Звукозапись

Аналоговая звукозапись

Схема электромеханической записи

Под аналоговой подразумевают запись звуков на физический носитель таким образом, чтобы устройство воспроизведения производило колебания и создавало звуковые волны аналогичные тем, что были получены при сохранении.

Механическая звукозапись

Записываемый звук воздействовал через рупор на мембрану, жёстко связанную с резцом. При воспроизведении игла, двигающаяся по канавке, передаёт колебания на упругую мембрану, которая излучает звук. Звук усиливался при помощи рупора конической формы.

Фоноавтограф (1857)
Фонограф (1878)
Граммофон (1887)
Патефон (1907)

Электромеханическая запись

Записываемые звуковые колебания преобразуются микрофоном в соответствующие электрические токи, воздействующие после их усиления на электромеханический преобразователь — рекордер, который превращает переменные электрические токи посредством магнитного поля в соответствующие механические колебания резца. Для воспроизведения применялся пьезоэлектрический, а позднее более качественный — магнитный звукосниматель. Звукосниматели преобразуют колебания иглы, бегущей по звуковой дорожке грампластинки, в электрический сигнал, который после усиления в электронном усилителе поступает в громкоговоритель.

Электрофон (1925)
Проигрыватель

Оптическая (фотографическая) запись звука

Основная статья: Оптическая запись звука

Оптическая фонограмма применялась, в основном, в кино, и имела переменную ширину дорожки (1904) или переменную оптическую плотность (1919) и наносилась на кромку киноленты. При воспроизведении световой поток лампы проходя сквозь киноленту изменялся (модулировался) в соответствии с записанными звуковыми колебаниями. Фотоэлемент превращал падающий на него переменный световой поток в электрические колебания. Электрический сигнал усиливался усилителем воспроизведения и поступал на громкоговоритель, установленный у экрана в зрительном зале кинотеатра.

В тридцатых-сороковых годах XX века в СССР разрабатывалась система оптической звукозаписи и -воспроизведения с использованием бумажного носителя (ленты). Но «Говорящая бумага» П.П. Скворцова широкого распространения не получила.

Магнитная звукозапись

Основная статья: Магнитная звукозапись

Запись производится с помощью записывающей магнитной головки, создающей переменное магнитное поле на участке движущегося носителя (зачастую магнитной ленты), обладающего магнитными свойствами. На ферромагнитном слое носителя остаётся след остаточного намагничивания. След и есть дорожка фонограммы. При воспроизведении магнитная головка преобразует остаточный магнитный поток движущегося носителя записи в электрический сигнал звуковой частоты.

Магнитофон (1932)

Некоторые виды цифрового звука в сравнении

Название формата	Квантование, бит	Частота дискретизации, кГц	Число каналов	Величина потока данных с диска, кбит/с	Степень сжатия/упаковки
CD	16	44,1	2	1411,2	1:1 без потерь
Dolby Digital (AC3)	16-24	48	6	до 640	~12:1 с потерями
DTS	20-24	48; 96	до 8	до 1536	~3:1 с потерями
DVD-Audio	16; 20; 24	44,1; 48; 88,2; 96	6	6912	2:1 без потерь
DVD-Audio	16; 20; 24	176,4; 192	2	4608	2:1 без потерь
MP3	плавающий	до 48	2	до 320	~11:1 с потерями
AAC	плавающий	до 96	до 48	до 529	с потерями
AAC+ (SBR)	плавающий	до 48	2	до 320	с потерями
Ogg Vorbis	до 32	до 192	до 255	до 1000	с потерями
WMA	до 24	до 96	до 8	до 768	2:1, есть версия без потерь

Часть 1: методы звукозаписи

Если вы раньше никогда не работали в студии…

То вы, скорее всего, не имеете представления о том, сколько шагов на самом деле требуется для того, чтобы идею песни, которая крутится у вас в голове…

Трансформировать в mp3-файл, который можно выложить в интернете.

В следующих 6 статьях я расскажу о том, как это делается:

Как записать песню
Запись вокала
Запись инструментов
Диаграммы направленности микрофонов
Методы стереозаписи
Сведение в наушниках

Давайте рассмотрим подробней каждый урок…

1. Как записать песню

Уверен, что вы уже догадались, что записать песню — сложный процесс.

От начала до конца вам нужно сделать сотни утомительных действий.

Для новичков может быть тяжеловато:

Запомнить, что нужно сделать и…
Понять, как это работает всё вместе для достижения одной цели.

