Устройство преобразования аудиосигнала: DI-бокс

Введение

Устройство преобразования аудиосигнала

DI-бокс (direct input или direct inject) – это электронное устройство, обычно используемое в студиях звукозаписи и в системах усиления звука для подключения высокоимпедансного несбалансированного выходного сигнала к низкоимпедансному, сбалансированному входу на уровне микрофона, как правило, через разъем XLR и кабель XLR. DI-боксы часто используются для подключения электрогитары или электробаса к микрофонному входу микшерного пульта. DI-бокс выполняет согласование уровней, балансировку и либо активное буферирование, либо пассивное согласование/преобразование импеданса. DI-боксы обычно представляют собой металлические корпуса с входными и выходными разъемами, а в более дорогих моделях также имеются переключатели "ground lift" (разрыв заземления) и аттенюаторы. DI-боксы широко используются в профессиональных и полупрофессиональных PA-системах, профессиональных системах усиления звука и в студиях звукозаписи. Производители выпускают широкий ассортимент устройств, от недорогих, базовых, пассивных моделей до дорогих, сложных, активных. DI-боксы могут предлагать множество функций и параметров, настраиваемых пользователем (например, выбираемые пользователем аттенюаторы 0 дБ, 20 дБ или 40 дБ и/или переключатель "ground lift"). Они могут быть выполнены в различных типах корпусов, обычно в металлическом шасси, которое помогает защитить от электрических помех. Некоторые басовые усилители имеют встроенные DI-боксы, позволяющие подключать выходной сигнал басового усилителя непосредственно к микшерному пульту в ситуациях усиления звука/живых выступлений или записи.

Терминология

Устройства DI также называют DI-боксом, прямым боксом или просто DI, при этом каждая буква произносится, как в "Ди Ай". Существуют различные версии расшифровки этого термина: прямой вход, прямое внедрение, прямая индукция или прямой интерфейс.

История

Пассивные директ-боксы впервые появились в Соединенных Штатах в середине 1960-х годов, особенно в Детройте на радиостанциях и студиях звукозаписи, таких как Motown, United Sound Systems, Golden World Records, Tera Shirma Studios и передвижная студия звукозаписи Metro Audio Capstan Roller. Эти директ-боксы изготавливались на заказ инженерами, такими как Эд Вольфрум со своим "Wolfbox", и компаниями, занимающимися концертным звуком, чтобы помочь усилить электрические музыкальные инструменты. Эти боксы обычно содержали аудио трансформатор с коэффициентом трансформации от примерно 8:1 до 12:1, чтобы обеспечить согласование импедансов между высоким выходным импедансом звукоснимателя инструмента и относительно низким входным импедансом микрофонного предусилителя типичной микшерной консоли. Например, Triad A 11J, используемый в Wolfbox, имеет коэффициент трансформации 10:1 и, следовательно, соотношение импедансов 100:1. Типичный входной импеданс предусилителя консоли в 1500 Ом будет казаться электронному инструменту высоким входным импедансом в 150 000 Ом. Пассивный директ-бокс подходил для большинства электронных музыкальных инструментов, но он негативно влиял на звучание инструментов со слабым выходным сигналом, таких как электропианино Fender Rhodes и Fender Precision Basses с одиночными звукоснимателями. Для работы с этими инструментами были разработаны активные директ-боксы, содержащие электронные схемы с питанием, которые увеличивали входной импеданс до более чем 1 000 000 Ом. В 1975 году для студии звукозаписи Леона Расселла был разработан активный директ-бокс с питанием 48 вольт по фантомному питанию, схема которого была опубликована в апрельском выпуске журнала dB, посвященного звукотехнике, в 1975 году. Звуковая компания Tycobrahe, известная поддержкой крупных рок-фестивалей, таких как California Jam, предложила в 1977 году активный директ-бокс для продажи, способный выдавать линейный уровень +9 дБм с встроенным аттенюатором для компенсации различных входных уровней.

