Modelowanie akustyczne może dać nam dźwięk high-endowego sprzętu bez wysokich kosztów

Jestem muzykiem. A przynajmniej kiedyś byłem. Nie grałem dużo w ciągu ostatnich 20 lat, ale nadal mam swoją zaufaną sześciostrunową gitarę akustyczną Martin D-18, którą kupiłem jako nową w Ann Arbor Folklore Center w 1971 roku za 371 USD (cena, którą mogę potwierdzić, ponieważ nadal masz oryginalny paragon!). W międzyczasie nabyłem kilka innych gitar, w tym Fender Stratocaster wyprodukowany w Stanach Zjednoczonych. Kupując Strata, potrzebowałem też wzmacniacza. Chciałem takiego, który pozwoli mi odkrywać wiele różnych dźwięków, będzie wystarczająco kompaktowy, aby schować się w kącie mojego studia i nie będzie dużo kosztował.

Jako inżynier dźwięku i producent muzyczny wiem, jak starannie profesjonalni gitarzyści dobierają sprzęt, którego używają do produkcji swoich indywidualnych brzmień. Albert Lee będzie grał na swojej charakterystycznej gitarze elektrycznej Music Man tylko przez cyfrową linię opóźniającą Lexicon PCM 42 – inne linie opóźniające nie wystarczą. Jest właścicielem kilku takich zabytkowych urządzeń. A gitarzysta studyjny i Supertramp, Carl Verheyen, nie żartował, kiedy powiedział mi podczas wywiadu dla jego wydania kolekcjonerskiego DVD, że jego brzmienie zależy od użycia pogłosu i opóźnienia: „Po prostu nie mogę bez nich grać". Od instrumentów po kable i procesory po wzmacniacze, muzycy tego kalibru określają się swoim dźwiękiem. I nie szczędzą pieniędzy, próbując to osiągnąć. Brzmi znajomo, prawda?

Lata temu obserwowałem wirtuoza gitary Erica Johnsona sprawdzającego oryginalny wzmacniacz Fender Twin Reverb z połowy lat 60. na pokazie gitarowym w Dallas. Eric grał na moim nieszczęsnym albumie Jennifer Warnes wiele lat temu i jest jednym z najbardziej zorientowanych na szczegóły muzyków, jakich kiedykolwiek miałem przyjemność nagrywać. Ci muzycy mają uszy i zasoby, aby znaleźć i kupić dowolny sprzęt, którego dusza zapragnie. Carl ma Marshall Stack dla swojego potężnego rockowego brzmienia i innych gitar i wzmacniaczy, kiedy chce bardziej jazzowego brzmienia. Prawdopodobnie ma kilkadziesiąt gitar i tyle samo wzmacniaczy.

Ale co ma zrobić reszta z nas? Nie chcę ani nie potrzebuję innego wzmacniacza do każdego stylu muzyki, który lubię grać. Chcę pojedynczego wzmacniacza, który będzie w stanie odtworzyć dźwięk stosu Marshalla Carla lub klasycznego Fender Twin Erica w jednym urządzeniu. Co robić?

Modelowanie akustyczne

Odpowiedzią jest modelowanie akustyczne. Okazuje się, że w erze cyfrowej sprytni inżynierowie elektrycy i innowacyjni programiści stworzyli systemy zdolne do odtwarzania dźwięku dowolnego analogowego sprzętu – w tym wzmacniaczy gitarowych, starych procesorów sygnałowych, magnetofonów szpulowych i high-endowych. Sprzęt HiFi. Korzystając z niezwykle wydajnych – i niedrogich – cyfrowych procesorów sygnałowych, możliwe jest zaprojektowanie sprzętu i oprogramowania, które mogą mierzyć i replikować energię akustyczną, która dociera do naszych uszu z dowolnego analogowego komponentu, kabla lub głośnika.

Ten prosty pomysł jest często pomijany, gdy staramy się znaleźć coraz lepszy dźwięk – tak zwany dźwięk absolutny. Zwykle koncentrujemy się na sprzęcie, kablach, formatach, częstotliwościach próbkowania, długościach słów i innych czynnikach. Pod koniec dnia ważne są tylko fale akustyczne, które docierają do naszych bębenków. Wierność, której doświadczamy, jest całkowicie zawarta w obszarach zagęszczenia i rozrzedzenia cząsteczek powietrza docierających do naszych uszu. Wszystko!

