Akustische Modellierung könnte uns den Sound von High-End-Equipment ohne die High-End-Kosten geben

Ich bin ein Musiker. Oder zumindest war ich das mal. Ich habe in den letzten 20 Jahren nicht viel gespielt, aber ich habe immer noch meine treue sechssaitige Akustikgitarre Martin D-18, die ich 1971 im Ann Arbor Folklore Center für 371 Dollar neu gekauft habe (ein Preis, den ich bestätigen kann, weil ich habe noch die Originalrechnung!). In den Jahren dazwischen erwarb ich ein paar andere Gitarren, darunter eine in den USA hergestellte Fender Stratocaster. Als ich meine Strat gekauft habe, brauchte ich auch einen Verstärker. Ich wollte einen, mit dem ich viele verschiedene Sounds erkunden kann, der kompakt genug ist, um in einer Ecke meines Studios Platz zu finden, und der nicht viel kostet.

Als Toningenieur und Plattenproduzent weiß ich, wie sorgfältig professionelle Gitarristen das Equipment auswählen, mit dem sie ihre individuellen Sounds produzieren. Albert Lee wird seine charakteristische Music Man-E-Gitarre nur über eine digitale Lexicon PCM 42-Verzögerungsleitung spielen – andere Verzögerungsleitungen reichen nicht aus. Er besitzt mehrere dieser Vintage-Geräte. Und Studio- und Supertramp-Gitarrist Carl Verheyen scherzte nicht, als er mir während des Interviews für seine Collector’s Edition DVD sagte, dass sein Sound auf Reverb und Delay beruht: "Ich kann einfach nicht ohne sie spielen." Von Instrumenten über Kabel und Prozessoren bis hin zu Verstärkern definieren sich Musiker dieses Kalibers über ihren Sound. Und sie scheuen keine Kosten, um es zu erreichen. Klingt vertraut, oder?

Vor Jahren sah ich dem Gitarrenvirtuosen Eric Johnson bei einer Gitarrenshow in Dallas zu, wie er sich einen Original-Fender-Twin-Reverb-Verstärker aus der Mitte der 1960er ansah. Eric spielte vor vielen Jahren auf meinem unglückseligen Album von Jennifer Warnes und ist einer der detailorientiertesten Musiker, die ich je aufnehmen durfte. Diese Musiker haben die Ohren und Ressourcen, um jedes Gerät zu finden und zu kaufen, das ihr Herz begehrt. Carl hat einen Marshall Stack für seinen riesigen Rock-Sound und andere Gitarren und Verstärker, wenn er einen jazzigeren Ton haben möchte. Er besitzt wahrscheinlich ein paar Dutzend Gitarren und ebenso viele Verstärker.

Aber was sollen wir anderen tun? Ich möchte oder brauche nicht für jeden Musikstil, den ich gerne spiele, einen anderen Verstärker. Ich möchte einen einzelnen Verstärker, der den Sound von Carls Marshall-Stack oder Erics Vintage-Fender-Twin in einem einzigen Gerät reproduzieren kann. Was zu tun ist?

Akustische Modellierung

Die Antwort ist akustische Modellierung. Es stellt sich heraus, dass in diesem digitalen Zeitalter clevere Elektroingenieure und innovative Programmierer Systeme entwickelt haben, die in der Lage sind, den Klang jedes analogen Geräts zu reproduzieren – einschließlich Gitarrenverstärkern, Vintage-Signalprozessoren, Reel-to-Reel-Tape-Decks und High-End HiFi-Ausrüstung. Durch den Einsatz extrem leistungsstarker – und kostengünstiger – digitaler Signalprozessoren ist es möglich, Hardware und Software zu entwickeln, die die akustische Energie messen und replizieren können, die unsere Ohren von beliebigen analogen Komponenten, Kabeln oder Lautsprechern erreicht.

Diese einfache Idee wird oft übersehen, wenn wir uns bemühen, immer besseren Klang zu finden – den sogenannten absoluten Klang. Wir neigen dazu, uns auf die Ausrüstung, die Kabel, Formate, Abtastraten, Wortlängen und andere Faktoren zu konzentrieren. Am Ende zählen nur die Schallwellen, die unser Trommelfell erreichen. Die Treue, die wir erfahren, ist vollständig in den Bereichen der Verdichtung und Verdünnung der Luftmoleküle enthalten, die unsere Ohren erreichen. Alles!

