Mi a Gain Staging

A digitális audio világ zavarónak tűnhet. Például a hangfizikában a hangerőt decibelben mérik, és az értékek mindig pozitívak, de a digitális munkaállomásokon (DAW) a decibelek hirtelen negatívvá válnak. És mi ez a furcsa varázslat?

Még egy rejtély: a DAW képernyőjén olykor nulla feletti jelszintek is láthatók, sőt néha „pozitív” decibelek is megjelennek. Mit jelent ez az egész? Segíts megérteni! A „volume”, „gain”, „level” kifejezések folyamatosan hallatszanak körülöttünk és a YouTube-on – de mi a különbség köztük?

Próbáljuk megérteni ezt bonyolult képletek nélkül. Hiszen többnyire zenészek vagyunk, nem mérnökök. És egyúttal megtanuljuk, hogyan kell megfelelően megszervezni az úgynevezett „level headroom”-t a DAW segítségével készített zenei projektjeinkben.

A digitális hangfelvételben lényegében nincs hangerő. Mik azok a „természetes” decibelek?

A „hangosság” több, mint egy szó, amely a fülre gyakorolt ​​hangnyomás intenzitását próbálja leírni. A csendes és hangos hangokat minden személy szubjektíven érzékeli. Ami az egyik ember számára csak „hangos”, az egy másik számára „iszonyatosan hangos”.

A zenélés mindig megköveteli a szubjektív kritériumok figyelembevételét, ami néha megzavarja az alkotói folyamat résztvevői közötti megértést. Ezért fontos a hangerő objektívebb megértése, amikor zenei projekteken dolgozik.

A természetben nincs közvetlen hangerő-analóg, mint a digitális világban. A hang elasztikus hullámokon halad át gáznemű, folyékony vagy szilárd közegben. A hang forrása egy fizikai test, amely mechanikai rezgéseket tapasztal, például egy húr vagy emberi hangszálak.

Próbáljuk meg ezt vizuálisan elképzelni, bár nem túl tudományosan: a húrhangok után bizonyos frekvenciával és amplitúdóval oldalra (háromdimenziós térben) rezeg, rugalmas hullámokat hozva létre maga körül.

Ezek a hullámok magas és alacsony légnyomású területeket okoznak, amelyek a gáznemű környezetben terjednek. A fizikusok ezeket a rezgéseket „hangnyomásként” írják le.

A hangnyomás intenzitásának mérésére a tudósok kidolgoztak egy képletet, amely figyelembe veszi magát a nyomást, a közeg akusztikus impedanciáját és az idő átlagolását. Ez lehetővé teszi, hogy megkapjuk a hangintenzitás négyzetes középértékét egy adott időben és térben.

A zenében a hangrezgések főként periodikusak, hasonlóak a húr rezgéseihez. Néha a „hangnyomás-amplitúdó” fogalmával értékeljük intenzitásukat, de a valóságban ez nem olyan fontos.

Ami igazán fontos, az az, hogy a fizikában a pozitív decibelek (jelezve „+”) a hangnyomás intenzitására utalnak, de csak a skála egy adott pontjához viszonyítva. A decibelek relatív, logaritmikus vagy többszörös egységek, és csak akkor van értelme, ha van „kiindulási pont”.

A fizikában ez a kiindulási pont egy 20 mikropascal (µPa) nyomásszint – ez az emberi hallás átlagos küszöbe, amikor még nem érzékeli a hangokat és csendet érez. Bár a macska valószínűleg nem ért egyet ezzel.

A személy által érzékelt hangosság mértékét külön tanulmányozzák, saját mértékegységei, például alapok, frekvencia összetétele és egyéb tényezők segítségével. De ha DAW-val dolgozik, ezek a részletek nem olyan fontosak. Nekünk az a legfontosabb, hogy ne keveredjünk össze a decibelekkel.