Zastanawiałem się nad magią modelowania akustycznego i jego potencjalnym zastosowaniem w high-endowym audio po przeczytaniu kolejnej niedorzecznej recenzji „budżetowej” linii interkonektów RCA, kabli głośnikowych i zasilających na innej audiofilskiej stronie znanego kabla producent. Budżet w tym przypadku to około 600 dolarów za metrowy kabel RCA! Za każdym razem, gdy czytasz recenzje, w których pada entuzjastyczne opisy, takie jak „dźwięk, który jest spójny i precyzyjny”, „obecność sceniczna i mikrodynamiczna precyzja”, „sprawia, że ​​systemy brzmią spójnie i zabawnie”, znajdź inne źródło informacji o high-endowych systemach audio. Zdaję sobie sprawę, że osobisty gust i wybór estetyczny są głównymi czynnikami w naszym hobby, ale muszą one zająć miejsce w nauce, inżynierii i technologii – a przynajmniej powinny. Jakiej specyfikacji technicznej mamy użyć do pomiaru „precyzji mikrodynamicznej”? Daj spokój. Zasługujemy na lepsze.

Wzmacniacz gitarowy Mighty Morphing

Wracając do moich poszukiwań odpowiedniego wzmacniacza gitarowego, zostałem przedstawiony firmie produkującej instrumenty muzyczne Line 6 podczas wizyty w moim lokalnym sklepie muzycznym. Właściciel sklepu skierował mnie do Line 6, bardzo innowacyjnej firmy założonej w 1996 roku przez Marcusa Ryle, byłego studenta CSU Dominguez Hills (uniwersytetu, na którym obecnie wykładam inżynierię dźwięku). Firma działa w Calabasas w Kalifornii i odniosła tak wielki sukces, że kupiła je Yamaha.

Marcus wpadł na genialny pomysł dokładnej analizy „kultowych” wzmacniaczy gitarowych, a następnie zaprojektowania cyfrowych algorytmów, które mogłyby odtworzyć ścieżkę sygnału analogowego, obwody i dźwięk danego wzmacniacza. Właściwie miałem okazję odwiedzić ich placówkę i wiele lat temu oprowadził mnie Marcus. Zabrał mnie do studia „wzmacniacza”, gdzie mieli wszystkie marki i modele najlepszych wzmacniaczy gitarowych, jakie kiedykolwiek wyprodukowano – projekty vintage i nowoczesne. Zespół inżynierów Line 6 przeanalizował każdy obwód i odtworzył ścieżkę sygnału analogowego za pomocą procesorów cyfrowych i oprogramowania. I zadziałało! Mój mały wzmacniacz Spider ma pokrętło, które może zmienić dźwięk ze stosu Marshalla na Fender Twin za jednym przekręceniem pokrętła. Pozostałe pokrętła i przełączniki pozwalają użytkownikowi na dostrojenie lub dostosowanie indywidualnych parametrów dźwięku podstawowego.

Mój ciężko grający na gitarze syn nie był przekonany, że wszystko oprócz wzmacniacza analogowego może dostarczyć jego dźwięk, więc kupił bardzo drogi i duży wzmacniacz Mesa Boogie i kolumnę głośnikową. Nie minęło dużo czasu, zanim zdał sobie sprawę, że ciągnięcie tego potwora w górę iw dół po schodach oraz wsiadanie i wysiadanie z samochodu nie będzie miało sensu. Ostatecznie zdecydował się na wzmacniacz Line 6 i nigdy nie patrzył wstecz.

I nie tylko analogowe wzmacniacze gitarowe zostały zastąpione cyfrowym modelowaniem. Większość nagrań komercyjnych jest nagrywana i miksowana przy użyciu cyfrowych stacji roboczych audio (DAW), takich jak Pro Tools, Logic lub Nuendo. I praktycznie całe przetwarzanie – korekcja, pogłos, przetwarzanie dynamiki, takie jak kompresja i limitowanie itp. – które było wykonywane na analogowym sprzęcie zewnętrznym, zostało zastąpione cyfrowymi wtyczkami, które modelują ich analogowych poprzedników. Na przykład, osławiony i „must have” kompresor/limiter UREI 1176 istnieje teraz w kodzie wraz z prawie każdym innym zabytkowym sprzętem do przetwarzania sygnału. Sprzedałem 1176 kilka lat temu. Istnieją również wtyczki cyfrowe, które robią rzeczy, które mogą się zdarzyć tylko w domenie cyfrowej.

Tak samo potraktowano instrumenty wirtualne. DAW i inne cyfrowe generatory muzyki mogą bardzo dokładnie odtworzyć dźwięk dowolnego akustycznego zestawu perkusyjnego, klawiatury lub innego instrumentu muzycznego. To nie są tak naprawdę przykłady modelowania akustycznego, ale raczej wykorzystanie wirtualnych instrumentów – tego, co zwykliśmy nazywać samplerami – dominuje w dużej części komercyjnej muzyki wydawanej w dzisiejszych czasach. Ten sam zabieg modelowania przeszły klasyczne mikrofony lampowe.