В этом уроке я детально рассматриваю 4 шага по созданию музыки:

Запись
Обработка
Микширование
Мастеринг

Чтобы узнать, как происходит каждый шаг, почитайте этот пост:

Основы производства музыки: 4 шага для записи песни

2. Запись вокала

Вне зависимости от жанра вашей музыки, запись вокала — навык, который каждый хочет изучить…

Потому что это та часть песни, на которую обращают внимание ВСЕ слушатели. Но, в отличие от других инструментов…

Но, в отличие от других инструментов…

Где расположение микрофонов и техника записи зависят от звукоинженера…

При записи вокала многое зависит от исполнителя. И это может стать проблемой, если певец не имеет студийного опыта.

Итак, чтобы выяснить, как раскрыть потенциал вокалиста, почитайте этот пост:

Как лучше записывать вокал: гайд новичка

3. Запись инструментов

Как только вокал начнёт звучать хорошо, всё равно останется настроить звук всего остального.

В популярной музыке обычно записываются 4 инструмента:

Гитара
Бас-гитара
Клавиши
Барабаны

Проблема в том, что… традиционные методы профессиональных студий для записи этих инструментов не всегда подходят домашним студиям…

Где недостаток оборудования затрудняет задачу.

Для того, чтобы узнать, как записывать каждый из этих инструментов с минимумом ресурсов, почитайте этот пост:

Гайд новичка по записи гитары/баса/клавиш/барабанов

4. Диаграммы направленности микрофонов

Когда вы начнёте коллекционировать микрофоны…

Одной из первых вещей, о которых вы прочитаете в описании микрофона, будет его диаграмма направленности.

Кардиоидная, “восьмёрка”, всенаправленная — эти 3 термина будут повторяться из раза в раз.

Но, как ни странно, немногие на самом деле понимают, что эти термины значат и как их применять… если вообще о них знают.

Это печально, потому что диаграмма направленности — важнейшая информация, которую нужно иметь в виду, используя микрофоны в различных ситуациях.

Если вы сделаете что-то не так, то вашей записи придёт конец ещё до того, как вы её начнёте.

Итак, чтобы узнать больше, почитайте этот пост:

Базовый курс по диаграммам направленности

5. 5 методов стереозаписи

Когда вы начнёте разбираться в диаграммах направленности микрофонов…

Логичный следующий шаг — познать стереозапись.

Звукоинженеры в профессиональных студиях используют её каждый день, чтобы достичь шикарного широкого спектра звуков, который можно услышать в музыке и на телевидении…

И грустно, что большинство владельцев домашних студий никогда даже не пытаются её попробовать.

Или потому что у них нет оборудования, или у них нет нужных знаний, или они просто никогда о ней не слышали.

А в итоге они удивляются, чего это их записи звучат, как у новичков.

Чтобы узнать, как использовать стереозапись для достижения профессионального звука, загляните в этот пост:

5 методов стереозаписи

6. Сведение в наушниках

Принято считать, что сводить нужно на студийных мониторах…

Но в нынешнем мире независимых музыкантов, работающих в домашних студиях, сведение в наушниках стало нормой.

И хотя оно не идеально, на самом деле, им бы никто не занимался, если бы не его преимущества.

Чтобы узнать, что это за преимущества и как их использовать в своих миксах, загляните в этот пост:

Полный гайд новичка по сведению в наушниках

Техника цифровой звукозаписи

Запись цифрового звука в настоящее время осуществляется на студиях звукозаписи, под управлением персональных компьютеров и другой дорогостоящей и качественной аппаратуры. Также довольно широко развито понятие «домашней студии», в которой применяется профессиональное и полупрофессиональное звукозаписывающее оборудование, позволяющее создавать качественные записи в домашних условиях.

Применяются звуковые карты в составе компьютеров, которые производят обработку в своих АЦП и ЦАП — чаще всего в 24 битах и 96 кГц, дальнейшее повышение битности и частоты дискретизации, практически не увеличивает качества записи.

Существует целый класс компьютерных программ — звуковых редакторов, которые позволяют работать со звуком:

записывать входящий звуковой поток
создавать (генерировать) звук
изменять существующую запись (добавлять семплы, изменять тембр, скорость звука, вырезать части и т. п.)
перезаписывать из одного формата в другой
конвертировать разные аудиокодеки

Некоторые простые программы, позволяют осуществлять только конвертацию форматов и кодеков.