A 0 decibel SPL (hangnyomásszint) csendet jelent az ember számára. Íme néhány tipikus érték összehasonlítás céljából:

• 15 dB – „Alig hallható” – olyan, mint a levelek susogása;
• 35 dB – „Tisztán hallható” – például tompa beszélgetés, csendes környezet a könyvtárban vagy zaj a liftben;
• 50 dB – „Tisztán hallható” – ez olyan, mint egy beszélgetés közepes hangerőn, egy csendes utca vagy egy mosógép működése;
• 70 dB – „Zajos” – például hangos beszélgetések 1 m távolságból, írógép zaja, zajos utca vagy működő porszívó 3 m távolságból;
• 80 dB – „Nagyon zajos” – ez olyan, mint egy hangos ébresztőóra 1 m távolságból, egy sikoly, egy kipufogós motorkerékpár hangja vagy egy járó teherautó motorja. Az ilyen hangok hosszú távú hallgatása halláskárosodást okozhat;
• 95 dB – „Nagyon zajos” – például egy metrókocsi zaja 7 m távolságból vagy egy hangos zongorajáték 1 m távolságból;
• 130 dB – A „fájdalom” olyan, mint a sziréna, a szegecselő kazánok zaja, a leghangosabb sikoly vagy egy motorkerékpár hangtompító nélkül;
• 160 dB – A „sokk” az a szint, amelyen a dobhártya megrepedhet, például egy fülhöz közeli sörétes robbanás, egy autós hangrendszer versenye, vagy egy szuperszonikus repülőgép lökéshulláma vagy 0,002 megapascalis robbanás.

Hangfelvétel. Hangerő és nyereség

Amikor hangot rögzítünk, a levegőben lévő periodikus hangrezgéseket elektromossá kell alakítanunk. A fonautográf 1857-es feltalálása óta a tudósok és mérnökök különféle hangrögzítési módszerekkel kísérleteztek.

Kiderült, hogy a leghatékonyabb és legolcsóbb módszer az elektromos eszközök, például mikrofonok, mágneses és piezoelektromos hangszedők (húrokhoz és néha ütős hangszerekhez, például zongorákhoz) használata.

Ezek az elektroakusztikus eszközök elfogják a levegő hangnyomás-ingadozásait (mágneses hangszedők rögzítik a húr rezgéseit, a piezoelektromos érzékelők pedig a test rezgéseit), és analóg elektromos jellé alakítják át.

Ennek az átalakulásnak a pillanatában a hang „eltűnik” számunkra. Ezt követően munkánk során már csak „csendes” elektromos rezgésekkel foglalkozunk.

Ezeket a rezgéseket a zenei berendezések – erősítők, analóg effektusok, magnók stb. – közvetítik. Ahhoz, hogy ezek a rezgések – akár felerősítve, feldolgozva, akár egyszerűen mágnesszalagra felvéve – ismét hanggá alakuljanak, vissza kell alakítani őket. hangba egy speciális eszköz segítségével levegő rezgések. Ezt az eszközt hangszórónak hívják.

Az analóg jelnek megvan a fő tulajdonsága – időben folyamatos, és minden ezredmásodpercben – vagy legalább egy milliomod másodpercben – van egy bizonyos paramétere. Tegyük fel, hogy egy analóg elektronikus hangábrázolás esetén ez lehet az amplitúdó (az értékek legnagyobb eltérése az átlagtól).

A mikrofontól kapott analóg jel a hangnyomás gyakori változásainak történetét mutatja egy bizonyos időszakon keresztül. Elénekelünk mondjuk egy olyan dalt, amiben 2 perces énekhangot terveztünk a versekben és a refrénekben, és a felvételkor mintegy krónikát kapunk a mikrofonmembrán hangnyomásváltozásairól.

A hangrezgések átalakításával kapott elektromos analóg jelek legkönnyebben szinuszszerű grafikonok formájában ábrázolhatók. A zenei és a nem zenei hang valójában szinuszok összetett összege.

De lehet egyszerű is – amikor az analóg hanggenerátor egyetlen szinuszhullámot ad, mondjuk 440 Hertz frekvenciájú ("A" megjegyzés), akkor tiszta, de unalmas "sípolást" hallunk a hangszóróból.

És végül itt jutunk el a haszonhoz. A nyereség szó nyereséget jelent. Ennek szintjét szabályozókkal állítottuk be az erősítőkön és a hangkártyákon. Ez abban különbözik a „hangerő” vagy „hangnyomásszint” (Level) vezérlőgomboktól, hogy a jelet azon határon túlra tudjuk erősíteni, amelyen túl a torzítása megkezdődik.

Most nézzük meg közelebbről: a szinuszunk (ne felejtsük el, hogy egy elektromos készülékben lévő analóg jelet szimbolizál és vizualizál számunkra) olyan szimmetrikus kerek „dombok” és „völgyek”, amelyek periodikusan ismétlődnek.

