Биткрашер

Bitcrusher — это аудиоэффект , который создает искажения за счет уменьшения разрешения или полосы пропускания цифровых аудиоданных . Результирующий шум квантования может производить более «теплое» звуковое впечатление, в зависимости от степени подавления.

Методы

Типичный биткрашер использует два метода снижения точности звука: уменьшение частоты дискретизации и уменьшение разрешения.

Снижение частоты дискретизации

Цифровое аудио состоит из быстрой серии числовых выборок, которые кодируют изменяющуюся амплитуду звукового сигнала. Для точного представления широкополосного сигнала значительной продолжительности цифровое аудио требует большого количества сэмплов с высокой частотой дискретизации. Чем выше скорость, тем точнее форма сигнала; более низкая скорость требует, чтобы исходный аналоговый сигнал был подвергнут фильтрованию нижних частот для ограничения максимальной частотной составляющей сигнала, иначе высокочастотные компоненты сигнала будут наложены . В частности, частота дискретизации (также известная как частота дискретизации) должна как минимум в два раза превышать максимальную частотную составляющую сигнала; эта максимальная частота сигнала, равная половине частоты дискретизации, называется пределом Найквиста .

Хотя распространено заблуждение, что частота дискретизации влияет на «гладкость» сигнала, представленного в цифровом виде, это не так; Теория выборки гарантирует, что вплоть до максимальной частоты сигнала, поддерживаемой частотой дискретизации (т. е. предела Найквиста), цифровой (дискретный) сигнал будет точно представлять аналоговый (непрерывный) источник, за исключением искажения шума квантования, возникающего из-за конечная точность отдельных образцов. Исходный сигнал можно точно восстановить, просто пропуская дискретный сигнал нижних частот через идеальный фильтр нижних частот (с идеальным профилем среза по вертикали). Однако, поскольку идеальный фильтр невозможно построить, необходимо использовать реальный фильтр с постепенным переходом между полосой пропускания и полосой задерживания, в результате чего невозможно точно записать все частоты вплоть до предела Найквиста для заданная частота дискретизации. Решение состоит в том, чтобы увеличить частоту дискретизации на величину, которая соответствует полосам перехода фильтров, используемых как для дискретизации, так и для непрерывной реконструкции; Вот почему, например, компакт-диски используют частоту дискретизации 44,1 кГц для записи звука, частота которого редко превышает 20 кГц, хотя предел Найквиста для этой частоты дискретизации составляет 22,05 кГц. Еще одно соображение заключается в том, что для идеальной реконструкции образцы должны отображаться как идеальные импульсы бесконечно малой длительности, но все реальное оборудование генерирует для образцов прямоугольные импульсы; некоторые устройства цифро-аналогового преобразования более низкого качества используют ступенчато-волновое преобразование, которое по существу выводит выборки в виде прямоугольных импульсов, длительность которых равна периоду выборки. В этом случае увеличение частоты дискретизации также может уменьшить и компенсировать возникающие искажения. Несмотря на это, нельзя переоценить тот факт, что, независимо от причины, дополнительный запас, добавленный к частоте дискретизации, не имеет значения. не делает восстановленную форму сигнала более плавной, а просто предотвращает наложение частот в полосе перехода на более низкие частоты, что может привести к нелинейному искажению сигнала.

Сегодня DAW обычно используют частоту дискретизации 44,1 кГц или выше. Ранние цифровые устройства использовали гораздо более низкие частоты дискретизации для экономии памяти для хранимого звука. кГц . Например, в Speak & Spell 1979 года использовалась частота дискретизации 8

Снижение частоты дискретизации (также называемое понижающей дискретизацией) намеренно снижает частоту дискретизации, чтобы ухудшить качество звука. При уменьшении частоты дискретизации высокие частоты накладываются или, если цифровой сигнал сначала подвергается фильтрованию нижних частот, они теряются. Если используется примитивный ступенчатый ЦАП или если частота среза фильтра ЦАП не регулируется для отслеживания частоты дискретизации, а вместо этого фиксируется на половине частоты Найквиста для максимальной поддерживаемой частоты дискретизации, то формы сигналов также становятся более «грубыми». "звучание. При экстремальных снижениях форма сигнала становится металлической в ​​результате сильного наложения спектров и, возможно, нелинейных искажений из-за плохо настроенного цифро-аналогового преобразования. (Обратите внимание, что всех этих эффектов можно избежать, если сигнал подвергается низкочастотной фильтрации перед понижением частоты дискретизации и если параметры ЦАП для воспроизведения соответствуют уменьшенной частоте дискретизации; тогда сигнал просто звучит с ограниченной полосой частот, как телефон или AM-радио. с четким приемом или магнитофон на низкой скорости записи.)

