Звуковая карта за 20000 долларов, или Как это делают в Америке

Мир современной звукозаписи весьма разнообразен — тут и микшерные пульты стоимостью больше миллиона долларов, и, казалось бы, анахроничные аналоговые магнитофоны, и ламповые микрофоны пятидесятилетней давности, и тут же рядом суперсовременные компьютеры… Вы не задумывались, почему некоторые российские артисты не удовлетворяются нашими студиями и едут записываться в Англию или Америку? Почему стоимость записи одного альбома мировой звезды может исчисляться сотнями тысяч долларов? У многих читателей, уверен, иногда возникает другой вопрос: «К чему такие сложности, ведь можно взять саундбластер, программы с митинского диска под многообещающим названием «Все для звукозаписи», — ведь в этих программах есть и магнитофон, и пульт, и средства обработки, и даже микрофоны начали появляться?» Ответ на этот действительно непростой вопрос я попытаюсь дать ниже. Я не буду касаться давнего спора «аналог или цифра», а на примере одной звуковой карты покажу, как все-таки это — то есть звукозапись с помощью компьютера — делается в профессиональных студиях, в том числе и в Америке.

Итак, имя нашей звуковой карте — Pro Tools. Его можно встретить в списках оборудования практически всех ведущих студий мира, тех, где пишутся такие звезды, как Майкл Джексон, Мадонна, «Роллинг Стоунз» и многие другие. Pro Tools, в принципе, является решением типа «все в одном» (пульт, магнитофон и т. д.) и позволяет добиваться очень хороших результатов, но справедливости ради следует отметить, что как инструмент для полного цикла производства фонограмм эта карта считается скорее бюджетным решением: в «топовых» студиях ее используют преимущественно как удобное средство редактирования и иногда обработки звука, а для первичной записи и сведения нередко используют старые добрые аналоговые магнитофоны и уже упомянутые миллионные микшерные консоли. Мы же рассмотрим Pro Tools как правильный подход к компьютерной звукозаписи, который использует все преимущества современного ПК и в то же время обходит большинство его недостатков.

Собственно, называть Pro Tools звуковой картой можно только условно, так как он является сложным программно-аппаратным комплексом для записи, редактирования, обработки и сведения многоканального звука и может представлять собой совокупность десятка PCI-карт и еще большего количества внешних приборов. Также довольно условна названная цена: в зависимости от сложности системы она может взлететь почти до 200 тыс. долларов. Pro Tools является детищем американской фирмы Digidesign, которая, в свою очередь, есть подразделение американской же компании Avid (основное поле деятельности последней — производство высококлассных систем для нелинейного видеомонтажа). Digidesign является пионером обработки звука на компьютере и практически монополистом в своем секторе рынка (ее продукты уже стали индустриальным стандартом de facto). В настоящее время она занимается производством исключительно звукозаписывающего оборудования и софта.

Основа Pro Tools — это PCI-карта MIX Core Card, которая несет на борту шесть высокопроизводительных сигнальных процессоров от Motorola (используются DSP 56301 Onyx) и разъем для подключения внешнего интерфейса. Интерфейсы бывают разные (причем не только от Digidesign, но и от третьих фирм), но самым распространенным является 888|24. Расшифровывается этот набор цифр следующим образом: восемь аналоговых входов, восемь аналоговых выходов, восемь цифровых входов/выходов, и все это работает с разрядностью 24 бита. С помощью одного или нескольких таких интерфейсов и осуществляется ввод/вывод звука в компьютер. Перечислим остальные возможные интерфейсы:
882|20 — восемь аналоговых и два цифровых входа/выхода; разрядность АЦП и ЦАП — 20 бит;
1622 — шестнадцать аналоговых входов, два аналоговых выхода, два цифровых входа/выхода; разрядность АЦП и ЦАП — 20 бит;
ADAT bridge — шестнадцать цифровых входов/выходов формата ADAT Optical и два 24-битных аналоговых выхода.
(Также доступны интерфейсы от таких фирм, как Apogee, Prism Sound и Mytek, АЦП и ЦАП превосходят по качеству конвертеры от Digidesign, но и стоят значительно больше.)

_

_

Итак, мы подключили интерфейс, а зачем же DSP? В этом, собственно, и состоит главное отличие Pro Tools от содержимого митинских компакт-дисков и продукции Creative Labs: дело в том, что практически все операции со звуком (ввод/вывод, обработка и микширование) осуществляются силами этих DSP, а не центральным процессором компьютера. Собственно от компьютера комплексу требуется только дисковое пространство для записи и прорисовка экрана. Решение использовать для обработки звука DSP возникло в те далекие годы, когда частота процессоров измерялась единицами мегагерц и об обработке звука в реальном времени на персональных компьютерах не могло быть и речи. А сигнальные процессоры, хоть и не обладали более высокими тактовыми частотами, благодаря «заточенности» под обработку потокового контента уже тогда вполне справлялись с поставленной задачей. К тому же высокая масштабируемость DSP позволяла (и позволяет) наращивать вычислительную мощность, просто добавляя платы в компьютер.