Ich habe über die Magie der akustischen Modellierung und ihre potenzielle Anwendung auf High-End-Audio nachgedacht, nachdem ich auf einer anderen audiophilen Website von einem bekannten Kabel eine weitere lächerliche Rezension einer "Budget" -Reihe von RCA-Verbindungen, Lautsprecherkabeln und Netzkabeln gelesen hatte Hersteller. Das Budget bedeutet in diesem Fall etwa 600 US-Dollar für ein ein Meter langes RCA-Kabel! Wann immer Sie Rezensionen mit begeisterten Beschreibungen wie „stimmiger und präziser Klang”, „Bühnenpräsenz und mikrodynamische Präzision” oder „lässt Systeme stimmig und unterhaltsam klingen” lesen, finden Sie eine weitere Informationsquelle über High-End-Audiosysteme. Ich erkenne an, dass persönlicher Geschmack und ästhetische Entscheidungen wichtige Faktoren in unserem Hobby sind, aber sie müssen gegenüber Wissenschaft, Technik und Technologie in den Hintergrund treten – oder sollten es zumindest. Welche technische Spezifikation sollen wir verwenden, um "mikrodynamische Präzision" zu messen? Komm schon. Wir verdienen Besseres.

Ein mächtiger Morphing-Gitarrenverstärker

Zurück zu meiner Suche nach einem geeigneten Gitarrenverstärker: Bei einem Besuch in meinem örtlichen Musikgeschäft wurde ich auf die Musikinstrumentenfirma Line 6 aufmerksam. Der Ladenbesitzer brachte mich zu Line 6, einem sehr innovativen Unternehmen, das 1996 von Marcus Ryle gegründet wurde, einem ehemaligen Studenten der CSU Dominguez Hills (der Universität, an der ich derzeit Tontechnik unterrichte). Das Unternehmen operiert von Calabasas, Kalifornien, und war so erfolgreich, dass Yamaha es gekauft hat.

Marcus hatte die brillante Idee, „ikonische” Gitarrenverstärker sorgfältig zu analysieren und dann digitale Algorithmen zu entwerfen, die den analogen Signalpfad, die Schaltung und den Klang des betreffenden Verstärkers nachbilden konnten. Ich hatte tatsächlich die Gelegenheit, ihre Einrichtung zu besuchen, und wurde vor vielen Jahren von Marcus geführt. Er nahm mich mit in das „Verstärker”-Studio, wo sie alle Marken und Modelle der besten Gitarrenverstärker hatten, die jemals produziert wurden – Vintage- und moderne Designs. Das Engineering-Team von Line 6 hat jeden Schaltkreis seziert und den analogen Signalpfad mithilfe digitaler Prozessoren und Software nachgebildet. Und es hat funktioniert! Mein kleiner Spider-Verstärker hat einen Drehknopf, der den Sound von einem Marshall-Stack zu einem Fender Twin mit einer Drehung eines Knopfes ändern kann. Andere Regler und Schalter ermöglichen dem Benutzer die Feinabstimmung oder Anpassung einzelner Parameter eines Grundsounds.

Mein hartgesottener Gitarre spielender Sohn war nicht davon überzeugt, dass irgendetwas anderes als ein analoger Verstärker seinen Sound liefern könnte, also kaufte er einen sehr teuren und großen Mesa Boogie-Verstärker und eine Lautsprecherbox. Es dauerte nicht allzu lange, bis ihm klar wurde, dass es nicht reichen würde, dieses Ungetüm Treppen rauf und runter zu schleppen und es in sein Auto hinein- und wieder herauszubekommen. Er entschied sich schließlich für einen Verstärker von Line 6 und hat es nie bereut.

Und es sind nicht nur analoge Gitarrenverstärker, die durch digitale Modellierung ersetzt wurden. Die meisten kommerziellen Aufnahmen werden mit Digital Audio Workstations (DAWs) wie Pro Tools, Logic oder Nuendo aufgenommen und gemischt. Und praktisch die gesamte Verarbeitung – Entzerrung, Reverb, Dynamikverarbeitung wie Komprimierung und Begrenzung usw. – die früher mit analogen externen Geräten durchgeführt wurde, wurde durch digitale Plug-Ins ersetzt, die ihre analogen Vorgänger modellieren. Zum Beispiel gibt es den sagenumwobenen und „must have” UREI 1176 Kompressor/Limiter jetzt zusammen mit fast jedem anderen Vintage-Signalverarbeitungsgerät im Code. Ich habe meinen 1176 vor ein paar Jahren verkauft. Es gibt auch digitale Plug-Ins, die Dinge tun, die nur im digitalen Bereich passieren können.

Virtuelle Instrumente haben die gleiche Behandlung erfahren. DAWs und andere digitale Musikgeneratoren können den Klang jedes akustischen Schlagzeugs, Keyboards oder anderen Musikinstruments sehr genau reproduzieren. Dies sind nicht wirklich Beispiele für akustische Modellierung, sondern die Verwendung von virtuellen Instrumenten – was wir früher als Sampler bezeichneten – dominiert einen Großteil der heutzutage veröffentlichten kommerziellen Musik. Klassische Röhrenmikrofone wurden der gleichen Modellierungsbehandlung unterzogen.