Növelhetjük a „dombok” magasságát és a „völgyek” mélységét (azaz az amplitúdót), vagy más szóval „erősíthetjük a jelet”, „erősíthetjük” nem a végtelenségig.

A készülékek áramköri felépítéséről itt most nem beszélünk, vegyük csak azt a hitet, hogy mindegyiknek van egy fizikai határa, amihez a jel amplitúdóját arányosan növelni tudja a készülék – anélkül, hogy „megtörné”.

Amikor az erősítés elér egy kritikus pontot, és meghaladja a megengedett értékeket, az eszköz fizikai áramköre felülről elkezdi levágni a „hegyeket”, alulról pedig levágni a „völgyeket”.

Mérnöki nyelven ezt „analóg kivágásnak” nevezik. Ilyenkor a hasznos hangjelzésen kívül sípoló zihálás, zörgés, recsegés is hallható a hangszórókból. A hangtechnikában ezt „nemlineáris torzításnak” is nevezik.

Most már megérthetjük, hogy a hangerő szintje a zenei technológiában a jel amplitúdójának változása az a határ előtt, amelyen túl elkezd torzulni. A „nyereség” pedig könnyen túlléphet ezeken a határokon.

A paradoxon az, hogy ha az erősítést a megengedett értéken túl jelentős mértékben növeljük, akkor a hangszórók által keltett hangnyomás (amelyre a feldolgozott jel kikerül) nem mindig növekszik. A fentiek igazak a digitális hangfeldolgozásra.

Mondjuk a feldolgozott jelet a hangkártyára küldő DAW-n belül a virtuális konzol erősítésének levágása és az őrült értékek zónájába való felcsavarása során nem történik valódi hangerőnövekedés. Az audiomonitorok hangszóróiban csak egyre több torzítást hallunk. Ez a hang speciális „digitális” megjelenítésének köszönhető, amelyről alább szólunk néhány szót.

Most térjünk vissza a „negatív decibelekhez”. Ne feledje, hogy a dB relatív mértékegységek, amelyeknek csak akkor van értelme, ha valamilyen referenciaponthoz kapcsolódnak.

A hangrögzítésnél ilyen pontnak tekintjük azt a jelszintet, amelyen túl a torzítás megkezdődik. Ezt „nullának” nevezik. A „nullához” zónában minden levágás nélküli jel, amelynek szintjét dB-ben „mínusz” jelzi. Minden, ami fent van, egy torz jel amplitúdójában ("csúcsok és völgyek"). És dB-ben "plusz"-val jelölik.

A hangerőszintet „negatív” decibelben szokás megjeleníteni mind analóg, mind digitális eszközökön. Kényelmes és látványos.

Mi történik a hangerővel digitálisban?

Hangkártyáinkban az analóg jelet először egy előerősítő kissé felerősíti, majd egy analóg-digitális átalakítón (ADC) továbbítja. Leegyszerűsítve, az ADC ezt teszi:

1. 1. Levág egy frekvenciasávot, eltávolítja a felesleges dolgokat, például a 20 Hertz alatti hangot, amelyet az ember még mindig nem hall;
   2. Az ADC a folyamatos jelet bizonyos számú egyedi értékre bontja (mintavételezés és kvantálás), vagyis valójában a sima szinuszhullámunkat „oszlopok” sorozatává alakítja.

A mintavételi gyakoriság határozza meg az ilyen „oszlopok” számát. A kvantálási bitmélység vagy „bitmélység” határozza meg az egyes „oszlopok” megjelenítésének pontosságát.

Minél nagyobb a mintavételi frekvencia (több sáv), annál közelebb van a digitális jel az eredeti sima szinuszhullámhoz.

A bitmélység befolyásolja a jelmérés pontosságát egy adott időpontban. Minél több bit, annál kisebb a hiba. A 16 bites hang nem rossz, a 24 bit még jobb.

• Az ADC minden egyes „oszlopot” kódol vagy „digitalizál”, egy adott számként és sorozatszámmal ábrázolva.

Digitális audioállomásainkon a fizikai hang, amelyet először analóg jellé, majd ADC segítségével digitális jellé alakítanak át, matematikai absztrakciók halmazává válik. Fontos megérteni, hogy a hang csak matematika. Nincs igazi „hang” a vezetékekben vagy a szoftverben.