Pomiary i modelowanie

Istnieją techniki dokładnego pomiaru energii akustycznej, która dociera do naszych uszu za pomocą bardzo małych i bardzo dokładnych mikrofonów umieszczonych tuż wewnątrz ucha zewnętrznego. Jak wspomniałem w moim artykule o 3D, wciągający dźwięk, AIX Studios było wielokrotnie używane jako idealne pomieszczenie odsłuchowe i stało się ulubieńcem posiadaczy „realizatora pomieszczeń” Smyth Research A8 do pomiarów. To urządzenie odtwarza właściwości akustyczne środowiska odsłuchowego i określonego zestawu głośników za pomocą modułu przetwarzającego i zestawu słuchawek elektrostatycznych Stax (lub dowolnych słuchawek dobrej jakości). Właściciele urządzenia Smyth zarezerwowali kilka godzin w moim pokoju do miksowania i masteringu, aby zmierzyć i załadować swoje osobiste funkcje transferu głowy (HRTF) do swoich urządzeń Smyth. W połączeniu z aktywnym trackerem głowy praktycznie nie ma możliwości odróżnienia dźwięku wytwarzanego przez głośniki w rzeczywistej przestrzeni odsłuchowej od wersji stworzonej cyfrowo przez Smyth Research A8 i dostarczanej przez słuchawki. Innymi słowy,

Wiele dużych zakładów postprodukcyjnych mierzy swoich ludzi z Kontroli Jakości na swoich dużych scenach dubowych, a następnie siada w małych pomieszczeniach wielkości szafy, aby słuchać dubbingów w językach obcych przez pudełka Smyth. Dźwięk dużego wielokanałowego pomieszczenia odtwarzany jest przez słuchawki. Po co marnować czas w dużym pokoju, skoro można go modelować przez słuchawki?

Rozwijane opcje menu dla kabli, sprzętu vintage i innych poprawek

Oto mój pomysł za milion dolarów: zachęcajmy do korzystania z modelowania akustycznego, aby poprzez magię modelowania akustycznego przybliżyć dźwiękowe właściwości monumentalnie high-endowych, szerokopasmowych referencyjnych systemów audio tym z nas, którzy mają ograniczony budżet. Jeśli dźwięk w naszych uszach może być skrupulatnie uchwycony i przeanalizowany, dokładne parametry każdego czynnika dźwiękowego mogą zostać zidentyfikowane i zestawione. Amplituda wszystkich komponentów muzycznych, rozkład i zakres częstotliwości, relacje fazowe, eliminacja, zniekształcenia i inne elementy mogą być precyzyjnie określone i odtworzone za pomocą technik modelowania akustycznego. Ponieważ tak wiele muzyki jest dystrybuowane za pośrednictwem sieci cyfrowych i odtwarzane za pomocą odtwarzaczy programowych, dodanie dodatkowego kodu w celu odtworzenia dowolnego dźwięku nie powinno być trudne. Zacznijmy od czegoś prostego, jak „dźwięk”

Wszyscy wiemy, że kwestia kabli, które aktywnie przyczyniają się do brzmienia twojego systemu, jest tematem gorąco dyskutowanym. Nieco w ciągu ostatnich kilku dni komentator nazwał mnie trollem za to, że nie wierzyłem w „mikrodynamiczną precyzję” jako atrybut kabli. A recenzja na australijskiej stronie audiofilskiej poświęciła kilka pierwszych akapitów, odrzucając każdego, kto wierzy w naukę i inżynierię, przed wychwalaniem zalet drogich kabli. Wielu audiofilów skłania się ku subiektywnej stronie tego argumentu, zamiast akceptować naukę. Ale modelowanie akustyczne może być rozwiązaniem tego dokuczliwego problemu.