Цель

Существует две взаимосвязанные функции прямой коробки (DI-бокса): аудио и электрическая. Аудио функция заключается в передаче чистого, неискаженного инструментального сигнала на микшерную консоль или записывающее устройство, где он может быть обработан с помощью других устройств (эквалайзера, компрессора, модулятора, ревербератора и т.д.) для соответствия требованиям аудиопроизводства. Без DI-бокса инструмент или микрофон необходимо подключить к усилителю, который затем может быть подключен к динамику, другому микрофону и, наконец, к микшерной консоли. Эти электронные каскады и кабели могут изменять звук, что некоторые звукорежиссеры и музыканты считают нежелательным. Разумеется, верно и обратное – часто музыканты и звукорежиссеры стремятся к такому окрашиванию звука, поскольку оно соответствует стилю музыки или записи. Электрическая функция DI-бокса – согласование импеданса входа и выхода. Большинство электронных инструментов и микрофонов нельзя подключить напрямую к входам предусилителей микшерных пультов или записывающих устройств из-за несоответствия импеданса. Инструменты обычно имеют высокий импеданс, а микрофонные входы – низкий. DI-бокс принимает сигнал с высоким импедансом и несбалансированным выходом и преобразует его в сигнал с низким импедансом и сбалансированным выходом. Это позволяет передавать сигнал по длинным кабелям без потерь и лучше подавлять помехи благодаря эффекту подавления синфазного сигнала в сбалансированной линии. Кроме того, это позволяет подавать сигнал низкой импедантности на входной предусилитель микшерной консоли, который предназначен для приема сигнала от микрофонов с низким импедансом. Поскольку все кабели обладают емкостью, длинные кабели, используемые в живом звуке и записи, могут действовать как фильтр нижних частот, ослабляя высокие частоты при работе с источником высокого импеданса. Еще одним преимуществом DI-бокса является наличие трансформатора, обеспечивающего гальваническую развязку, которая может устранить гул, вызванный петлей заземления. Менее распространенно, пассивный DI-бокс может состоять из резистивной нагрузки, с или без конденсаторной связи. Такие устройства лучше всего подходят для выходов, предназначенных для наушников или акустических систем. Более дешевые пассивные DI-боксы более подвержены гулу, а пассивные устройства в целом менее универсальны, чем активные; однако они не требуют источника питания, проще в использовании, а лучшие модели чрезвычайно надежны при правильной эксплуатации. Отсутствие батарей в пассивных DI-боксах избавляет пользователей от беспокойства о разрядке батарей во время живого выступления или записи. Некоторые модели не имеют настроек или переключателей, в то время как другие могут иметь переключатель заземления (для устранения проблем с петлей заземления или гулом), переключатель аттенюатора (для работы с различными уровнями сигнала и ослабления слишком сильных сигналов) и переключатель пассивного фильтра/эквалайзера для изменения тембра или окраски звука.