Messen und Modellieren

Es gibt Techniken, um die akustische Energie, die in unsere Ohren eintritt, mit sehr kleinen und hochpräzisen Mikrofonen, die direkt im Außenohr platziert werden, sorgfältig zu messen. Wie ich in meinem Artikel über 3D erwähnt habe, immersives Audio, AIX Studios wurde viele Male als idealer Hörraum genutzt und wurde zum Favoriten der Besitzer des Smyth Research A8 „Room Realiser” für Messungen. Dieses Gerät reproduziert die akustischen Eigenschaften einer Hörumgebung und eines bestimmten Satzes von Lautsprechern über eine Verarbeitungsbox und einen Satz elektrostatischer Stax-Kopfhörer (oder jeden anderen hochwertigen Kopfhörer). Besitzer der Smyth-Box würden ein paar Stunden in meinem Misch- und Mastering-Raum buchen, um ihre persönlichen kopfbezogenen Übertragungsfunktionen (HRTF) messen und in ihre Smyth-Geräte laden zu lassen. In Kombination mit dem aktiven Headtracker gibt es praktisch keine Möglichkeit, den Klang, der von Lautsprechern im tatsächlichen Hörraum erzeugt wird, von der digital erzeugten Version zu unterscheiden, die vom Smyth Research A8 produziert und über Kopfhörer geliefert wird. Mit anderen Worten,

Viele große Postproduktionsstätten lassen ihre Qualitätskontrollmitarbeiter in ihren großen Dub-Bühnen vermessen und sitzen dann in kleinen, schrankgroßen Räumen, um fremdsprachige Dubs über Smyth-Boxen zu hören. Der Klang des großen Mehrkanalraums wird über Kopfhörer nachgebildet. Warum Zeit im großen Raum verschwenden, wenn Sie ihn über Kopfhörer modellieren können?

Dropdown-Menüoptionen für Kabel, Vintage-Ausrüstung und andere Tweaks

Hier ist meine Millionen-Dollar-Idee: Lassen Sie uns die Verwendung von Acoustic Modeling fördern, um die klanglichen Qualitäten von monumentalen High-End-Referenz-Audiosystemen mit großer Bandbreite durch die Magie von Acoustic Modeling zu denen von uns mit begrenztem Budget zu bringen. Wenn der Schall an unseren Ohren akribisch erfasst und analysiert werden kann, können die genauen Parameter jedes Schallfaktors identifiziert und tabelliert werden. Die Amplitude aller Musikkomponenten, Frequenzverteilung und -bereich, Phasenbeziehungen, Auslöschung, Verzerrung und andere Elemente können mithilfe akustischer Modellierungstechniken präzise bestimmt und nachgebildet werden. Da so viel Musik über digitale Netzwerke verbreitet und mit Software-Playern reproduziert wird, sollte es nicht schwierig sein, zusätzlichen Code hinzuzufügen, um jeden gewünschten Sound zu replizieren. Beginnen wir mit etwas Einfachem wie dem "Sound"

Wir alle wissen, dass Kabel, die aktiv zum Sound Ihres Systems beitragen, ein heiß diskutiertes Thema sind. Gerade in den letzten paar Tagen hat mich ein Kommentator einen Troll genannt, weil ich nicht an „mikrodynamische Präzision” als Eigenschaft von Kabeln glaube. Und eine Rezension auf einer australischen audiophilen Website verbrachte die ersten paar Absätze damit, jeden abzulehnen, der an Wissenschaft und Technik glaubt, bevor sie die Vorzüge teurer Kabel lobte. Viele Audiophile neigen zur subjektiven Seite dieses Arguments, anstatt die Wissenschaft zu akzeptieren. Aber akustische Modellierung könnte die Lösung für dieses ärgerliche Problem sein.

Ich kenne Jonathan Reichbach, den Direktor und Eigentümer von Sonic Studio und Programmierer des preisgekrönten Softwareplayers Amarra. Was wäre, wenn ich ihn und andere Hersteller davon überzeugen könnte, ihren Playern ein Dropdown-Menü oder eine Reihe von Kontrollkästchen hinzuzufügen? Die Auswahl einer bestimmten Einstellung würde dem Signalpfad einige Zeilen DSP-Code hinzufügen und die genauen "klanglichen" Eigenschaften teurer RCA-Verbindungen, Lautsprecherkabel, Netzkabel oder was auch immer modellieren. Ich kann mir Schaltflächen und einen zugehörigen Schieberegler vorstellen, die es einzelnen Benutzern ermöglichen würden, die Menge an „mikrodynamischer Präzision”, „Bühnenpräsenz”, „Kohärenz” oder „Details auf niedriger Ebene” zum Klang ihrer Systeme hinzuzufügen oder zu verringern. Stellen Sie sich die Einsparungen vor! Anstatt teure Verbindungen, Lautsprecherkabel und Netzkabel vorsprechen zu müssen, alle Möglichkeiten wären als Plug-Ins in den digitalen Musikplayern verfügbar. Wenn es tatsächlich messbare Unterschiede in den akustischen Wellenformen gibt, die Ihre Ohren erreichen, wenn ein 1000-Dollar-USB- oder HDMI-Kabel gegen ein Standardkabel ausgetauscht wird, dann messen wir einfach diese Unterschiede und programmieren sie in das Plug-in. Ich kann mir nicht vorstellen, dass High-End-Kabelhersteller diese Bemühungen unterstützen werden, aber der Vormarsch der Technologie ist nicht aufzuhalten.