Несмотря на то что мощность современных «общеупотребительных» процессоров многократно возросла, применение DSP в системах для работы со звуком до сих пор не потеряло актуальности. Во-первых, скорости выросли не только у Pentium и PowerPC, но и у DSP. Так что соотношение сил пока не изменилось. Небольшой пример. Есть такой подключаемый модуль (plug-in) Renaissance Reverb, который в силу своей природы (создание искусственной реверберации) охоч до вычислительных ресурсов. Так вот, на компьютере с Pentium III 700–800 МГц этот модуль отъедает до 40% вычислительной мощности машины. А в Pro Tools он же занимает всего один из имеющихся шести мотороловских чипов. А ведь можно добавить еще платы Mix Farm (до семи штук), каждая из которых содержит шесть аналогичных чипов.

Вторая причина превосходства DSP над универсальными процессорами вытекает из первой. Поскольку вычислительные ресурсы современных компьютеров, как мы выяснили, не так уж и велики, производители программного обеспечения для обработки звука (и прежде всего плагинов) зачастую упрощают алгоритмы обработки для систем, ориентированных на использование процессора компьютера (их еще называют ресурсозависимыми, или по-английски — native). Делается это затем, чтобы пользователь не роптал, что вот, мол, ревербератор запустил, а больше ничего не могу, ресурсы кончились. Такое упрощение, разумеется, отрицательно сказывается на качестве обработанного звука.

Третий козырь в пользу систем на базе DSP — малое время обработки сигнала (так называемая latency, или задержка). Если система имеет большую задержку при прохождении через нее звука, встают проблемы при подключении внешних устройств обработки (а необходимость в них часто возникает несмотря на всю мощь встроенного DSP). Ведь в этом случае обработанный вне системы сигнал возвращается и смешивается с другими позже, чем он звучал, когда был записан, причем время, затраченное на прохождение сигнала в такой «петле», в ресурсозависимых системах может исчисляться сотнями миллисекунд (для сравнения: длительность одной доли в музыкальном произведении с темпом 180 ударов в минуту составляет 333 миллисекунды — представьте, какой разлад случается при упомянутых задержках). И чтобы, скажем, бас не отставал от барабанов, приходится вручную компенсировать задержку. В Pro Tools же задержка пренебрежимо мала, так что оператор может свободно подключать внешнее оборудование. Чем еще плохи задержки? Они различны для разных подключаемых модулей, что естественно, поскольку плагины построены по неодинаковым алгоритмам и требуют различной буферизации (особо нужно отметить методы, действующие по принципу «заглядывания вперед», или look ahead; они обрабатывают входящий сигнал по алгоритму, который учитывает также значения, приходящие после обрабатываемого, — такие плагины дают наибольшую задержку). То, что каждая дорожка задерживается по-разному, в общем-то, не слышно само по себе, но этот эффект замутняет звуковой образ и особенно заметен на хороших «живых» акустических записях. В ресурсозависимых системах задержки больше, соответственно и эффект замутнения сильнее. В Pro Tools тоже есть небольшие задержки, но зато предусмотрено отображение их значений на каждом канале, более того, существует специальный плагин, который автоматически устраняет задержки.

Основу всей системы Pro Tools составляет так называемая шина TDM (Time Division Multiplexing), по которой может одновременно передаваться до 256 каналов 24-разрядного звука. Эта шина существует не только между отдельными DSP на одной плате. Если комплекс состоит из двух и более PCI-карт, они объединяются между собой специальным шлейфом, по которому и передаются звуковые данные. Таким образом, звук, попав в шину TDM, образно говоря, уже никогда не касается системной платы компьютера. Несмотря на то что в шине 256 каналов, реально Pro Tools способен обеспечить до 64 входов-выходов, остальные каналы TDM остаются «про запас» — для образования дополнительных шин микширования, для соединений между плагинами и т. п.

Pro Tools строится из следующих основных компонентов:

MIX Core card — уже упомянутая основа комплекса, без нее Pro Tools функционировать не будет. Может быть единственной платой для построения самой простой системы.

MIX Farm card — предоставляет дополнительную вычислительную мощность (шесть DSP) и разъем для подключения еще двух интерфейсов.

MIX I/O card — обеспечивает подключение двух дополнительных интерфейсов (не имеет DSP).

SCSI64 kit — представляет собой двухканальный SCSI-контроллер производства ATTO, продаваемый под маркой Digidesign.