There are two related purposes for a direct box: audio and electrical. The audio purpose is to deliver a clean, unaltered instrument signal to a mixing console or recording device, where it may be processed using other devices (equalization, compression, modulation, reverberation, etc.) to meet the needs of the audio production. Without a direct box, an instrument or microphone needs to be connected to an amplifier, which might then be connected to a speaker, another microphone, and then to the mixing console. These electronic stages and cables can color the sound in ways that some audio engineers and musicians find undesirable. Of course the reverse is true—many times musicians and audio engineers seek this coloring because it fits the style of music or recording. The electrical purpose of a direct box is to bridge the impedance of the input and output. Most electronic instruments and microphones cannot be plugged directly into the pre amplifier inputs of mixing boards or recording devices because of impedance mismatch. Instruments are typically high impedance, whereas microphone inputs are low impedance. The direct box takes a high impedance, unbalanced signal and converts it to a low impedance, balanced signal. This allows the signal to be sent over long cable runs without signal loss, and greater rejection of interference due to the benefit of common mode rejection in a balanced signal. Furthermore, it allows the low impedance signal to be sent to the input preamp of a mixing console which is designed to accept input from low impedance microphones. Because all cables are capacitive, long cables used in live sound and recording can become a low‑pass filter which reduces the high end frequencies when used with high impedance source. Another advantage of DI units is that the DI contains a transformer to provide galvanic isolation that can eliminate a ground‑loop hum. Less commonly, a passive DI unit may consist of a resistive load, with or without capacitor coupling. Such units are best suited to outputs designed for headphones or loudspeakers. The less expensive passive DI units are more susceptible to hum, and passive units tend to be less versatile than active; however, they require no power source, are simpler to use, and the better units are extremely reliable when used as designed. The lack of batteries in passive DIs means that users do not have to worry about batteries losing their power in the middle of a live show or recording session. Some models have no settings or switches, while others can have a ground lift switch (to avoid ground loop problems or hums), a pad switch (to accommodate different source levels and attenuate too strong signals) and a passive filter/equalization switch for coloring the sound or tone.

Активные единицы

Активный DI-бокс содержит предусилитель. Следовательно, активные DI-боксы могут обеспечивать усиление и по своей сути более сложны и универсальны, чем пассивные. Активным DI-боксам требуется источник питания, который обычно обеспечивается батареями или стандартным разъемом для подключения к сети переменного тока, и может предусматривать возможность использования фантомного питания. Большинство активных DI-боксов оснащены переключателями для повышения их универсальности. Они могут включать регулировку усиления или уровня, отсоединение земли, выбор источника питания и моно- или стереорежим. Переключатели отсоединения земли часто отключают фантомное питание. Некоторые активные DI-боксы также имеют встроенные электронные эффекты. Проходной разъем – это второй разъем, иногда просто параллельный входному, который передает входной сигнал без изменений, позволяя вставить DI-бокс в цепь сигнала, не прерывая ее. Это позволяет пользователю, например, бас-гитаристу, подключить бас-гитару к DI-боксу, который направляет сигнал на микшерный пульт, и одновременно подключить бас-гитару к сценическому басовому усилителю для мониторинга. Проход также часто называют обходом. Истинный (полный) обход происходит, когда сигнал идет напрямую от входного разъема к выходному, без участия каких-либо схем и без нагрузки на выходное сопротивление источника. Ложный обход (или просто "обход") происходит, когда сигнал проходит через схему устройства с буферизацией, но без каких-либо других преднамеренных изменений. Однако, из-за особенностей электрических схем, сигнал почти всегда претерпевает небольшие изменения. Степень этих изменений и их заметность могут варьироваться от устройства к устройству.

Предварительно усиленные

Ряд компаний выпускает комбинированные предусилители-DI для электробаса, контрабаса или акустических инструментов, использующих пьезоэлектрические звукосниматели (например, скрипка, акустическая гитара, мандолина и т.д.). Эти устройства могут быть выполнены в формате педали "стомпбокс", в небольшом рэковом блоке (часто занимающем меньше одного рэкового пространства), или в устройствах, предназначенных для крепления к ремню или непосредственно к инструменту. Предусилители для электробаса обычно оснащены регуляторами усиления, иногда включающими в себя эффект овердрайва, регуляторами эквалайзера и, в некоторых более дорогих моделях, несколькими каналами (например, "чистый" и "грязный", причем последний содержит эффект овердрайва). Предусилители-DI для контрабаса и других акустических инструментов часто не имеют функций овердрайва, но добавляют дополнительные возможности для получения качественного звучания акустических инструментов, такие как компрессор, переключатель фазового инвертора и режекторный фильтр (последние два предназначены для подавления нежелательной акустической обратной связи). Предусилители-DI для акустических инструментов часто включают два канала и простой микшер, позволяющие использовать одновременно звукосниматель и конденсаторный микрофон. Некоторые предусилители-DI обеспечивают фантомное питание, если это необходимо для питания конденсаторного микрофона. Предусилители-DI могут работать от батарей, от сети переменного тока или от обоих источников питания.

