Mixing

В мире звукорежиссуры стерео сигналы составляют основу записи и воспроизведения звука. Программа iZotope RX предлагает модуль Mixing, который является мощным инструментом для работы со стерео сигналами и их преобразованием. Модуль дает возможность не только контролировать баланс между L и R каналами, но и проводить M/S обработку, что делает его незаменимым инструментом. Сегодня поговорим об этом, на первый взгляд, простом модуле. Сначала короткая выдержка из мануала:

Данный модуль обеспечивает особый контроль над уровнями сигнала и баланса левого и правого каналов. Эта простая операция может использоваться для трансформации стерео сигнала в моно, инвертирования формы сигнала, перекодирования левого/правого стерео в mid/side, вычитания центрального канала и многого другого.

Left Output Mix (%)

Позволяет определить, какая часть сигнала левого и правого каналов текущего выделения будет присутствовать в новом целевом левом канале.

Right Output Mix (%)

Позволяет определить, какая часть сигнала левого и правого каналов текущего выделения будет присутствовать в новом целевом правом канале.

Чтобы несколько упростить понимание принципа работы данного модуля, предлагаю ввести несколько дополнительных переменных (рис. 2):
Left Output Mix назовем X
Right Output Mix назовем Y
L(%) в Left output mix назовем A
R(%) в Left output mix назовем B
L(%) в Right output mix назовем C
R(%) в Right output mix назовем D

Так же, для понимания MID/SIDE-кодирования (сокращенно M/S) предлагаю разделить сами сигналы (L и R или X и Y, как мы их обозначили) на две части (рис.3) - сумма (Summary, обозначается как MID, показано зелеными квадратами) и разность (Difference будет обозначаться как SIDE, показано желтыми квадратами), и соответственно разделить их на левую и правую:
MID_L
SIDE_L
MID_R
SIDE_R

Соотношение пропорций зеленых квадратам к желтым в 50% - случайное и используется в демонстративных целях. Оно может оказаться каким угодно.

• Mid, или сумма, это сигнал, который содержит элементы, общие для обоих каналов. Это всё, что находится в "центре" стерео поля (вся MONO-составляющая), например, вокал или бас, которые обычно одинаково присутствуют в обоих каналах. Фактически, это сумма левого и правого каналов (L + R или X + Y).
• Side, или разность, это сигнал, который содержит только элементы, которые различаются между каналами. Это уникальные части стерео изображения, которые "располагаются" по бокам, например, реверберация или гитары. Фактически, это разность между левым и правым каналами (L - R или X - Y).

Если мы полистаем пресеты или подвигаем ползунки, мы увидим, что значения могут как положительными, так и отрицательными в пределах от 100% до -100%. Это может немного сбить с толку. Эти ползунки отвечают сразу за два типа информации о нашем сигнале:

1. Количество исходного сигнала в процентах
2. Поворот фазы сигнала (+ или - перед значением в процентах)

Если мы вернемся к рис. 1 выше, то увидим настройку обычного стерео сигнала. В нём в левом канале (X) A=100% B=0, то есть сто процентов левого канала находится слева, частей правого канала слева нет, и соответственно же в правом канале (Y) С=0, а D=100%, то есть справа слышен только правый канал, никаких примесей левого канала. Значения 100 означают, что у A и D сто процентов громкости сигнала. То, что числа положительные означает, что фаза сигналов не инвертирована.

Теперь давайте рассмотрим преобразование стерео сигнала в mid-side сигнал.
Чтобы получить MID составляющую, мы воспользуемся формулой (рис. 4):

Чтобы получить SIDE составляющую мы воспользуемся формулой (рис. 5):

Почему нужно делить сумму на два? Деление на два в обеих формулах необходимо для того, чтобы после преобразования уровень громкости M и S каналов соответствовал исходным L и R каналам, предотвращая их удвоение, которое могло бы произойти из-за суммирования или вычитания.

Но что же на практике означает сложение или вычитание в этих формулах? Все просто - мы берем один сигнал (L) и накладываем его на второй (R) в результате чего они суммируются. В iZotope RX это можно сделать и без данного модуля выделив правый канал, скопировав его, а затем, выделив левый канал, открыть меню Edit (или нажать правой кнопкой мыши в рабочей области) и выбрать специальную вставку Paste special –> Mix. Далее, чтобы компенсировать увеличившуюся громкость, необходимо ослабить его на 6 дб. Почему именно на 6?

Существует формула, которая используется для расчета изменения уровня звукового давления в децибелах (дБ). Выглядит она следующим образом:

где:

• ΔL — изменение уровня звукового давления в децибелах.
• P2 — звуковое давление конечного уровня звука.
• P1​ — звуковое давление исходного уровня звука.
• log10​ — десятичный логарифм.

При удвоении звукового давления P2​=2×P1 формула упрощается до:

Логарифм от 2 по основанию 10 равен примерно 0.3, так что уравнение сводится к:

Это означает, что увеличение звукового давления в два раза приводит к увеличению уровня звука на 6 децибел. А значит, если мы складываем вместе два одинаковых сигнала, то чтобы уменьшить его громкость до первоначальной, нам нужно ослабить его на 6дб.