Цифровая звукозапись

Схема прохождения звука от источника через микрофон, АЦП, процессор, ЦАП, громкоговоритель и снова в звук

В Википедии есть портал «Цифровой звук»

Под цифровой записью понимают оцифровку и сохранение звука в виде набора бит (битовой последовательности), который описывает воспроизведение тем или иным устройством.

Магнитная цифровая звукозапись

Запись цифровых сигналов производится на магнитную ленту. Выделяют два типа записи:

продольно-строчная система записи — в которой лента движется вдоль блока неподвижных магнитных головок записи/воспроизведения
- DASH (1982) (англ. Digital Audio Stationary Head)
- DCC (1992) (англ. Digital compact cassette, цифровая компакт-кассета)
наклонно-строчная система записи — в которой лента движется вдоль барабана вращающихся магнитных головок и запись осуществляется наклонно отдельными дорожками, что обеспечивает большую плотность, по сравнению с продольно-строчной системой записи.
- DAT (1987) (англ. Digital audio tape)
- ADAT (1991) (англ. Alesis Digital Audio Tape, цифровая аудиолента фирмы Alesis) — на основе лентопротяжного механизма и видеокассет стандарта S-VHS

Магнитооптическая запись

Запись на магнитооптический диск осуществляется по следующей технологии: излучение лазера разогревает участок дорожки выше температуры точки Кюри, после чего электромагнитный импульс изменяет намагниченность, создавая отпечатки, эквивалентные питам на оптических дисках. Считывание осуществляется тем же самым лазером, но на меньшей мощности, недостаточной для разогрева диска: поляризованный лазерный луч проходит сквозь материал диска, отражается от подложки, проходит сквозь оптическую систему и попадает на датчик. При этом в зависимости от намагниченности изменяется плоскость поляризации луча лазера (эффект Керра), что и определяется датчиком.

Минидиск (MD) (1992)
Hi-MD (2004)

Лазерная запись

При записи данные записываются на диск лучом лазера повышенной мощности, чтобы физически «прожечь» органический краситель записывающего слоя. Когда краситель нагревается выше определённой температуры, он разрушается и темнеет, изменяя отражательную способность «прожжённой» зоны. Таким образом при записи, управляя мощностью лазера, на записывающем слое получают чередование тёмных и светлых пятен, которые при чтении интерпретируются как питы. При чтении лазер имеет значительно меньшую мощность, чем при записи, и не разрушает краситель записывающего слоя. Отражённый от отражающего слоя луч попадает на фотодиод, а если луч попадает на тёмный — «прожжённый» — участок, то луч почти не проходит через него до отражающего слоя и фотодиод регистрирует ослабление светового потока. Чередующиеся светлые и тёмные участки дорожки порождают изменение светового потока отражённого луча и переводятся в изменение электрического сигнала, который далее и преобразуется в биты информации электрической системой привода — «декодируется».

Звуковой компакт-диск (1982) (CD)
DTS (1993) — фонограмма к фильмокопии на отдельном компакт-диске
DVD-Audio (1999) (DVD-A)
SACD (1998) (Super audio compact disc, супер аудио компакт-диск)

Оптическая цифровая запись звука

Слева направо: Sony Dynamic Digital Sound (SDDS); Dolby Digital (между отверстий перфорации); аналоговый оптический; метки (DTS).

Звуковое сопровождение к фильму печатается непосредственно на 35-мм киноплёнку оптическим методом в цифровом закодированном виде. При воспроизведении цифровой сигнал считывается специальной насадкой на кинопроектор и затем декодируется процессором в многоканальную фонограмму.

Dolby Digital (1992)
SDDS (1993)

Цифровые аудиоформаты

Запись звуковых данных производится в файл определенного формата, который сохраняется на электронных звуковых носителях.

Нотные: MIDI (1982)
Оцифрованный звук: OGG, MP3, WAV и т.п.

Аналоговая звукозапись

Схема электромеханической записи

Механическая звукозапись

Фоноавтограф (1857)
Фонограф (1878)
Граммофон (1887)
Патефон (1907)

Электромеханическая запись

Электрофон (1925)
Проигрыватель

Оптическая (фотографическая) запись звука

Фотографическая фонограмма имела переменную ширину дорожки (1904) или переменную оптическую плотность (1919) и наносилась на кромку киноленты. При воспроизведении световой поток лампы проходя сквозь киноленту изменялся (модулировался) в соответствии с записанными звуковыми колебаниями. Фотоэлемент превращал падающий на него переменный световой поток в электрические колебания. Электрический сигнал усиливался усилителем воспроизведения и поступал на громкоговоритель, установленный у экрана в зрительном зале кинотеатра.