A digitális audioállomás „nulla” hangereje, amely felett a torzítás megkezdődik, szintén feltételes. 24 bites ADC-mélység esetén a „digitális nulla” mindössze 24 bináris „cella”, amelyek mindegyike „1” értéket tartalmaz.

Mivel a 25. és az azt követő cellák hiányoznak, a „nullát” meghaladó jel egyszerűen nem tud hangerőt növelni. Ehelyett egyre több torzítás kerül rá.

Ha digitális audioállomásokon hangerőszintekkel dolgozik, fontos elkerülni a torzítást. Mert az audioállomásunk master buszairól gyűjtött digitális jelet egy digitális-analóg konverterhez (DAC) küldjük, amely azt audiomonitorra vagy fejhallgatóra továbbítja. Itt torzítást (kivágást) hallunk, ami a hangsáv sérülését jelzi. Néha a torzítás kellemes lehet, például enyhe szalag (szalag) torzítás hozzáadásakor, amelyet a hangmérnökök célirányosan használhatnak.

Hogyan kezeljük a hangerőszinteket a DAW-ban

Mind a nyugati, mind a keleti világkiadók, amelyekben hangmérnökök dolgoznak, vagy szerződést kötnek velük, általában -6 dB-nél nem magasabb hangerővel csúcsidőben mastering nélküli zenészektől kérnek mixeket és származékokat. Erre azért van szükségük, hogy „térfogatuk” legyen a további feldolgozáshoz.

Fontos megérteni, hogy csúcsokról beszélünk, nem pedig egy hangsáv átlagos hangnyomásszintjéről, amelyet RMS-ben vagy LUF-ben mérnek (a formális átlagos hangerő és az észlelt hangerő kombinációja).

A logika és a tapasztalat azt diktálja, hogy amikor hangokat, élő hangszereket és szintetizátorokat rögzítünk egy hangkártyán keresztül, szabályozhatjuk a bemenet erősítésének szintjét, és láthatjuk a -dB szintet a DAW-n belül.

Törekedjünk arra, hogy a rögzített jel csúcsai a bemeneten soha ne haladják meg a -6 dB-t, a -5 dB elfogadható, és a „bevétel” ne érje el a 0 dB-t.

Ha virtuális szintetizátorokat és mintavételezett hangszereket használ a DAW-ban, egy kicsit szabadabbnak érezheti magát. Szükséges azonban, hogy a virtuális hangszerek és a feldolgozó beépülő modulok kimenetein mindig legyen egy „fejtér” a hangerőben.

Ha egy projektben egy rendezést indít, javasoljuk, hogy a DAW konzol fadereit azonnal állítsa be az összes sávhoz -10 vagy lehetőleg -12 dB értékre. Ez kötettartalékot hoz létre.

Fontos megjegyezni, hogy a filmzene általában drámát tartalmaz. Zenei események alakulnak ki, amelyek csúcspontokhoz vezetnek. És amikor egyszerre sok hangszer lép be a forte-ba, akkor a master buszon a teljes jelszint szükségszerűen meghaladja az adott sáv jelszintjét. Ezért a végső feldolgozás (mastering) címkéjén olyan fájlt kell adni, amelyben a csúcsok nem haladják meg a -6 dB-t.

Jobb elkerülni ennek a szintnek a túllépését a master buszon az rendezés és az előkeverés során, mint a későbbiekben az egyes sávok szintjének csökkentésére pazarolni az időt. Tisztában kell lennie a hangerő-automatizálás lehetőségével is, amely további problémákhoz vezethet. Célszerű ugyanazt a képet bevinni az előzetes mixbe, mint amit eredetileg szántak.

Azok a félelmek, hogy egy keverék „csendesnek” fog hangzani, gyakran alaptalanok. A hang a DAW-ban soha nem igazán „csendes” – ez csak egy matematikai absztrakció. Az a címkemérnök, aki -8 vagy akár -10 dB-es csúcsokkal rendelkező szárat vagy száraz keveréket kap, nem fog csalódni. Minden szükséges beállítást ő maga végez.

Amikor hangerőszintekkel dolgozik a DAW-ban, be kell tartania néhány szabályt, amelyek segítenek elkerülni a legtöbb problémát.