Уменьшение разрешения

Сэмплы цифрового аудио записываются как целые числа или числа с плавающей запятой, хранящиеся в цифровой памяти. Эти числа кодируются с использованием серии битов включенной и выключенной памяти. Чем больше число битов, тем точнее семпл кодирует мгновенный уровень громкости сэмплированного аудиосигнала. Сегодня DAW обычно используют 32-битные числа с плавающей запятой, поскольку они больше подходят для последовательной многоуровневой обработки и микширования, но окончательный мастер-выход обычно состоит из 16-битных или 24-битных целочисленных сэмплов. Ранние цифровые аудиоустройства и видеоигры использовали 8-битные целочисленные выборки или меньше. Классическая драм-машина Роланда TR-909 использовала 6-битные целочисленные сэмплы. Количество битов, используемых в каждой выборке, напрямую влияет на соотношение сигнал/шум и динамический диапазон цифрового сигнала, в частности, за счет определения амплитуды шума, называемого шумом квантования , который аналогичен белому шуму с фильтрацией нижних частот.

Снижение разрешения намеренно уменьшает количество битов, используемых для аудиосэмплов. По мере уменьшения разрядности сигналы становятся более зашумленными, а тонкие изменения громкости теряются, что снижает динамический диапазон на низких частотах. При крайнем уменьшении битов форма сигнала сводится к щелчкам и гудению ( прямоугольным волнам ), поскольку форма сигнала резко скачет от низкого уровня к высокому и обратно без промежуточных значений, при этом многие нижние пики сглаживаются до нулевой амплитуды.

Основные элементы управления

Эффекты Bitcrusher обычно имеют как минимум два элемента управления: один уменьшает частоту дискретизации, а другой уменьшает разрешение.

Ручка или ползунок уменьшения разрешения (также известного как «битовая глубина», «глубина» или «биты») обычно регулируется от 32 бит до 1 бита.

Программное обеспечение LossyWAV Дэвида Робинсона и Ника Карри вычисляет минимальную разрядность для представления каждого сегмента сигнала PCM без слышимых искажений. Хотя он предназначен в качестве препроцессора для снижения скорости передачи данных при сжатии звука , понижение параметра качества приводит к искажению битового искажения.

Элемент управления снижением частоты дискретизации (также известный как «понижающая дискретизация» или «усреднение») иногда отображается в Гц для новой частоты дискретизации или как коэффициент уменьшения. Вместо этого уменьшение частоты дискретизации иногда отображается как количество последовательных выборок, которые необходимо усреднить вместе для создания новой выборки. Значение 20 уменьшает частоту дискретизации до 1/20 от исходной частоты.

Примеры

• Андеграундный хип-хоп исполнитель Эзоп Рок тонко использует этот эффект в своих песнях.
• Конец песни Daft Punk "Short Circuit" из альбома Discovery, начиная с 2:12.
• Конец песни Билли Айлиш 2021 года Happier Than Ever
• В сингле Daft Punk 2000 года "One More Time" в мелодии используется эффект биткраша.
• Пример звука, искаженного биткрашером, — во вступлении к песне «Chemicals» из альбома Shrink немецкой группы The Notwist .
• Например , сэмплы, используемые в драм-машине Roland TR-909 , имеют разрешение 6 бит, что приводит к аналогичному звуку.
• В музыкальном жанре Hardstyle биткрашинг стал существенным эффектом во многих треках.
• В более сложных версиях жанра электронной музыки Dubstep / Drumstep эффекты bitcrusher «yah yah» и «yoi yoi» стали более популярными в последние годы существования этого жанра, причем некоторые артисты используют этот эффект чаще, чем характерные для жанра « басовые колебания ».
• Часто используется в сэмплах песен Madlib альтер-эго Quasimoto . [из Лос-Анджелеса в Кеннеди, астронавт, Rappcats Pt. 3, Блиц и т. д.]