Dr.Godfried-Willem RAES
Kursus Experimentele Muziek: Boekdeel 4B: Audiotechnologie
Hogeschool Gent : Departement Muziek & Drama
Zowat sedert het begin van de jaren '90 kwamen de eerste volledig digitale opname en montagestudios voor geluidsopnames binnen het bereik van de experimentele musici.
De CD deed zijn kommerciele intrede op het eind van 1982. De 'mastering' van de eerste CD's gebeurde echter nog vaak via analoge technieken. Vandaar de klassifikatie van CD's in AAD, ADD, DAD, DDD..., tegenwoordig bijna geheel in onbruik geraakt.
De eerste systemen (o.m. van het merk Denon, evenals de Opus van het Amerikaanse merk Lexicon, in gebruik bij de BRT) waren reeds een tijdje beschikbaar, maar daaraan hing een prijskaartje van minstens zo'n 6.500.000fr... Deze systemen werd aanvankelijk bijna uitsluitend konkurrentie aangedaan door diverse multitrack digitale systemen waarbij als opslagmedium hetzij VHS-video tapes, hetzij DAT-tapes gebruikt werden. (ADAT e.a.). Dergelijke systemen hebben het nadeel dat ze in hun snelheid beperkt worden door de mechanika van het afspeelsysteem. Het editen van een langer stuk muziek op dergelijke systemen duurde dan ook een halve eeuwigheid. Voor de pop-markt, waar immers steeds met korte 'nummertjes' (songs) wordt gewerkt bleek dit echter geen bezwaar.
De nieuwste systemen (o.m. de Soundscape) gebruiken geen tapes meer als opslagmedium, doch maken uitsluitend gebruik van harddisks. Daarvoor zijn dan echter wel disks nodig met een heel snelle toegangstijd en met een reusachtige kapaciteit. Het editen op disk van de muziek voor 1 enkele CD vraagt een diskkapaciteit van minstens 2Gigabyte. Het is in hoofdzaak de prijs van dergelijke diskdrives, die de prijsbepalende faktor is gaan vormen van de thans ter beschikking staande systemen.
Hardware-technisch gezien heb je natuurlijk nog wel wat meer nodig dan enkele monsterdisks: voor de real-time ADC en DAC konversie, voor het toevoegen van allerhande fades (fade-in, fade-out, cross-fade), voor het mengen van signalen, voor het filteren (equalizing bvb.), wordt beroep gedaan op snelle DSP-processoren. Deze kunnen ofwel een stand-alone systeem vormen, ofwel op een insteekkaart voor een PC zijn aangebracht. In beide gevallen hebben we echter een PC nodig, waarop de software loopt die eigenlijk het digitale equivalent vormt van een volledige analoge audiomontagestudio. Als PC worden hiervoor vooral 80486DX systemen gebruikt hoewel in de USA ook wel Mac-systemen op de markt werden gebracht. Alle software-audiostudios draaien tegenwoordig onder Windows, zodat je ook dient te beschikken over een goed VGA-kleurscherm en een muis.
Konkrete beschrijving van het Soundscape-systeem:
Noodzakelijke hardware:
1 Soundscape module per 4 audiokanalen
De harddisk(s) worden in de modules ondergebracht.
Wij gebruikten daarvoor 2 Micropolis 1.7GByte IDE drives.
1 IBM-kompatibele PC, onder DOS6.0 of hoger, en met Windows 3.1 of hoger.
Harddisk in de komputer: 170MByte is tegenwoordig gangbaar, maar wil je ook op deze harddisk back-ups kunnen maken van de klankfiles zelf, dan moet je ook hier een Gigabyte kapaciteit voorzien. Nodig is dit echter niet, aangezien DAT-tapes als standaard back-up medium kunnen worden gebruikt.
1 DAT-recorder (bvb. Tascam DA30) met digitale in- en uitgangen.
Wil je ook midi-synthesizers kunnen synchronizeren en midi-sequence files mee in de editor betrekken, dan dien je natuurlijk ook over de daarvoor nodige apparatuur te beschikken:
1 midi-interface (MusicQuest of Roland MPU401)
1 midi-synthesizer of sampler
1 midi-keyboard
Uiteraard dien je ook nog te beschikken over een goed klankweergavesysteem met een stel degelijke studiomonitors, en, als het even kan, een degelijke audiomixer.
Noodzakelijke software:
Oorspronkelijk: DOS 6.0 of hoger, Windows 3.1 of hoger
Nu: Windows 98, Me, 2000, XP
Soundscape software
Midi-sequencer (Cakepro for Windows bvb.)
