Akustisk modellering kan ge oss ljudet av high-end utrustning utan high-end kostnaden

Jag är musiker. Eller åtminstone jag brukade vara. Jag har inte spelat mycket under de senaste 20 åren, men jag har fortfarande min pålitliga Martin D-18 akustiska sexsträngade gitarr, som jag köpte ny på Ann Arbor Folklore Center 1971 för 371 USD (ett pris som jag kan bekräfta eftersom jag har kvar originalkvittot!). Under de mellanliggande åren skaffade jag ett par andra gitarrer, inklusive en Fender Stratocaster tillverkad i USA. När jag köpte min Strat behövde jag också en förstärkare. Jag ville ha en som skulle tillåta mig att utforska många olika ljud, vara tillräckligt kompakt för att stoppa in i ett hörn av min studio, och som inte kostade mycket.

Som inspelningsingenjör och skivproducent vet jag hur noggrant professionella gitarrister väljer den utrustning de använder för att producera sina individuella ljud. Albert Lee kommer bara att spela sin signatur Music Man elgitarr genom en Lexicon PCM 42 digital fördröjningslinje – andra fördröjningslinjer duger inte. Han äger flera av dessa vintageapparater. Och studio- och Supertrampgitarristen Carl Verheyen skojade inte när han sa till mig under intervjun för sin Collector’s Edition DVD att hans ljud beror på att använda reverb och delay: "Jag kan helt enkelt inte spela utan dem." Från instrument till kablar och processorer till förstärkare, musiker av denna kaliber definierar sig själva genom sitt ljud. Och de sparar inga kostnader för att försöka uppnå det. Låter bekant, eller hur?

För flera år sedan såg jag gitarrvirtuosen Eric Johnson kolla in en original Fender Twin Reverb-förstärkare från mitten av 1960-talet på en gitarrshow i Dallas. Eric spelade på mitt olyckliga album Jennifer Warnes för många år sedan och är en av de mest detaljorienterade musiker jag någonsin haft nöjet att spela in. Dessa musiker har öronen och resurserna att leta efter och köpa vilken utrustning de önskar. Carl har en Marshall Stack för sitt enorma rocksound och andra gitarrer och förstärkare när han vill ha en jazzigare ton. Han äger säkert några dussin gitarrer och lika många förstärkare.

Men vad ska vi andra göra? Jag vill inte ha eller behöver en annan förstärkare för varje musikstil jag gillar att spela. Jag vill ha en enda förstärkare som kan replikera ljudet från Carls Marshall-stack eller Erics vintage Fender Twin i en enda enhet. Vad ska man göra?

Akustisk modellering

Svaret är akustisk modellering. Det visar sig att i denna digitala tidsålder har smarta elektriker och innovativa programmerare skapat system som kan replikera ljudet från vilken analog utrustning som helst – inklusive gitarrförstärkare, vintage signalprocessorer, band-till-rulle-bandspelare och avancerade HiFi-utrustning. Genom att använda enormt kraftfulla – och billiga – digitala signalprocessorer är det möjligt att designa hårdvara och mjukvara som kan mäta och replikera den akustiska energin som når våra öron från vilken analog komponent, kabel eller högtalare som helst.

Denna enkla idé förbises ofta när vi strävar efter att hitta bättre och bättre ljud – det så kallade absoluta ljudet. Vi tenderar att fokusera på utrustningen, kablarna, formaten, samplingshastigheter, ordlängder och andra faktorer. I slutet av dagen är allt som betyder något de akustiska vågorna som når våra trumhinnor. Den trohet vi upplever är helt innesluten i områdena för kompaktering och sällsynthet av luftmolekylerna som når våra öron. Allt!

