Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 3
1 Исследование предметной области 6
1.1 Цифровой звуковой сигнал 7
1.2 Теория обработки звукового сигнала 7
1.2.1 Частота дискретизации и квантования сигнала 8
1.2.2 Характеристики звукового сигнала 11
1.3 Анализ рынка плагинов 14
2 Описание программного модуля 17
2.1 Контроль громкости и панорама 18
2.2 Эквалайзер 19
2.3 Компрессор 26
2.4 Инструменты разработки 29
2.5 Требования к программному модулю 33
3 Реализация программного модуля 34
3.1 Реализация контроля громкости и панорамы 34
3.2 Реализация компрессии 37
3.3 Реализация эквализации 39
3.4 Тестирование функционала 41
3.4.1 Тестирование первого модуля 44
3.4.2 Тестирование второго модуля 47
3.4.3 Тестирование третьего модуля 48
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 51
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 52
В данной работе рассматривается тема обработки цифрового звукового сигнала. Работа со звуком важна во многих сферах деятельности человека, например, в музыкальной индустрии, радио, телевидении. Большинство событий, независимо от площадки проведения, не происходят без организации звукового сопровождения, использования аппаратуры для работы со звуком и звукооператора для сопровождения мероприятия. Например, в Томском Государственном Университете студенческие проекты, научные конференции, даже Ректорские приемы происходят с организацией работы звукооператора.
Если говорить не только про официальные события, но и про другие сферы, то в музыкальной индустрии обработка звукового сигнала используется для создания эффектов, изменения тембра и громкости звука, а также для сведения и мастеринга музыкальных композиций. В радио и телевидении данные методы необходимы для улучшения качества звука, устранения шумов и помех, в том числе для создания эффектов звукового оформления. В медицине же они используются для диагностики и лечения различных заболеваний, таких как нарушения слуха, болезни сердца и легких. В науке и технологиях обработка звукового сигнала применяется для анализа и обработки данных, полученных при исследовании различных объектов и явлений, а последние пару десятилетий для создания новых цифровых технологий и устройств, например, систем распознавания речи и голосовых помощников.
Данная работа предполагает исследование в сфере обработки цифрового аудио-сигнала в музыкальной индустрии. Данная сфера, не смотря на большую историю, не прекращает свое развитие. В последние 5 - 10 лет музыкальная индустрия движется в сторону цифровизации.
И в этот момент стоит немного разграничить данную сферу. Работа звукорежиссеров в музыкальной сфере делится на студийную и концертную звукорежиссуру. В концертной звукорежиссуре цифровизация началась сравнительно недавно, заключается она в замене полностью аналоговой обработки сигналов с помощью аналоговых микшерных пультов на обработку сигнала с помощью цифровых консолей, где реализация преобразование звукового сигнала реализовано программно, а коммутацию передачи звукового сигнала с помощью кабеля формата XLR, заменяют на передачу сигналов по кабелю вида LAN, с помощью стандарта передачи звукового сигнала AES/EBU. В студийной работе работа по обработке сигнала реализуется не на цифровой консоли, как на концерте, а на виртуальной цифровой рабочей станции, или же DAW (Digital Audio Workstation). В этом случае DAW является программой, устанавливаемой на операционную систему на компьютере, реализует функции записи, хранения, редактирования и воспроизведения цифрового звукового сигнала.
Известными примерами программ, выполняющих функции DAW являются такие продукты, как Ableton Live, Logic Pro X, Steinberg Cubase Pro 9, Audacity, Adobe Audition, Reaper. Данные программы представляют лишь базовые функции работы со звуком, поэтому среди разработчиков аудио - программ можно выделить разработчиков программных модулей или, как они больше известны, VST-плагинов. Такие продукты отвечают за создание эффектов, компрессию, эквализацию, панорамирование сигнала. Одним из главных недостатков работы звукорежиссером на ранних этапах является высокий порог вхождения в профессию, так как сами DAW являются довольно дорогостоящими, например, подписка на Adobe Audition стоит 6980 рублей за 3 месяца, ко всему этому важно использовать пакеты плагинов, потому что встроенная обработка, в основном, не может позволить создать уникальный продукт в сфере музыки. И плагины являются также дорогостоящим удовольствием, так как, например, стоимость разных наборов пакетов программных модулей от популярных разработчиков - компании FabFilter варьируется от 39503 рублей до 104124 рублей, за пакет.
Именно проблема старта в профессии и навела на выбор темы данной работы. Разработка программного модуля или VST-плагина, как тренажера для изучения обработки звука и исследование работы данных программ является темой данной работы. Исходя из этого были выбраны цель и задачи.
Цель работы: разработать программный модуль для звукового редактора, позволяющий отрабатывать первичные навыки звукооператора.
...
В рамках данной работы были реализованны основные модули для обработки звукового сигнала с использованием языка C++ и JUCE framework. Данный пакет позволит начинающим студийным и концертным звукорежиссерам научиться работать с плагинами и основными методами обработки звукового сигнала.
В перспективах можно будет реализовывать плагины не по известным математическим методам, а использовать имитацию существующих аналаговых обработчиков звуквого сигнала. Также среди планов подключение машинного обучения для того, чтобы программа сама могла решать, какие настройки ставить на параметры в зависимости от амплитудно-частотных характеристик и вида источника сигнала и самого сигнала.
Смысл данной работы заключался в изучении процесса разработки программного обеспечения для звуковой обработки, изучении инструментов, с помощью которых можно написать такое ПО.
Актуальность такой работы строится на том, что в нашей стране слабо развит рынок разработки программного обеспечения такого рода, а покупать иностранное становится не только дорого, из-за больших цен, но и маловозможно из-за невозможности использования наших банковских карт и счетов на иностранных ресурсах.
Проблема разработки аудио-плагинов мало изучена в нашей стране, и информацию крайне трудно найти в сети. Автор работы надеется, что его работа в том числе подтолкнет разработчиков занять данную нишу и поможет нам развиваться в данном направлении наравне или даже лучше иностранных компаний.