Но что насчет наших ползунков в модуле Mixing? Чтобы преобразовать стерео сигнал в mid-side, нам необходимо выставить A B C D ползунки следующим образом:
A = 50%
B = 50%
C = 50%
D = -50%

Но почему именно так? Разбираемся. Нам нужно получить MID сигнал. В соответствие с формулой на рис. 4 мы должны сложить 100 процентов левого канала и сто процентов правого канала, а затем разделить их сумму на два. Итак мы выставляем в полнузке A 100 процентов, затем в ползунке B так же сто процентов, а потом делим эти значения пополам, получаем и там и там 50.
Возвращаясь к рисунку с квадратами это выглядит так - мы взяли MID_L и MID_R, собрали вместе (рис. 9):

а потом уменьшили в 2 раза, чтобы их размер (громкость) соответствовал тому, который был ранее (рис. 10):

Теперь переходим к Side составляющей. В соответствии с формулой на рис. 5 мы знаем, что чтобы получить разность двух каналов, мы должны вычесть правый канал из левого, а затем разделить разность на два, чтобы вновь скомпенсировать громкость. На деле же, для лучшего понимания, это можно представить следующим образом:

Эта формула показывает, что мы как бы складываем полный стопроцентный левый канал, с полным стопроцентным правым каналом, но у правого канала инвертирована фаза, поэтому мы указываем его отрицательным, то есть мы выставляем 100% в ползунке C и минус 100 процентов в ползунке D, а затем уменьшаем оба значения вдвое и получаем 50% и -50%:

Это создает сигнал Side, который является разностью левого и правого каналов.

Теперь давайте декодируем сигнал обратно из mid-side в стерео. Для этого воспользуемся формулой (рис. 14):

Или используя наши общие обозначение каналов и ползунков имеем следующее:

X = A (100%) + B(100%) ведь в нашем сигнале сейчас канал X, который был левым представляет собой MID составляющую, а канал Y, который был правым представляет собой SIDE составляющую. То есть мы складываем 100% MID и 100% SIDE для получения исходного L канала.
А чтобы получить R мы должны обратно перевернуть фазу в канале Y, взять сто процентов этого канала и прибавить это к ста процентам канала X, то есть имеем C = 100% и D = -100%.

Чтобы закрепить информацию и немного проверить себя, вы можете попробовать самостоятельно, без модуля Mixing, провести mid-side кодирование и декодирование. В iZotope RX мы можем сделать это с помощью модулей Phase, Gain и функции специальных вставок. Итак, возьмем стерео сигнал:

В левой части интерфейса нажмем R, чтобы выбрать правый канал, а затем выделим всё его содержимое:

Скопируем выделенное, дважды нажмем на кнопку L, чтобы выбрать левый канал и проверим, что курсор находится в самом начале:

Нажмем правой кнопкой мыши в области сигнала или в меню Edit выберем Paste Special –> Mix:

Итак мы суммировали левый и правый каналы, но теперь мы видим, что он слишком громкий (можно не волноваться за визуальный клипинг, RX использует обработку с битрейтом 32-bit float). Теперь мы ослабим полученную часть на 6 дб чтобы скомпенсировать громкость:

Итак мы получили сумму (MID). Далее нам нужно получить разность (SIDE). Для этого откатимся в истории обработки (меню в правом нижнем углу) к исходному файлу, выделим оригинальный левый канал и скопируем его. Далее вернемся в истории обратно на 2 шага вперед. Теперь перед тем как искать разницу левого и правого каналов, нам нужно, как бы, сделать правый канал отрицательным - то есть инвертировать его фазу. Для этого открываем модуль Phase и выставляем ползунки следующим образом:

Рендерим и получаем поворот фазы правого канала на 180 градусов. Теперь снова проверяем, что курсор в начале файла, жмем в левой части интерфейса на R чтобы выбрать правый канал, и опять идем в меню Edit или жмем правой кнопкой мыши в рабочей области, выбираем Paste Special –> Mix:

И так же как с суммой - ослабляем полученное на 6 дб с помощью модуля Gain.
Таким образом мы получили разность сигналов. Теперь чтобы проверить себя - проверим, получился ли у нас верный результат при трансформации стерео сигнала в mid-side. Скопируем оба канала, весь файл. Далее откатимся в истории в самое начало, к исходному файлу, откроем модуль Mixing и выберем пресет MS Encoder. Выделим весь наш файл и нажмем Render. Мы получили mid-side из нашего стерео. Теперь, чтобы проверить себя, попробуем инвертировать фазу у сигнала который мы получили вручную и наложить на сигнал, который мы получили с помощью модуля Mixing - если всё будет верно, сигналы вычтутся в ноль и мы увидим полную тишину. Ставим курсор в начало файла, выбираем Edit –> Paste Special –> Invert and Mix. Если вы все сделали верно, вы увидите тишину на месте вашего сигнала:

Теперь, понимая принцип работы данного модуля, можно уже самому без пресетов настраивать его для различных задач. Например, чтобы поменять левый и правый каналы местами, достаточно выставить ползунки в следующем порядке:

То есть мы буквально отправляем в левый канал сто процентов бывшего правого и ноль левого, а в правый канал наоборот отправляем сто процентов левого и ноль правого.
Или, например, двойной-моно сигнал можно получить отправив по 50% на каждый из четырех ползунков.

Другие материалы читайте в телеграм канале про iZotope RX: https://t.me/izotoperx

Спасибо за внимание!