AVoption — производится фирмой Avid и позволяет записывать (и производить некоторое базовое редактирование) в Pro Tools видеосигнал с коэффициентом сжатия до 1:3.

AVoption|XL — то же, что и AVoption, но позволяет работать с несжатым видео.

Pro Tools PCI Expansion Chassis — производится фирмой Magma и представляет собой корпус с дополнительными PCI-слотами, подключается к свободному слоту компьютера Macintosh. Есть два варианта — на семь и тринадцать слотов.

Universal Slave Driver — прибор, позволяющий синхронизировать Pro Tools с другими воспроизводящими звук или изображение устройствами.

Pro Control и Control|24 — представляют собой контроллеры для управления системой.

Теперь вспомним, что Pro Tools — программно-аппаратный комплекс. Программное обеспечение существует в версиях для Macintosh и Windows NT. В принципе, Pro Tools изначально работал исключительно на «Маках» (кроме всего прочего, это было связано и с различными слотами расширения — NuBus на Macintosh и ISA на IBM PC). К миру Windows он был адаптирован около трех лет назад, когда будущее Apple было в тумане. Однако сегодня пользователи предпочитают Macintosh, и этому есть ряд причин. Во-первых, Pro Tools для Windows NT в настоящее время для Digidesign — как бы пасынок: в нем не хватает некоторых важных функций (например интеграции с видео), да и последняя версия софта (5.1) для Windows пока не вышла. Во-вторых, нет такой широкой поддержки у производителей подключаемых модулей, то есть доступных плагинов очень мало. В-третьих, «Маки» производит одна фирма, а РС — многие сотни. Это очень важный фактор, так как я уже говорил, что Pro Tools может состоять из большого числа PCI-карт и они могут конфликтовать с прочим «железом», установленным в компьютере. Digidesign тщательно тестирует свои системы с каждой новой моделью Macintosh и небольшим числом маковских видеокарт (пользователи очень любят работать с двумя-тремя мониторами), а сделать это со всем многообразием PC-совместимого железа физически невозможно. Сертифицируются избранные системы, в числе коих, например, IBM Intellistation, которая в полтора раза дороже самого навороченного «Мака». Ну, и не последним фактором является то, что многие пользователи работают с Pro Tools давно и пересаживаться на РС не видят необходимости.

Однако вернемся к программе. Ее главная особенность в том, что она ориентирована на профессиональное использование. Все функции «лежат на поверхности», до них добираешься одним-двумя щелчками мыши, внешний вид аудиотреков легко масштабируется, вы можете располагать основные функции в удобном для вас месте — в общем, после недолгого обучения работа идет быстро, и об интерфейсе почти не задумываешься (чтобы проникнуться сказанным, можете взглянуть на скриншоты 1 и 2). Единственный недостаток такого подхода — надо все-таки прочитать инструкцию, так как хотя основные функции быстро находятся методом интуитивного тыка, основная прелесть программной части Pro Tools зарыта глубже — в неочевидных, уменьшающих время операции действиях, клавиатурных сокращениях и т. п. Очень удобно выполнено группирование дорожек и управление файлами. Впрочем, заинтересовавшиеся могут скачать бесплатную версию программы с сайта производителя и опробовать ее, так как интерфейс Pro Tools Free и его «старшего» TDM-брата практически идентичен (единственное «но»: под Windows программа требует не менее 128 мегабайт памяти и довольно неустойчива, а версия для «Мака» работает отлично).

В настоящее время существует три варианта программной части Pro Tools:

1. Pro Tools Free. Бесплатная версия, работает со встроенной звуковой картой Macintosh и рядом звуковых карт под Windows. Интерфейс почти полностью повторяет «взрослый» Pro Tools, но есть ограничение: только восемь каналов звука и 48 каналов MIDI. Все операции со звуком выполняются центральным процессором компьютера.

2. Pro Tools LE. Облегченная версия, работает только с недорогими звуковыми картами от Digidesign (Digi 001 и Audiomedia III), максимальное количество дорожек — 24. DSP карт ведают главным образом вводом-выводом звука для уменьшения задержки. Все остальные операции со звуком (сведение, обработка) — за счет центрального процессора.

3. Pro Tools TDM. Предмет этой статьи, самая сложная система, работает только с TDM-аппаратурой от Digidesign. Максимальное количество дорожек — 64, все операции со звуком осуществляются силами встроенных DSP.

Все версии совместимы между собой по формату файлов, что позволяет дома работать на Pro Tools Free или LE, а результат монтажа открывать на TDM-системе в студии.