Магнитная звукозапись

Запись производится с помощью записывающей магнитной головки, создающей переменное магнитное поле на участке движущегося носителя (зачастую магнитной ленты), обладающего магнитными свойствами. На ферромагнитном слое носителя остается след остаточного намагничивания. След и есть дорожка фонограммы. При воспроизведении магнитная головка преобразует остаточный магнитный поток движущегося носителя записи в электрический сигнал звуковой частоты.

Магнитофон (1932)

Аналоговая звукозапись

Схема электромеханической записи

Механическая звукозапись

Фоноавтограф (1857)
Фонограф (1878)
Граммофон (1887)
Патефон (1907)

Электромеханическая запись

Электрофон (1925)
Проигрыватель

Оптическая (фотографическая) запись звука

Магнитная звукозапись

Запись производится с помощью записывающей магнитной головки, создающей переменное магнитное поле на участке движущегося носителя (зачастую магнитной ленты), обладающего магнитными свойствами. На ферромагнитном слое носителя остается след остаточного намагничивания. След и есть дорожка фонограммы. При воспроизведении магнитная головка преобразует остаточный магнитный поток движущегося носителя записи в электрический сигнал звуковой частоты.

Магнитофон (1932)

Цифровая звукозапись

Схема прохождения звука от источника через микрофон, АЦП, процессор, ЦАП, громкоговоритель и снова в звук

В Википедии есть портал «Цифровой звук»

Магнитная цифровая звукозапись

Запись цифровых сигналов производится на магнитную ленту. Выделяют два типа записи:

продольно-строчная система записи — в которой лента движется вдоль блока неподвижных магнитных головок записи/воспроизведения
- DASH (1982) (англ. Digital Audio Stationary Head)
- DCC (1992) (англ. Digital compact cassette, цифровая компакт-кассета)
наклонно-строчная система записи — в которой лента движется вдоль барабана вращающихся магнитных головок и запись осуществляется наклонно отдельными дорожками, что обеспечивает большую плотность, по сравнению с продольно-строчной системой записи.
- DAT (1987) (англ. Digital audio tape)
- ADAT (1991) (англ. Alesis Digital Audio Tape, цифровая аудиолента фирмы Alesis) — на основе лентопротяжного механизма и видеокассет стандарта S-VHS

Магнитооптическая запись

Минидиск (MD) (1992)
Hi-MD (2004)

Лазерная запись

Звуковой компакт-диск (1982) (CD)
DTS (1993) — фонограмма к фильмокопии на отдельном компакт-диске
DVD-Audio (1999) (DVD-A)
SACD (1998) (Super audio compact disc, супер аудио компакт-диск)

Оптическая цифровая запись звука

Слева направо: Sony Dynamic Digital Sound (SDDS); Dolby Digital (между отверстий перфорации); аналоговый оптический; метки (DTS).

Dolby Digital (1992)
SDDS (1993)

Цифровые аудиоформаты

Нотные: MIDI (1982)
Оцифрованный звук: OGG, MP3, WAV и т.п.

Методы цифровой звукозаписи

По принципу записи выделяют следующие методы:

Магнитная звукозапись — запись цифровых сигналов производится на магнитную ленту. Выделяют два типа записи:
- продольно-строчная система записи — в которой лента движется вдоль блока неподвижных магнитных головок записи/воспроизведения (DASH,DCC)
- наклонно-строчная система записи — в которой лента движется вдоль барабана вращающихся магнитных головок и запись осуществляется наклонно отдельными дорожками, что обеспечивает бо́льшую плотность, по сравнению с продольно-строчной системой записи. (R-DAT, ADAT, а также ранние системы, состоящие из ИКМ-приставки и видеомагнитофона)
Магнитооптическая запись — запись ведется с помощью магнитной головки на специальный магнитооптический слой и в момент намагничивания кратковременно разогревается лазером до температуры точки Кюри. (Минидиск,Hi-MD)
Лазерная запись — запись производится лазерным лучом, который выжигает углубления (питы) на светочувствительном слое оптического носителя. (Компакт-диск, DVD-Audio, DTS, SACD)
Оптическая (фотографическая) запись звука — основана на воздействии светового потока на светочувствительный слой носителя (киноленты). (Dolby Digital, SDDS)
Запись звука на электронные носители — звуковые данные при помощи персонального компьютера записываются в виде файлов на различные носители (жесткие диски, перезаписываемые оптические диски, флеш-карты, твердотельные накопители), при этом отсутствует ограничение на обязательное соответствие формата звука формату носителя.