Eines meiner bevorzugten Kontrollkästchen für Kabelattribute würde die Möglichkeit bieten, die Richtung des Kabels für diejenigen zu ändern, die glauben, dass Elektronen in einem Kabel besser in eine Richtung fließen. Wenn Sie es messen können, können wir es modellieren.

Aber die klanglichen "Vorteile" von Kabeln wären nur der Anfang. Ob es tatsächlich messbare Unterschiede zwischen Kabeln verschiedener Typen gibt, wird sicherlich weiter diskutiert werden. Es könnte interessant sein, die Rohdaten aus der Erfassungsphase unserer Analyse zu überprüfen und zu sehen, ob verschiedene Netzkabel unterschiedliche Wellenformen an unseren Ohren erzeugen.

Es besteht jedoch kein Zweifel, dass die Elektronik in der Lage ist, unterschiedliche Klangsignaturen zu erzeugen. Das innovative Unternehmen, das diese Idee unterstützt, könnte die "Besten der Besten" Audiogeräte erwerben, die Schaltungen analysieren, Softwareäquivalente erstellen und Voreinstellungen bereitstellen, die die Eigenschaften von Geräten bekannter Hersteller wie McIntosh, Meridian, Goldmund, und andere. Benutzer könnten ihre Favoriten auswählen, indem sie einfach durch eine Liste auf einem Touchscreen scrollen und die Schaltfläche „Auswählen” drücken.

Lautsprecher von audiophilen Herstellern wie Wilson, Magico und B&W könnten ebenso wie Elektronik akustisch modelliert und repliziert werden. Tatsächlich könnte die Modellierung von Lautsprechern möglicherweise den größten Nutzen haben. Audiophile könnten ein sehr leistungsfähiges Set von Breitbandlautsprechern kaufen und sie digital "abstimmen" lassen, um sie an die Eigenschaften von Lautsprechern anzupassen, die 100-mal teurer sind.

Die Möglichkeiten sind endlos

Es wäre möglich, noch einen Schritt weiter zu gehen und Prozesse wie Master Quality Authenticated (MQA) oder Fidelizer durch akustische Modellierung zu replizieren. Schließlich haben die Erfinder von MQA ähnliche Analysetechniken verwendet, um den „Klang” der Originalmaster zu messen, um diesen Klang bei richtiger Reproduktion mit ihren lizenzierten – und sehr teuren – Decodern und Softwaretools zu erhalten. Was wäre, wenn jemand einfach die Signale, die unsere Ohren erreichen, durch ein teures, mit MQA ausgestattetes System misst und das endgültige Ausgangssignal durch akustische Modellierung an die MQA-Version anpasst? Es gibt keinen Grund, warum dies nicht getan werden könnte. Wirklich.

Fazit

Audiophile verdienen genaue Informationen über alle Komponenten, die zur Wiedergabe des absoluten Klangs beitragen. Von der Hardware bis zur Software, von Netzkabeln bis zu digitalen Verbindungen müssen wir die Wiedergabetreue maximieren, ohne die Kosten zu maximieren. Akustische Modellierung ist die Antwort. Oder zumindest ist es eine Antwort. Die Arbeit und der Einfluss, den Marcus Ryle und Line 6 auf die Musikinstrumentenindustrie hatten, waren revolutionär. Die Plug-Ins, die Waves und Izotope der Aufnahmeindustrie zur Verfügung stellen, waren transformierend. Wer braucht noch seltenes und teures Röhrenequipment, wenn ein Äquivalent in einem Dropdown-Menü in Pro Tools verfügbar ist? Es ist an der Zeit, dass sich auch die audiophile Industrie/Unterhaltungselektronikbranche der akustischen Modellierung zuwendet. Keine 600-Dollar-RCA-Kabel mehr! Keine 8000-Dollar-Ethernet-Kabel mehr! Alles, was im analogen Bereich gemacht werden kann, kann im Code gemacht werden.