Перейдем к устройствам, позволяющим управлять всем этим богатством. Не одними лишь мышью и клавиатурой жив пользователь Pro Tools! Digidesign выпускает для своих комплексов специальные контроллеры, которые соединяются с компьютером с помощью Ethernet и позволяют управлять практически всеми функциями программы (включая управление параметрами плагинов). В настоящее время существует два вида контроллеров: Pro Control (самый «навороченный» и масштабируемый, до 48 фейдеров, его еще называют пятидесятитысячедолларовой мышью) и Control|24 (он попроще, 24 фейдера и не масштабируется, но зато в него встроены микрофонные предусилители). Оба контроллера имеют вид микшерного пульта с фейдерами, ручками-«крутильниками», кнопками, дисплеями и т. д. Зачем же они нужны? Во-первых, звукорежиссер быстрее и качественнее работает со знакомым «железным» пультом, чем с его экранным аналогом, где надо помнить, какое окошко как вызвать и т. п., да и управлять реальным фейдером гораздо удобнее, чем мышь по экрану возить. Во-вторых, сколько действий можно одновременно делать мышью? Правильно, одно. А с таким контроллером можно одновременно двигать десятком фейдеров или одной рукой ручку крутить, другой громкость менять. И это не какие-то теоретические случаи, необходимость в двух или более одновременных действиях возникает довольно часто.

Надеюсь, вы получили некоторое представление о том, как устроена одна из самых совершенных современных систем компьютерной звукозаписи. Немного хотелось бы коснуться других DSP-решений в данной области. Естественно, Pro Tools не одинок — существуют еще такие системы, как Sonic Solutions, Sadie, Pulsar, Paris, Soundscape, Yamaha DSP Factory, и, возможно, еще что-то. Sonic Solutions и Sadie ориентированы в первую очередь на мастеринг, то есть подготовку уже сведенного материала для издания на том или ином носителе (CD, DVD или даже MP3). Особенностью Pulsar от фирмы Creamware и Yamaha DSP Factory является то, что для полноценного использования они предполагают применение звукозаписывающих программ третьих фирм. Система Paris от E-MU по своей архитектуре похожа на Pro Tools, но менее масштабируема, зато намного дешевле. Отдельно стоит Soundscape, который в принципе может работать совсем без компьютера (он располагается в отдельном корпусе со своими жесткими дисками), с PC осуществляется только контроль. Soundscape довольно распространен в Европе, в Америке же он малоизвестен. Но, как уже говорилось, Pro Tools стал индустриальным стандартом и является самой распространенной профессиональной системой нелинейного монтажа звука. В английском языке Pro Tools даже превратился из существительного в глагол — вместо «Давайте это отредактируем» говорят «Let‘s protools it».

Система широко поддерживается сторонними производителями, специально для нее выпускается практически все — от дополнительных программ до мебели. К тому же она очень надежна, что достигается тщательным тестированием всех аппаратных компонентов. В принципе для построения Pro Tools достаточно иметь только компьютер с монитором, а все остальное (включая SCSI-контроллеры, жесткие диски, расширители PCI-шины и даже клавиатуру с трекболом) можно купить под маркой Digidesign (естественно, фирма не сама все это производит, а продает по OEM-соглашениям, но перед продажей тщательно тестирует на совместимость со своим оборудованием).

Есть ли недостатки у Pro Tools? Да, безусловно. Главный из них — высокая цена. Кроме того, не поддерживается частота дискретизации выше 48 кГц, что в эпоху DVD-Audio с его максимальной частотой 192 кГц выглядит анахронизмом. 24-разрядная шина по нынешним меркам тоже не бог весть что: в последней версии Sonic Solutions, например, ширина шины составляет 48 бит, что улучшает качество звука. Есть еще ряд мелких недостатков, например отсутствие прямой поддержки стереофайлов. Но несмотря ни на что Pro Tools, по моему мнению, пока является лучшим выбором для профессиональной звукозаписывающей студии, не слишком стесненной в средствах.

Подводя итог, хотелось бы еще раз вернуться к решениям на основе центрального процессора персонального компьютера. Так что же, ресурсозависимые звукозаписывающие системы не имеют никаких шансов? Нет, почему же. В своем секторе рынка они процветают, но там, где нужно бескомпромиссное качество звука, высокая надежность и производительность оператора (а это профессиональные студии, где время в буквальном смысле деньги: час работы в такой студии может стоить более ста долларов) выбор пока за DSP-системами. Хотя в последнее время ситуация начинает потихоньку меняться в сторону native-решений: появились такие достойные продукты, как Nuendo, Sequoia и AudioCube, да и в последней версии Pro Tools введена поддержка подключаемых модулей формата RTAS, которые работают за счет центрального процессора компьютера. Кроме того, появляются недорогие профессиональные звуковые карты с очень низким временем задержки. Так что поживем — увидим, может быть, через несколько лет система на базе 10-гигагерцового PowerPC G7 переплюнет Pro Tools по возможностям и надежности.