На цифровых носителях и в персональных компьютерах для хранения звука (музыки, голоса и т. п.) применяются различные форматы, позволяющие выбрать приемлемое соотношение сжатия, качества звука и объёма данных.

Популярные форматы файлов для персональных компьютеров и соответствующих устройств:

Аналоговая звукозапись

Схема электромеханической записи

Механическая звукозапись

Фоноавтограф (1857)
Фонограф (1878)
Граммофон (1887)
Патефон (1907)

Электромеханическая запись

Электрофон (1925)
Проигрыватель

Оптическая (фотографическая) запись звука

Магнитная звукозапись

Запись производится с помощью записывающей магнитной головки, создающей переменное магнитное поле на участке движущегося носителя (зачастую магнитной ленты), обладающего магнитными свойствами. На ферромагнитном слое носителя остается след остаточного намагничивания. След и есть дорожка фонограммы. При воспроизведении магнитная головка преобразует остаточный магнитный поток движущегося носителя записи в электрический сигнал звуковой частоты.

Магнитофон (1932)

История

В Гарри Найквист в работе «Определённые проблемы теории телеграфной передачи» определил требуемую полосу линии связи для передачи импульсного сигнала — основа цифрового звука
В 1933 году В. А. Котельниковым в работе «О пропускной способности эфира и проволоки в электросвязи» предложена и доказана Теорема Котельникова, согласно которой аналоговый сигнал с ограниченным спектром может быть восстановлен однозначно и без потерь по своим дискретным отсчётам, взятым с частотой строго большей удвоенной максимальной частоты спектра
В 1937 году британский ученый Alec Reeves запатентовал первое описание импульсно-кодовой модуляции
В 1948 году Клод Шеннон опубликовал «Математическую теорию связи», а в 1949 — «Передача данных при наличии шума», где независимо от Котельникова доказал теорему с аналогичными результатами теореме Котельникова, поэтому в западной литературе эту теорему часто называют теоремой Шеннона.
В Ричард Хэмминг опубликовал работу по обнаружению и исправлению ошибок
В Дэвид Хаффман создал алгоритм префиксного кодирования с минимальной избыточностью (известный как алгоритм или код Хаффмана)
В Алекс Хоквингем создал код исправления ошибок, ныне известный как Код Боуза — Чоудхури — Хоквингема
В сотрудниками лаборатории Линкольна Массачуссетского технологического института Ирвином Ридом и Густавом Соломоном изобретён Код Рида — Соломона
В техническим институтом исследований NHK представлен первый цифровой катушечный стереорекордер на 1-дюймовой видеоленте. В устройстве использовалась ИКМ-запись с разрядностью 12-бит и частотой дискретизации 30 кГц с применением компандера для расширения динамического диапазона
В Sony представила 13-битный цифровой стереорекордер с частотой дискретизации 47,25 кГц, с записью на 2-х дюймовую видеоленту
В выпущен первый альбом записанный с цифровой мастер-ленты фирмой Nippon Columbia
В на токийской аудио выставке Mitsubishi, Sony и Hitachi продемонстрировали прототипы цифровых грампластинок или аудиодисков
В в Европе Philips демонстрирует прототип компакт-диска диаметром 115 мм, намереваясь его сделать мировым стандартом. 14-битная запись с частотой дискретизации 44,050 кГц не устроила Sony, которые предложили 16-разрядную запись с частотой 50 кГц, но в итоге из-за ограничений формата было решено выбрать частоту дискретизации 44,1 кГц и размер диска увеличить до 120 мм. Диск способен вмещать 74 минуты записи.
В стандарт компакт-диск был официально предложен, но на все согласования и доработки ушло два года
В 1982 году в Европе и Японии был принят стандарт на систему компакт-диск
Также в 1982 году представлен цифровой формат звукозаписи на катушечную ленту DASH предложенный фирмой Sony для многоканальной студийной записи
В Sony и Philips представили формат цифровой компакт-кассеты DAT
В Philips и Matsushita представили формат Digital Compact Cassette с применением сжатия MPEG1 layer 1
В том же Sony представила систему персонального аудио MiniDisc и кинотеатральную систему SDDS основанные на алгоритме сжатия ATRAC
В 1999 году компаниями Sony и Philips разработан стандарт SACD
В 2000 году представлен формат DVD-Audio