Voordelen in vergelijking met de vroegere analoge studiomontagetechniek:
Dankzij de DSP-processor is het nu mogelijk ook de kleinste deeltjes uit de golfvorm van een klank in beeld te brengen én de editen. Ook in de digitale techniek echter dien je -zoals vroeger- wel degelijk op te passen om geen tokken in het geluid te veroorzaken. Je kan dus ook hier niet zomaar een stukje wegknippen uit een signaal, maar moet wel degelijk op een goede (kontinu verlopende) aansluiting letten.
Dankzij de digitale natuur van de bewerkte signalen, kunnen klanken en muziekfragmenten onbeperkt en in willekeurige blokken worden gekopieerd, onderling verschoven e.d.m. In de analoge studio dienden we daarvoor vaak tussen-kopijen te maken, waarbij elk kopij de signaal-ruisverhouding met zo'n 3dB verslechterde. De ervaring leert echter dat ook bij zuiver digitaal studiowerk, het sterk aanbevolen blijft zoveel mogelijk met op -6dB (max. 0dB) gemoduleerde signalen te werken. De gewenste dynamische nivoos mogen pas in de eindmontage van het muziekstuk worden vastgelegd.
Door het feit dat alle knip en plakwerk 'virtueel' gebeurt, brengt een montagesessie geen materiele kosten met zich: geen verbruik van bandmateriaal, haspels, kleefband, aanloopstroken, archiefdozen...
De infrastruktuurkosten op zich liggen eveneens iets (voor multitrack-systemen zelfs véél) lager die die van een professionele analoge uitrusting met vergelijkbare mogelijkheden.
Bij goed ontwikkelde systemen beschik je over de mogelijkheid om aan toonhoogtetranspositie zonder verandering van de tijdsduur, resp. aan timestretching, te doen. Deze procedes tasten echter wel (intrinsiek) de kwaliteit van het signaal aan. Dit laatste bezwaar goldt echter a fortiori voor de analoge techniek, waarbij iets dergelijks uitsluitend via zgn. Springer-machines met roterende koppen mogelijk was.
Last but not least, de algemene verbetering van de haalbare signaal/ruisverhouding met zo'n 30dB in vergelijking met de beste analoge mogelijkheden.
Nadelen
De flexibiliteit van het systeem is beperkt tot wat in de software aan mogelijkheden werd ingebouwd. Kon je in een analoge studio, mits wat kreatief kunst en vliegwerk met de machines, tal van onortodoxe rezultaten bereiken (bvb. mechanisch remmen van de band tijdens opname, het maken van allerlei lussen, inklusief ringen van Möbius...), dan is dit in een digitale studio zo goed als uitgesloten. (Tenzij je je eigen software voor de DSP zou gaan ontwikkelen, wat teoretisch wel mogelijk is maar praktisch stoot op de gebrekkige dokumentatie ter beschikking gesteld door de ontwikkelaars van de ter beschikking staande systemen.)
De mogelijkheid tot spelen met de afspeelsnelheid is erg beperkt.
Noodzakelijke kennis ('weetjes')
1. Zoals je uit eerdere paragraafjes wel reeds zal weten, kan digitaal geluid volgens heel wat verschillende systemen gekodeerd zijn. Zelfs al is het aantal bits voor professionele audio tegenwoordig universeel bepaald op 16bit (Vroegere (japanse) PCM systemen kennen ook een 14-bit formaat) , dan blijft er inzake samplingrate een ruime waaier aan mogelijkheden:
Hoewel puur teoretisch beschouwd de sampling rate van 48ks/s het nec plus ultra is, beveel ik toch aan systematisch gebruik te maken van 44.1ks/s omdat dit het gangbare formaat is van het meest verspreidde audiomedium: de CD.
Let echter op: kommerciele apparatuur heeft steeds een SCMS-chip aan boord waardoor het maken van meer dan 1 digitale kopie van de signalen met een sampling rate van 44.1s/s onmogelijk wordt gemaakt. Vandaar de raad: gebruik alleen studioapparatuur voor je eigen opnames.
De keuze van 44.1ks/s voor CD's moet gezocht worden in de technische geschiedenis: de eerste opslagmedia die voor digitale audio werden gebruikt, waren professionele video-recorders. Hierdoor was men genoodzaakt een sampling rate te kiezen die kompatibel was met de TV-standaarden die gangbaar waren. De historisch juiste rate was toen trouwens 44.056ks/s.
De belangrijkste reden om voor 44.1ks/s te opteren is dat opnames en montages gemaakt in het 48ks/s formaat, wanneer je ze op CD o.i.d. wil uitbrengen, uiteindelijk toch eerst naar 44.1ks/s gekonverteerd dienen te worden, wat met een onvermijdelijk kwaliteitsverlies gepaard gaat. Omzettingen van digitale signalen van de ene sampling rate naar een andere zijn erg rekenintensief en vergen talloze rekenkundige interpollaties.
