Обработка звука: эквализация

Едва не первое, с чем столкнулись слушатели первых звукозаписей – это искажённая их частотная характеристика. Почти полное отсутствие басов, множество паразитных резонансов на средних частотах – всё это изменяло звучание по сравнению с оригиналом зачастую до неузнаваемости. Неудивительно, что поначалу фонографы вызывали не только восторг (а иногда – и благоговейный ужас) одних слушателей, но и глубокий скептицизм других.

Правда, скептики не учли, что на многие из вновь возникающих перед человечеством проблем люди впоследствии всё-таки находят решения. Тем более если речь идёт о проблеме чисто технического свойства, каковой является проблема реалистичной звукозаписи и реалистичного же звуковоспроизведения.

Причём проблема выравнивания частот при записи и воспроизведении оказалась точно не сложнее проблемы посторонних шумов. Необходимо было всего лишь разделить звук на несколько частотных потоков, ограничив каждый из них соответствующим фильтром, и дальше по отдельности усиливать или ослаблять каждый из этих потоков. Прообраз такого эквалайзера находится в любой двуполосной акустической системе, один из динамиков которой играет низкие частоты, а другой воспроизводит верхние – с той разницей, что возможности для раздельного усиления (биампинга) в большинстве дешёвых систем нет.

Простейшие фильтры основаны на работе конденсаторов и индуктивных катушек; есть и более сложные схемы, с бо́льшим количеством различных составляющих (таких как транзисторы, операционные усилители и т.д.) Наконец, есть и чисто цифровые варианты.

У эквалайзеров (как аналоговых, так и цифровых) есть свои недостатки, свои искажения, которые они вносят в звук (о том, какие это искажения, скажем чуть дальше). Иногда эти искажения приводят к своеобразному окрашиванию звучания, и тогда они могут выполнять некоторую художественную функцию.

Однако искажения, с которыми эквалайзеры борются, как правило, настолько существеннее тех, что сами порождают, что грамотное применение эквалайзера чаще всего оправдано. Кроме того, наша задача ведь заключается в получении не формально точного звука, а такого звука, который звучал бы естественно (пусть и при допуске формальной приблизительноси).

Типы эквалайзеров

Вне зависимости от «железной» или цифровой реализации, эквалайзеры делятся на несколько сильно различающихся между собой типов: графические, параметрические и полупараметрические (они же – квазипараметрические).

Графический эквалайзёр (рис. 1) – самый простой из них. Это каскад нескольких фильтров с фиксированными характеристиками каждого из них: частоты настройки и полосы пропускания. Меняться может лишь коэффициент усиления (или, напротив, ослабления) каждого из фильтров. Число полос различно: от 2-3 в простейших моделях до нескольких десятков. В плане меньших искажений малое число полос – это хорошо, в плане же точности эквализации – плохо. Можно приблизительно скорректировать общую звуковую картину, но точечно подавить конкретный паразитный резонанс той или иной записи или акустической системы невозможно или возможно ценой заглушения целой полосы полезных частот.

Следующие два типа эквалайзера более прогрессивны в этом отношении.

Параметрический эквалайзер (рис. 2) также представляет собой каскад фильтров, однако регулируется не только степень усиления/ослабления, но и частота настройки, а также ширина полосы пропускания (добротность) каждого из фильтров. Это открывает простор для более точной обработки звука. Можно изменить в звуке только то, что необходимо изменить, почти не затрагивая при этом всего остального (например, вырезать неприятные призвуки на определённой частоте). Цена такой точечной эквализации (узкополосным фильтром) – сильные фазовые искажения.

С другой стороны, если требуется устранить большой «завал» амплитудно-частотной характеристики на большом участке спектра, полосу пропускания фильтра можно расширить, что сделает общую коррекцию спектра максимально точной и аккуратной.

Наконец, полупараметрический эквалайзер, позволяя менять частоту настройки каждого из своих фильтров, не позволяет, однако, менять их добротность, что делает его менее пригодным для точечной эквализации, чем эквалайзер параметрический, но в то же время оставляет ему преимущество перед графическим в плане возможностей для общей эквализации.

Специфика цифровых эквалайзеров

Классификация эквалайзеров была бы неполной, если бы мы не упомянули о том, что среди цифровых эквалайзеров есть устройства, влияющие на звук совершенно разным образом.

Самое распространённое решение – это эмулирование работы «железного» эквалайзера. Для таких плагинов (как и для устройств, которым они подражают) характерна фазовая нелинейность: чем больше и чем резче вмешивается эквалайзер в ту или иную частоту, тем с большей задержкой она звучит.

Однако цифровые технологии способны и на нечто другое, не достижимое аналоговым образом: некоторые эквалайзеры выравнивают задержку сигнала, делая его фазовую характеристику почти нелинейной. При этом, правда, вылезают другие побочные эффекты, важнейший из которых – это сильное изменение импульсной характеристики. Сигнал слегка размывается и обрастает эхом с обеих сторон. И если эхо после сигнала звучит более или менее естественно, то нельзя того же сказать об эхе перед сигналом.

Это не означает, что такие эквалайзеры плохи – просто каждому эквалайзеру целесообразно доверять именно тот участок работы, на котором он лучше справится с поставленной задачей, добавив при этом в звук минимум нежелательных искажений. Так, эквалайзер с линейной фазовой характеристикой незаменим при обработке сигнала многомикрофонной записи одного источника звука.

В следующей статье мы подробно разберём принципы работы с различными эквалайзерами.