопрограмм и т.п. работ, и большие консоли класса Hi End, на которых работают в крупных студиях звукозаписи, киностудиях, телецентрах. Сравнительно новым и пока малочисленным классом цифровых микшеров являются концертные (Live) консоли.
Выше было сказано, что важнейшим достоинством цифровых микшеров является их богатое функциональное оснащение. Пожалуй, больше всего это преимущество сказывается в недорогих пультах малого класса. В самом деле, даже небольшой пультик на 16 каналов оказывается оснащен встроенными канальными параметрическими эквалайзерами с гибкой регулировкой множества характеристик, встроенной динамической обработкой, а нередко и встроенной пространственной обработкой (ревербераторами и задержкой). При этом все обработки снабжаются набором пресетов и возможностью запоминания пользовательских установок. Надо ли говорить о том, что все эти функции отсутствуют в аналоговых микшерах сравнимой стоимости…
Но даже и недорогой цифровой микшерный пульт должен иметь ряд технических решений, совершенно ненужных в аналоговых пультах – но без которых он не сможет функционировать. Это, прежде всего, необходимость цифровых интерфейсов для подключения внешних цифровых устройств. Это может быть бытовой интерфейс S/PDIF, или профессиональные интерфейсы AES/EBU и MADI, а также многоканальные интерфейсы разных фирм-разработчиков: ADAT (Alesis), TDIF (Tascam), R-Bus (Roland), YGDAY (Yamaha), SDIF (Sony).
Популярным решением при конструировании цифровых микшеров становится разделение управляющей консоли и блока аналого-цифровых и цифроаналоговых конвертеров. Если в традиционном цифровом пульте АЦП находятся в общем корпусе консоли и конструктивно совмещены с микрофонными предусилителями, то в раздельных микшерных системах блок АЦП, также совмещенный с микрофонными предусилителями, находится в отдельном модуле, соединенном с консолью многоканальным цифровым кабелем – потомком аналогового мультикора. В некоторых моделях многокомпонентных микшерных систем и блок цифровой обработки сигнала, собственно "мозги" системы, также находятся не в корпусе консоли, а во внешнем модуле. В этом случае управляющая консоль становится своеобразным контроллером.
В современных цифровых микшерных консолях широко используются органы управления, пришедшие из профессиональной видеотехники: программные клавиши, колесо jog/dial и т.п. Часто в консоль встраивают кнопки управления записывающими и воспроизводящими устройствами (магнитофонами, хард-диск рекордерами: старт, стоп, пауза, запись, ускоренная прокрутка и т.п.). Это позволяет обойтись без выносного пульта дистанционного управления этими аппаратами.
Для управления рекордерами (в том числе компьютерными звуковыми рабочими станциями) микшеры оснащаются командными интерфейсами RS-422, GPI, MIDI. О последнем надо сказать подробнее, поскольку MIDI-интерфейс стал для цифровых пультов любого класса обязательным компонентом. Из всего многообразия MIDI-ссобщения микшеры передают и воспринимают команды запуска воспроизведения и записи для рекордеров, команды отмотки на заданную временную точку, и тому подобную информацию. Для исполнения команд подключенными устройствами используется протокол MMC (MIDI Machine Control). Естественно, что и подключенные аппараты также должны быть оснащены MIDI-интерфейсами. Если же их нет – применяются конвертеры MIDI-команд в протокол RS-422 или иной.
Кроме MIDI-интерфейсов, многие цифровые микшеры для удобства работы оснащены портами для подключения стандартной компьютерной периферии: монитора, мыши (иначе называемой координатным манипулятором), клавиатуры, принтера, а некоторые даже имеют Ethernet-порт и IP-адрес, что позволяет подключать их (микшеры!) к Интернету.
Даже недорогие цифровые микшеры последних поколений имеют моторизованные фейдеры. В аналоговых микшерах моторизация присутствует лишь в консолях высшего класса.
Практически все цифровые микшеры оснащены дисплеями. Они имеют разный размер, графические возможности и степень информативности – если на малых пультах дисплей монохромный и показывает в очень условном виде основные установки, то большие консоли могут иметь несколько дисплеев, некоторые модели – семь-восемь полноцветных дисплеев. Прогресс заметен и тут – если несколько лет назад в консоли устанавливали обычные ЭЛТ, то теперь – жидкокристаллические мониторы, что заметно облегчает всю конструкцию, и делает ее более компактной.
Во многих цифровых микшерах имеется, помимо основного дисплея, еще и дисплей, отображающий тайм-код записывающего устройства.
Появились и цифровые микшерные системы принципиально нового типа – это большие сенсорные (touch screen) панели, подключенные к центру обработки и маршрутизации аудиоинформации. С помощью таких систем оператор может принимать обрабатывать и направлять аудиосигнал на разные системы записи и усиления, находящиеся в разных помещениях и даже в разных зданиях.
Но этот новый и перспективный тип аудиооборудования уже нельзя отнести к теме нашего сегодняшнего обзора…
[дальше]
«625»
«Звукорежиссер»
«ТТК»