Jag började tänka på magin med akustisk modellering och dess potentiella tillämpning på avancerad ljud efter att ha läst ännu en löjlig recension av en "budget" linje av RCA-anslutningar, högtalarkablar och strömkablar på en annan audiofil webbplats från en välkänd kabel tillverkare. Budget betyder i det här fallet cirka 600 USD för en enmeters RCA-kabel! När du läser recensioner med lysande beskrivningar som "ljud som är sammanhängande och exakt", "scennärvaro och mikrodynamisk precision" eller "får system att låta sammanhängande och underhållande", hitta en annan informationskälla om avancerade ljudsystem. Jag inser att personlig smak och estetiska val är viktiga faktorer i vår hobby, men de måste ta en baksätet till vetenskap, ingenjörskonst och teknik – eller åtminstone borde de göra det. Vilken teknisk specifikation ska vi använda för att mäta "mikrodynamisk precision"? Kom igen. Vi förtjänar bättre.

En mäktig morphing gitarrförstärkare

För att komma tillbaka till mitt sökande efter en passande gitarrförstärkare, introducerades jag för musikinstrumentföretaget Line 6 under ett besök i min lokala musikaffär. Ägaren till butiken vände mig till Line 6, ett mycket innovativt företag som grundades 1996 av Marcus Ryle, en före detta student vid CSU Dominguez Hills (universitetet där jag för närvarande undervisar i ljudteknik). Företaget är verksamt från Calabasas, Kalifornien och har varit så framgångsrikt att Yamaha köpte dem.

Marcus hade den briljanta idén att noggrant analysera "ikoniska" gitarrförstärkare och sedan designa digitala algoritmer som kunde replikera den analoga signalvägen, kretsarna och ljudet från förstärkaren i fråga. Jag hade faktiskt chansen att besöka deras anläggning och fick en rundtur av Marcus för många år sedan. Han tog mig in i "förstärkar"-studion där de hade alla märken och modeller av de bästa gitarrförstärkarna som någonsin producerats – vintage och modern design. Line 6-ingenjörsteamet dissekerade varje krets och återskapade den analoga signalvägen med hjälp av digitala processorer och mjukvara. Och det fungerade! Min lilla Spider-förstärkare har en vridknapp som kan ändra ljudet från en Marshall-stack till en Fender Twin med vridningen av en ratt. Andra rattar och omkopplare låter användaren finjustera eller justera individuella parametrar för ett basljud.

Min hårda gitarrspelande son var inte övertygad om att allt annat än en analog förstärkare kunde leverera hans ljud, så han köpte en mycket dyr och stor Mesa Boogie-förstärkare och högtalarskåp. Det tog inte alltför lång tid innan han insåg att det inte skulle skära av att dra den där giganten upp och ner för trappor och få den in och ut ur sin bil. Han valde till slut en Line 6-förstärkare och har aldrig sett sig tillbaka.

Och det är inte bara analoga gitarrförstärkare som har ersatts av digital modellering. De flesta kommersiella inspelningar spelas in och mixas med Digital Audio Workstations (DAW) som Pro Tools, Logic eller Nuendo. Och praktiskt taget all bearbetning – utjämning, reverb, dynamikbearbetning som komprimering och limitering, etc. – som brukade göras med analog utombordsutrustning har ersatts med digitala plug-ins som modellerar deras analoga föregångare. Till exempel existerar nu den mytomspunna och "måste ha" UREI 1176-kompressorn/begränsaren i kod tillsammans med nästan alla andra vintage delar av signalbehandlingsutrustning. Jag sålde min 1176 för ett par år sedan. Det finns även digitala plug-ins som gör saker som bara kan hända i den digitala domänen.

Virtuella instrument har fått samma behandling. DAWs och andra digitala musikgeneratorer kan mycket exakt återskapa ljudet från alla akustiska trumset, tangentbord eller andra musikinstrument. Det här är egentligen inga exempel på akustisk modellering, utan snarare användningen av virtuella instrument – ​​vad vi brukade kalla samplers – dominerar mycket av den kommersiella musiken som släpps dessa dagar. Klassiska rörmikrofoner har genomgått samma modelleringsbehandling.