Znam Jonathana Reichbacha, dyrektora i właściciela Sonic Studio oraz programistę nagradzanego odtwarzacza oprogramowania Amarra. Co by było, gdybym mógł przekonać jego i innych twórców do dodania rozwijanego menu lub serii pól wyboru do swoich graczy? Wybranie konkretnego ustawienia dodałoby kilka linii kodu DSP do ścieżki sygnału i modelowało dokładne „dźwiękowe” właściwości drogich interkonektów RCA, kabli głośnikowych, przewodów zasilających lub czegokolwiek. Mogę sobie wyobrazić przyciski i powiązany z nimi suwak sterujący, który pozwalałby poszczególnym użytkownikom na dodanie lub zmniejszenie ilości „mikrodynamicznej precyzji”, „obecności na scenie”, „spójności” lub „szczegółowości na niskim poziomie” do dźwięku ich systemów. Wyobraź sobie oszczędności! Zamiast odsłuchiwania drogich interkonektów, kabli głośnikowych i zasilających, wszystkie możliwości byłyby dostępne jako wtyczki w cyfrowych odtwarzaczach muzycznych. Jeśli w rzeczywistości istnieją mierzalne różnice w kształtach fal akustycznych, które docierają do twoich uszu, gdy kabel USB lub HDMI o wartości 1000 USD zostanie zamieniony na standardowy kabel, po prostu mierzymy te różnice i programujemy je we wtyczce. Nie wyobrażam sobie, żeby producenci wysokiej klasy okablowania poparli ten wysiłek, ale marsz technologii jest nie do powstrzymania.

Jedno z moich ulubionych pól wyboru atrybutów kabla zapewniałoby możliwość zmiany kierunku kabla dla tych, którzy uważają, że elektrony w kablu lepiej płyną w jednym kierunku. Jeśli możesz to zmierzyć, możemy to zamodelować.

Ale soniczne „korzyści” kabli to dopiero początek. Debaty z pewnością będą kontynuowane nad tym, czy istnieją rzeczywiste mierzalne różnice między kablami różnych typów. Interesujące może być przejrzenie surowych danych z etapu przechwytywania naszej analizy i sprawdzenie, czy różne przewody zasilające wytwarzają różne kształty fal w naszych uszach.

Nie ma jednak wątpliwości, że elektronika jest w stanie generować różne sygnatury dźwiękowe. Innowacyjna firma, która popiera ten pomysł, mogłaby nabyć „najlepszy z najlepszych” sprzęt audio, przeanalizować obwody, zbudować odpowiedniki programowe i dostarczyć presety, które odwzorowywałyby cechy sprzętu wykonanego przez znanych producentów, takich jak McIntosh, Meridian, Goldmund, i inni. Użytkownicy będą mogli wybrać swoje ulubione, po prostu przewijając listę na ekranie dotykowym i naciskając przycisk Wybierz.

Głośniki audiofilskich producentów, takich jak Wilson, Magico i B&W, mogą być również modelowane i replikowane akustycznie, podobnie jak elektronika. W rzeczywistości, modelowanie głośników może potencjalnie przynieść największe korzyści. Audiofile mogliby kupić bardzo sprawny zestaw pełnozakresowych głośników i dostroić je cyfrowo, aby odpowiadały charakterystyce głośników kosztujących 100 razy więcej.

Możliwości są nieskończone

Można by pójść o krok dalej i odtworzyć procesy, takie jak Master Quality Authenticated (MQA) lub Fidelizer poprzez modelowanie akustyczne. W końcu wynalazcy MQA zastosowali podobne techniki analityczne do pomiaru „dźwięku” oryginalnych masterów, aby zachować ten dźwięk, gdy jest odpowiednio odtworzony przy użyciu ich licencjonowanych – i bardzo drogich – dekoderów i narzędzi programowych. Co by się stało, gdyby ktoś po prostu zmierzył sygnały docierające do naszych uszu za pomocą drogiego systemu wyposażonego w MQA i zmienił końcowy sygnał wyjściowy, aby dopasować go do wersji MQA za pomocą modelowania akustycznego? Nie ma powodu, dla którego nie można by tego zrobić. Naprawdę.

Wniosek

Audiofile zasługują na dokładne informacje o wszystkich komponentach, które przyczyniają się do odtworzenia dźwięku absolutnego. Od sprzętu po oprogramowanie, od przewodów zasilających po cyfrowe połączenia, musimy zmaksymalizować wierność bez maksymalizacji kosztów. Odpowiedzią jest modelowanie akustyczne. A przynajmniej jest to odpowiedź. Praca i wpływ, jaki Marcus Ryle i Line 6 wywarli na przemysł instrumentów muzycznych, były rewolucyjne. Wtyczki, które Waves i Izotope dostarczają przemysłowi nagraniowemu, uległy transformacji. Kto potrzebuje rzadkiego i drogiego sprzętu lampowego, gdy odpowiednik jest dostępny w rozwijanym menu w Pro Tools? Nadszedł czas, aby przemysł audiofilski/przemysł elektroniki użytkowej objął również modelowanie akustyczne. Nigdy więcej kabli RCA o wartości 600 USD! Nigdy więcej kabli Ethernet za 8000 USD! Wszystko, co można zrobić w domenie analogowej, można zrobić w kodzie.