Анализ спектра и фильтрация при сведении композиции

Раз уж мы заговорили о сведении, то упомянем о том, что оно включает в себя несколько этапов:
1. Индивидуальный контроль отсутствия ошибок в партии каждого инструмента.
2. Перезапись партий в исполнении MIDI-инструментов (если таковые есть в композиции) на аудиотреки.
3. Выставление ориентировочного баланса уровней всех партий и предварительное панорамирование.
4. Корректировка частотных характеристик партий.
5. Динамическая обработка звуковых сигналов.
6. Обработка эффектами.
7. Динамическое изменение уровня аудиосигнала каждого трека (в каких-то местах каждая партия должна звучать несколько громче, в каких-то — тише).
8. Уточнение относительных уровней, уточнение распределения партий по панораме.
Сейчас речь идет о спектральном анализе, поэтому остановимся лишь на четвертом этапе: коррекции частотных характеристик партий. С помощью эквалайзеров нужно добиться гармоничного сочетания всех партий. Сделать так, чтобы в звучании каждого инструмента присутствовали характерные тембры и, вместе с тем, чтобы, по возможности, их спектры не перекрывались: энергия сигналов равномерно распределялась бы в пределах звукового диапазона частот. Только в этом случае удастся добиться прозрачности звучания композиции. Начинать такую работу нужно со спектрального анализа сигналов каждого из треков в отдельности. Для того чтобы наглядно пояснить то, о чем сейчас идет речь, рассмотрим простой пример. Пусть имеется три трека и требуется их сбалансировать по тембру. Проведем спектральный анализ каждого трека с помощью Spectrum Analyzer, причем флажок Active сбросим. Полученные графики спектральных функций представлены на рис. 1.30.

Рис. 1.30. Результат спектрального анализа аудиосигналов на трех треках

Разработчики Cubase SX не приводят детальных сведений об алгоритме спектрального анализа, реализованного в программе. Поэтому в процессе работы над книгой мы решили провести сравнение полученных результатов с теми, что дает какой-либо другой виртуальный анализатор спектра. В качестве альтернативного мы выбрали анализатор спектра программы Cool Edit Pro 2, детально описанный нами в книге [10]. Анализировались одни и те же тестовые сигналы, спектры которых были нам заранее известны, т. к. их описание имеется в научных литературных источниках. Также проводился анализ сигналов, полученных путем перезаписи на аудиотреки MIDI-инструментов. По результатам этого эксперимента можно сделать следующие выводы.
1. Анализатор спектра Cubase SX дает большую погрешность на частотах ниже 40—50 Гц. Создается впечатление, что в этом диапазоне существует некий порог чувствительности измерителя. Об этом косвенно свидетельствует такой, например, результат: сигнал на треке № 3 (нижний график на рис. 1.30) был обработан фильтром, ослабившим все частоты в диапазоне 0—50 Гц на 30 дБ. На слух результат такой обработки заметен хорошо: из звучания рояля исчез призвук, похожий на слабые удары по бас-барабану, который в необработанном сигнале слышен в моменты нажатия клавиш. Однако спектральный анализ отфильтрованного сигнала средствами Cubase SX показал, что уровень спектральной функции остался прежним (все те же -26 дБ), хотя должен был бы снизиться до -56 дБ. Причиной этого может быть ограниченное время анализа. Кроме того, даже при наибольшем числе анализируемых отсчетов (Size in Samples) разрешающая способность анализатора спектра Cubase SX составляет около 6 Гц, а график всего рассматриваемого низкочастотного участка спектра строится лишь по 8—10 точкам. Анализатор спектра программы Cool Edit Pro 2 "заметил" понижение уровня низкочастотных составляющих фильтром.
2. Анализатор Cubase SX вычисляет спектр либо на участке трека, выделенном при нажатой кнопке , либо на всем треке (поочередно на каждом треке, если хотя бы один трек выделен при нажатой кнопке ). Иными словами, измеряется мгновенный спектр, поэтому вид графика спектра зависит от расположения и протяженности выделенного фрагмента.
3. Анализатор Cubase SX сглаживает разброс между значениями соседних локальных максимумов и минимумов спектральной функции. Чтобы убедиться в этом, достаточно сравнить рис. 1.31 и 1.32. На первом из рисунков показан спектр, измеренный анализатором Cubase SX, на втором — Cool Edit Pro 2. Анализируется один и тот же сигнал. В результате подобного сглаживания пользователю нетрудно допустить ошибку в оценке того, какие спектральные компоненты аудиосигнала следует считать существенными, а какие — нет, так как создается субъективное впечатление, будто значения спектральной функции с ростом частоты уменьшаются быстрее, чем это происходит на самом деле.

Рис. 1.31. Спектр сигнала, измеренный средствами Cubase SX

Рис. 1.32. Спектр сигнала, измеренный средствами Cool Edit Pro 2

На треке № 3 записана партия баса, на треке № 2 — аккомпанирующего инструмента, на треке № 1 — солирующего инструмента. Результаты спектрального анализа соответствуют такому распределению инструментов. Спектр сигнала на треке № 3 сосредоточен в основном в области частот 20 Гц - 400 Гц, на треке № 2 - 60 Гц - 2 кГц, на треке № 1 - 60 Гц - 8 кГц.
Напрашивается такая последовательность обработки сигналов частотными фильтрами:

•  к треку № 3 можно применить фильтр нижних частот с частотой среза 400 Гц для того, чтобы полностью подавить высокочастотные составляющие. Уровень передачи сигнала в полосе подавления фильтра можно установить порядка -30 дБ — -40 дБ (или минимально возможный для эквалайзера, имеющегося в вашем распоряжении);
•  на треке № 2 можно без потери качества подавить спектральные составляющие, лежащие ниже 60 Гц. Для этого сигнал следует обработать фильтром верхних частот с частотой среза 60 Гц. Кроме того, фильтром нижних частот можно подавить спектральные составляющие, расположенные выше 2 кГц — 3 кГц;
•  на треке № 1 полосно-подавляющим фильтром можно ослабить на 10 дБ — 15 дБ спектр в полосе частот 500 Гц — 1,5 кГц (приблизительно). Это позволит устранить маскировку звука аккомпанирующего инструмента, записанного на треке № 2.