Mätning och modellering

Det finns tekniker för att noggrant mäta den akustiska energin som kommer in i våra öron med hjälp av mycket små och mycket exakta mikrofoner placerade precis innanför ytterörat. Som jag nämnde i mitt stycke om 3D, uppslukande ljud, AIX Studios har använts många gånger som ett idealiskt lyssningsrum och blev en favorit bland ägare av Smyth Research A8 "rumsförverkligare" för mätningar. Den här enheten återskapar de akustiska egenskaperna hos en lyssningsmiljö och en specifik uppsättning högtalare via en bearbetningsbox och en uppsättning Stax elektrostatiska hörlurar (eller andra hörlurar av god kvalitet). Ägare av Smyth-boxen skulle boka ett par timmar i mitt mix- och masterrum för att få sina personliga Head-related transfer-funktioner (HRTF) mätta och laddade i sina Smyth-enheter. I kombination med den aktiva head trackern finns det praktiskt taget ingen möjlighet att se skillnaden mellan ljud som produceras av högtalare i själva lyssningsutrymmet och den digitalt skapade versionen som produceras av Smyth Research A8 och levereras via hörlurar. Med andra ord,

Många stora efterproduktionsanläggningar har sina kvalitetskontrollpersonal mätt i sina stora dubbningssteg och sitter sedan i ett litet, garderobsstort rum för att lyssna på främmande språk dubbar genom Smyth-boxar. Ljudet från det stora flerkanalsrummet återskapas genom hörlurar. Varför slösa tid i det stora rummet när du kan modellera det via hörlurar?

Rullgardinsmenyalternativ för kablar, vintageutrustning och andra justeringar

Här är min idé för miljondollar: Låt oss uppmuntra användningen av akustisk modellering för att ge de av oss med begränsade budgetar de ljudkvaliteter av monumentalt avancerade, bredbandiga referensljudsystem till de av oss med begränsade budgetar genom magin med akustisk modellering. Om ljudet vid våra öron kan fångas och analyseras noggrant, kan de exakta parametrarna för alla ljudfaktorer identifieras och tabelleras. Amplituden för alla musikkomponenter, frekvensfördelning och omfång, fasförhållanden, annullering, distorsion och andra element kan exakt bestämmas och återskapas med hjälp av akustiska modelleringstekniker. Eftersom så mycket musik distribueras med digitala nätverk och reproduceras med mjukvaruspelare, borde det inte vara svårt att lägga till lite extra kod för att replikera vilket ljud vi vill ha. Låt oss börja med något enkelt som "ljudet"

Vi vet alla att frågan om att kablar är aktiva bidragsgivare till ljudet i ditt system är ett hett debatterat ämne. Bara under de senaste dagarna kallade en kommentator mig för ett troll för att jag inte trodde på "mikrodynamisk precision" som en egenskap hos kablar. Och en recension på en australisk audiofil webbplats ägnade de första styckena åt att avfärda alla som tror på vetenskap och ingenjörskonst innan de prisade dygderna med dyra kablar. Många audiofiler tenderar mot den subjektiva sidan av detta argument istället för att acceptera vetenskapen. Men akustisk modellering kan vara lösningen på detta irriterande problem.

Jag känner Jonathan Reichbach, rektor och ägare på Sonic Studio och programmerare för den prisbelönta mjukvaruspelaren Amarra. Tänk om jag kunde övertyga honom och andra skapare att lägga till en rullgardinsmeny eller en serie kryssrutor till sina spelare? Att välja en viss inställning skulle lägga till några rader med DSP-kod till signalvägen och modellera de exakta "ljudsegenskaperna" hos dyra RCA-anslutningar, högtalarkablar, strömkablar eller vad som helst. Jag kan föreställa mig knappar och ett tillhörande kontrollreglage som skulle tillåta enskilda användare att lägga till eller minska mängden "mikrodynamisk precision", "scennärvaro", "koherens" eller "lågnivådetaljer" till ljudet i sina system. Föreställ dig besparingarna! Istället för att behöva provspela dyra sammankopplingar, högtalarkablar och strömkablar, alla möjligheter skulle vara tillgängliga som plug-ins i de digitala musikspelarna. Om det faktiskt finns mätbara skillnader i de akustiska vågformerna som når dina öron när en USB- eller HDMI-kabel för 1 000 USD byts in över en standardkabel, mäter vi helt enkelt dessa skillnader och programmerar in dem i plug-in. Jag föreställer mig inte att avancerade kabeltillverkare kommer att stödja denna ansträngning, men teknikens frammarsch är ostoppbar.