Het Duitse Studer -een begrip op het vlak van professionele audioapparatuur- heeft een toestel waarmee samplingratekonversies zuiver digitaal kunnen worden uitgevoerd. Daarvoor zijn niet minder dan 7.10^6 vermenigvuldigingen per sekonde en per audiokanaal nodig. Dit toestel -overigens het beste dat beschikbaar is, zij het tegen een astronomische prijs- voert de konversie uit met een dynamiekverlies van 2dB, wat in elk geval veel beter is dat het rezultaat dat bereikt wordt wanneer men het digitale signaal terug naar analoog omzet en opnieuw sampeld aan de gewenste nieuwe sampling-rate.
De eerste generatie digitale mutitrack bandopnemers, waarin gebruik gemaakt wordt van het DASH formaat, maakten vaak gebruik van de sampling rate 48ks/s en hadden een bandsnelheid van 30ips (76.2cm/s).
Wanneer je aan een montage begint, vergewis je er dan in elk geval op voorhand van dat je alle klankmateriaal in eenzelfde formaat digitaal ter beschikking hebt op één of meer DAT-bandjes.
2. Het digitaal-editing systeem beschikt over de mogelijkheid analoge signalen toe te voeren: het heeft een eigen ADC aan boord. Nochtans moet ten stelligste worden afgeraden langs deze weg mikrofoonopnames te maken! Door de aanwezigheid van de giga-harddisks in het systeem, van de PC, van de monitor en de soms vele ventilatoren in de voedingen van de toestellen, is de werkomgeving niet bepaald stil te noemen. In dergelijke akoestische omstandigheden kunnen geen opnames van professionele kwaliteit worden gemaakt.
3. Wanneer je een montage maakt met als eindbestemming een CD, laat dan tussen de diverse stukken een stilte van 4 a 5 sekonden. In deze stilte kan dan later de display-informatie voor de CD-speler worden opgenomen. Het soundscape-systeem laat de toevoeging van indexen en subkodes niet toe. Wil je indeksen aanbrengen, dan kan je dit echter steeds doen via de DAT-machine zelf, nadat alle montagewerk is afgewerkt en overgebracht naar DAT.
4. Gebruik het digitaal editing systeem niet als opslagplaats. Werk steeds aan niet meer dan 1 enkel projekt op het systeem, zodat je na afloop ALLE bestanden op de harddisks kunt wissen. Elk nieuw projekt moet kunnen starten met maagdelijke schijven.
5. Werk steeds met de voorziene SMPTE-tijdkode tijdens het editen en noteer ook de juiste plaatsen van elke kompositie en elk onderdeel ervan. SMPTE-kode heeft een precizie van 1/30s, wanneer de framing zo werd ingesteld. De CD-mastering machine heeft deze kodes nodig voor omzetting via haar PQ-editor, naar standaard CD-tijdkode. Het is door de aanwezigheid van deze gekodeerde informatie op een CD dat de gebruiker op elk punt van de schijf kan weten welk stuk gespeeld wordt en wat de duur ervan is.
6. Omdat de praktijk de beste leerschool is om enige studiovaardigheid te verwerven, laat ik hierna een exemplaar van de volledige manual bij het Soundscape-systeem volgen.
Hoewel ik, in de studio van Stichting Logos, over twee dergelijke systemen beschik en bereid ben er ook de studenten desgewenst en op afspraak bepaalde werken mee te laten maken, zal ik dit zeker iedere student weigeren die niet op voorhand de gehele manual grondig heeft bestudeerd.
Procedure voor de aanmaak van CD's:
1. Vertrekpunt van een produktie vormt de afgewerkte digitale mastertape. Dit kan een DAT zijn, maar ook een PCM-gekodeerde Betacam of U-Matic tape kan worden gebruikt.
2. Deze tape wordt -digitaal- gekopieerd en gekodeerd naar een U-matic 3/4" tape waarbij de index-kodes en titelinformatie voor de stukjes op de CD worden toegevoegd.
3. Uitgaande van deze tape, wordt met een laser-machine op een uiterst precieze glasplaat optisch weggeschreven. De beschrijving gebeurt van binnen naar buiten (dus niet zoals bij een LP), waardoor diverse diameters CD's op eenzelfde machine afspeelbaar kunnen zijn. De op deze wijze belichte glasplaat wordt langs fotografische weg ontwikkeld, waarna de belichte gedeeltes (de individuele digitale bits) als kleine putjes achterblijven op de fotogevoelige laag van de glasplaat. (Een metode waarbij de laser rechtstreeks -dus zonder dat een fotografische ontwikkeling nodig is- een in dat geval gemetaliseerde glasplaat inbrandt bestaat eveneens: zgn. 'direct metal mastering').