Типичные применения

Прямые коробки обычно используются с электроинструментами или другими электронными музыкальными устройствами, оснащенными только несбалансированным 1/4" джековым выходом, который необходимо подключить к XLR-входу микшерного пульта. В одном корпусе может быть установлено несколько схем прямых коробок для работы с несколькими несбалансированными выходами, например, от набора электронных клавишных инструментов.

Акустические или электрические инструменты

Коробки DI могут использоваться с инструментами, оснащенными электронной схемой и звукоснимателями, у которых отсутствует симметричный выход XLR. Например, электрическое пианино, которое необходимо подключить к микшерному пульту напрямую или через мультикор. Другой пример – акустическая гитара со звукоснимателями, электрогитара или бас-гитара, а также контрабас с пьезоэлектрическими звукоснимателями. Эти инструменты можно подключить к DI-боксу, а сигнал с DI-бокса будет сведен через микшерный пульт в основной или мониторный микс.

Усилители приборов

Некоторые усилители инструментов, особенно бас-усилители, содержат встроенные DI-боксы и могут быть подключены к микшерному пульту напрямую, без использования внешнего DI-бокса. Это типичная схема для басиста, желающего подключить свой инструмент через систему озвучивания (PA-систему) или систему усиления звука на живом выступлении, сохраняя при этом уникальное звучание предусилителя и эквалайзера усилителя, а также индивидуальные настройки. В отличие от этого, при использовании внешнего DI-бокса, когда басист подключает бас-гитару к DI-боксу и отправляет сигнал на бас-усилитель, сигнал с DI-бокса будет представлять собой прямой сигнал с датчиков бас-гитары. В случае использования внешнего DI-бокса, звуковые изменения, внесенные в сигнал баса на усилителе (например, усиление предусилителя, добавление перегруза или регулировка эквалайзера для изменения тембра), не будут присутствовать в сигнале с DI-бокса. Некоторые усилители инструментов имеют возможность отключения эквалайзера (EQ) усилителя с помощью переключателя pre eq/post eq. Это полезно, если требуется "чистый" прямой выход с усилителя, не содержащий тембровых изменений, созданных настройками эквалайзера. Обычно используют как сигнал DI, так и микрофон перед динамиком или комбинированным усилителем, как при живых выступлениях, так и при записи. Один из способов – подключить выход на динамик бас-гитарного усилителя (через аттенюатор для ослабления сигнала) к DI-боксу, а затем отправить его на один канал микшерного пульта, и подключить сигнал микрофона динамика бас-гитары к другому каналу микшерного пульта. Другой способ – подключить DI-бокс между гитарой и усилителем. Сигнал DI-бокса и сигнал с микрофона динамика могут быть выборочно смешаны: DI-бокс обеспечивает более прямой, четкий, яркий и неэквалайзированный звук, а микрофон – более "живой" звук, отражающий характеристики усилителя и акустического оформления, а также естественную реверберацию помещения.

Примеры использования

Прямая запись сигнала (DI) использовалась почти во всех партиях бас-гитары на альбоме "Sgt. Pepper's Lonely Hearts Club Band", особенно заметно в песнях "Lucy In The Sky With Diamonds", "When I'm Sixty Four", "Lovely Rita" и "A Day in The Life", а также в "Only A Northern Song", "I Me Mine" и при вступлении гитарного соло в "Revolution". Другие примеры включают "So Much To Say" группы Dave Matthews Band и "Daydreamer" Адель. Фронтмен и гитарист The Byrds Роджер МакГинн добился своего знаменитого звонкого звучания гитары в студии, записывая свой 12-струнный Rickenbacker напрямую через компрессор, чтобы подчеркнуть высокие частоты.