En av mina favoritkryssrutor för kabelattribut skulle ge möjligheten att ändra kabelns riktning för de som tror att elektroner flyter bättre i en riktning i en kabel. Om du kan mäta det, då kan vi modellera det.

Men de soniska "fördelarna" med kablar skulle bara vara början. Debatter kommer säkert att fortsätta om det finns faktiska mätbara skillnader mellan kablar av olika slag. Det kan vara intressant att granska rådata från infångningsstadiet av vår analys och se om olika nätsladdar producerar olika vågformer vid våra öron.

Det råder dock ingen tvekan om att elektronik kan producera olika ljudsignaturer. Det innovativa företaget som stödjer denna idé skulle kunna skaffa den "bästa av den bästa" ljudutrustning, analysera kretsar, bygga ekvivalenter till mjukvara och tillhandahålla förinställningar som skulle replikera egenskaperna hos utrustning gjord av välkända tillverkare som McIntosh, Meridian, Goldmund, och andra. Användare skulle kunna välja sina favoriter genom att helt enkelt bläddra igenom en lista på en pekskärm och trycka på knappen Välj.

Högtalare från audiofiltillverkare som Wilson, Magico och B&W kunde också akustiskt modelleras och replikeras precis som elektronik. Faktum är att modelleringshögtalare potentiellt kan ha den största fördelen. Audiofiler skulle kunna köpa en mycket kapabel uppsättning fullsortimentshögtalare och få dem digitalt "inställda" för att matcha egenskaperna hos högtalare som kostar 100 gånger mer.

Möjligheterna är oändliga

Det skulle vara möjligt att ta saker ett steg längre och replikera processer som Master Quality Authenticated (MQA) eller Fidelizer genom akustisk modellering. När allt kommer omkring använde uppfinnarna av MQA liknande analytiska tekniker för att mäta "ljudet" från de ursprungliga mästarna för att bevara det ljudet när det återges korrekt med deras licensierade – och mycket dyra – avkodare och mjukvaruverktyg. Tänk om någon helt enkelt mätte signalerna som når våra öron genom ett dyrt MQA-utrustat system och ändrade den slutliga utsignalen för att matcha MQA-versionen genom akustisk modellering? Det finns ingen anledning till varför detta inte kunde göras. Verkligen.

Slutsats

Audiofiler förtjänar korrekt information om alla komponenter som bidrar till att återge det absoluta ljudet. Från hårdvara till mjukvara, nätsladdar till digitala sammankopplingar, vi måste maximera troheten utan att maximera kostnaderna. Akustisk modellering är svaret. Eller åtminstone är det ett svar. Arbetet och inverkan som Marcus Ryle och Line 6 har haft på musikinstrumentindustrin var revolutionerande. Plugin-programmen som Waves och Izotope tillhandahåller inspelningsindustrin har varit transformerande. Vem behöver sällsynt och dyr rörutrustning längre när en motsvarande finns tillgänglig i en rullgardinsmeny på Pro Tools? Det är dags för den audiofila industrin/konsumentelektronikindustrin att också ta till sig akustisk modellering. Inga fler $600 RCA-kablar! Inga fler Ethernet-kablar för $8000! Allt som kan göras i den analoga domänen kan göras i kod.