4. Deze glazen plaat wordt vervolgens onder vakuum met een laagje zilver bedekt, waardoor het oppervlak elektrisch geleidend wordt.
5. Hiervan worden dan eerst een 'master' (een negatief, met uitsteeksels in plaats van putjes), een 'moeder' (positief) en een 'stamper' of matrijs (negatief) gemaakt.
6. Van elke matrijs kunnen enkele duizenden CD's worden geperst uit zuiver polykarbonaat.
7. Deze polykarbonaat-schijfjes zijn echter nog helemaal niet afspeelbaar. Om ze afspeelbaar te maken, wordt er eerst een uiterst dun laagje reflekterend aluminium opgedampt. Voorzien van dit laagje is het plaatje weliswaar reeds afspeelbaar, maar nog niet houdbaar. Het aluminiumlaagje is daarvoor veel te kwetsbaar. Het wordt eerst -eveneens onder hoogvakuum- bedekt met een dun laagje transparante lak.
Nu pas is de CD klaar voor bedrukking en verpakking, hoewel bij kommenciele produktie vaak ook nog een individuele (geautomatiseerde) kwaliteitskontrole volgt.
Merk op dat de bedrukking van een CD gebeurt langs de de kant waarop de informatie werd aangebracht (de bovenkant in de speler), en dat de CD in de speler doorheen het polykarbonaat wordt afgespeeld. Denk dus vooral niet dat een kras op de bedrukte kant geen kwaad kan...
Een CD leest gegevens (bits), wanneer we rekening houden met alle in de standaard voorzien extra-informatie, met een snelheid van 4.3218Mbits/s. Dit komt neer op een opslagkapaciteit van 15.56Gbits per uur muziek, maar niet al deze informatie heeft rechtstreeks betrekking op de opgeslagen muziek en bovendien heeft de kodering heel wat ingebouwde redundantie.
De typische opslagkapaciteit op digitale tape voor professioneel audiogebruik ligt in de orde van 16kBit per centimeter tape.
1.- SPDIF / Coaxiaal:
Dit is het formaat zoals gebruikt op niet professionele DAT-apparatuur, CD-spelers, PCM-encoders enzomeer. Het aansluit en verbindingsmateriaal is niet echt gestandaardizeerd, zodat we zowel RCA (Cinch) als mini-jacks op apparatuur aantreffen. Op miniatuur DAT-recorders worden digitale in- en uitgangen vaak gekombineerd in 1 enkel stereo mini-jack kontakt. Voor digitaal kopieerwerk tussen twee dergelijke toestellen moet dan natuurlijk wel een kabeltje met gekruiste aders worden toegepast!
Op CD-spelers treffen we ook vaak een optische-kabel aansluiting aan. Dit heeft geen enkel praktisch noch kwalitatief voordeel en moet meer als een snufje van de snob gezien worden dan als een audiofiele innovatie.
Elektrisch gezien is het signaal gestandaardizeerd op 1Voltpp (piek-tot-piek) bij een impedantie van 75 Ohm.
2.- AES/EBU digitaal audio interface dataformaat
Dit is een standaard voor de seriele transmissie van lineair gereprezenteerde digitale audio informatie. Het 'lineaire' hier staat tegenover allerlei gekompakteerde formaten, waarbij een of andere kodering wordt toegepast.
Het AES/EBU formaat is opgezet voor stereofonische transmissie: er zijn steeds 2 kanalen aanwezig. De ontvanger(s) wordt via een HF-transformator en een symmetrisch gebalanceerde kabel aangesloten. Klassieke XLR (Cannon, Switchcraft of Neutrik) pluggen worden gebruikt voor de verbindingen, zodat gewone mikrofoonsnoeren (mits niet al te lang) kunnen worden gebruikt.
De informatietechnische karakteristieken zijn:
Elk data-blok bestaat uit 192 'frames'
Elk 'frame' bestaat uit 2 luiken: A en B
Elk luik bestaat uit 32 bits, georganiseerd alsvolgt:
1. 4 synchronisatiebits, waarmee tevens de kanaalinformatie en het begin van een 'subframe' wordt aangegeven
2. 4 auxiliary-audio of andere data-bits (LSB eerst)
3. 20-bits voor het eigenlijke audiosample (LSB eerst). Het koderingsformaat is zuiver lineair.
4. 1 bit voor de geldigheid van het audiosample
5. 1 bit als user bit (betekenis niet gestandaardizeerd)
6. 1 bit waarmee de status van het audiokanaal wordt aangegeven
7. 1 parity bit voor het gehele luik of subframe van 31 bits
De transmissiesnelheid komt overeen met de sampling-rate zelf, en kan dus variabel zijn.
Filedate: 940815 / 2011-08-30
|
Terug naar inhoudstafel kursus: <Index Kursus> |
Naar homepage dr.Godfried-Willem RAES |