Технические характеристики. Большинство студийных устройств обработки звука имитируют эффекты, которые существуют в реальной жизни

Вступление

Большинство студийных устройств обработки звука имитируют эффекты, которые существуют в реальной жизни. Но устройства изменения высоты тона - pitch shifters - относятся к совершенно особому типу процессоров, так как тот сигнал, что получается в результате их работы, не имеет аналога в природе.

Впервые устройство сдвига высоты тона было разработано компанией Eventide. Их процессор получил название "Eventide Harmonizer". Сейчас существует множество других компаний, выпускающих как pitch shifters, так и модули мультиэффектов, в меню которых есть функция изменения высоты тона. Таким образом, слово "гармонайзер" стало нарицательным для обозначения процессоров такого типа (хотя это очень не нравится компании Eventide).

Pitch shifter, кажется, делает невозможное: он позволяет получить копию входного сигнала, причем высота тона этой копии может быть изменена на величину от нескольких центов до октавы и более. К тому же процесс задержки составляет всего несколько миллисекунд. Не производится ускорения или замедления (как в случае с магнитофоном, скорость которого можно регулировать). В отличие от цифровой задержки, выходной сигнал устройства сдвига высоты тона появляется в то же мгновение, что и сигнал на его входе.

Величина изменения тона устанавливается в полутонах. Есть регулятор точной настройки ("fine tune"), при помощи которого можно внести расстройку в звучание "сдвинутого" сигнала. Поскольку величина сдвига в простом гармонайзере обычно неизменна, то число полезных интервалов ограничено: параллельные кварты, квинты и октавы. Однако гармонайзер эффективен в работе со всеми типами сигналов: монофоническими, полифоническими, перкуссией и сустейном.

Прежде чем рассматривать, как применяются устройства pitch shifter в звукозаписи, имеет смысл заглянуть внутрь них и понять, как они работают. Это даст некоторое представление о том, какие у них есть ограничения.

Гармонайзер, как и DDL и ревербератор, сначала переводит сигнал в цифровой вид. Конструкция в общем сходна с тем, как устроена короткая линия задержки, но есть одна особенность: сигнал записывается в память с фиксированной скоростью, а считывание может производиться быстрее или медленнее - в зависимости от того, вверх или вниз относительного входного сигнала должен быть изменен тон. Если считывание из памяти происходит быстрее, чем шла запись, то все данные будут использованы до того, как в память будут введены новые цифры. И наоборот: если считывание идет медленнее, то не хватит времени вывести все данные. Когда делается сдвиг тона на октаву вверх, то считывание из памяти должно идти в два раза быстрее, чем запись. Эту проблему не так-то легко решить.

Сигнал поступает в память в виде очень коротких секций, и каждая секция обрабатывается прежде, чем поступила следующая. Длина секции определяется задержкой обработки. В случае, когда высота тона повышается, сигнал, считываемый из памяти, используется прежде, чем в память поступает следующая секция; если при этом нужно сохранить временные характеристики (time scale), то требуется чем-то заполнить короткий промежуток, получившийся между секциями в результате более высокой скорости считывания.

На практике этот промежуток заполняется повторением уже обработанного сигнала, так что часть сигнала слышна дважды. На первый взгляд это может показаться странным, но если секции достаточно коротки, повторение их не вызывает серьезного изменения формы огибающей сигнала. В случае замедления скорости считывания получается, что секция на выходе процессора имеет большую длину, чем нужно. Поэтому такой сигнал прерывают раньше, чем он кончится. Тем самым теряется часть информации. Но, если секции достаточно короткие, это не влияет на качество сигнала.

Существует одна проблема. Нужно собрать в единое целое все секции сигнала, но, поскольку они были сдвинуты по высоте, формы аудиосигналов не слишком хорошо подходят друг к другу. Получается электронный эквивалент того, как если ленту с фонограммой склеить более 100 раз в течение одной секунды: все разрывы в огибающей будут звучать при воспроизведении такой ленты как щелчки или glitches.

Существует несколько способов уменьшения эффекта glitching. Вместо того, чтобы присоединять начало одной секции к концу другой, делают "перехлест": уровень сигнала в конце первой секции понижается, уровень сигнала в начале следующей секции увеличивают на ту же величину. Это позволяет избежать щелчков точно так же, как это делается с сэмплами (cross-fade looping).

Другой способ состоит в том, что секции присоединяются друг к другу в момент перехода напряжения через ноль. Однако это требует хорошего программного обеспечения и не позволяет совершенно скрыть нарушение непрерывности.

Разные фирмы разработали свои подходы к этой проблеме, но при выборе недорогого гармонайзера вариантов почти не существует. Даже если нет щелчков, то присутствуют побочные эффекты. Если вы знаете, как работает сэмпл, то вам известно, что формы волн с каждого конца петли (loop) должны совпадать по амплитуде и фазе, иначе уровень сигнала будет меньше, так как часть волн вычитают друг друга. В сэмплах это дает эффект тремоло, а в гармонайзерах тремоло достигает величины 100 Гц, то есть происходит полная расстройка. При небольших сдвигах это еще не так заметно, но при сдвиге на полутон и больше это становится серьезной проблемой.

Дорогие гармонайзеры лишены такого недостатка, так как в их конструкции использована новейшая компьютерная техника. Но в тех моделях, что предназначены для домашней звукозаписи, всегда есть слышимые побочные эффекты, поэтому при покупке надо разобраться, для чего данная модель может использоваться, для чего - нет.

Возможности

Выше уже было сказано о регуляторах грубого и точного сдвига (coarse, fine). Во многих гармонайзерах имеется возможность управления другими параметрами. Во-первых, может иметься цепь задержки, то есть сигнал с измененной высотой тона может быть задержан по отношению к входному. Это используется для более натурального имитирования искусственной двойной дорожки: два инструмента играют одно и то же, но есть небольшая разница во времени и высоте. Время задержки может быть таким же, как во всех недорогих DDL (максимум 500 мс и более).

Регулятор "mix" позволяет установить баланс между обработанным и необработанным сигналом. При подключении гармонайзера через точки посылов на эффекты этот регулятор должен быть установлен таким образом, чтобы на выходе был только обработанный сигнал. Существует также система измерения уровня входного сигнала (чтобы была возможность получить оптимальный уровень на входе при минимальных шумах и искажениях на выходе).

Если есть линия задержки, то скорее всего есть и регулятор обратной связи - для создания многочисленного эха, что в комбинации с изменением высоты тона позволяет получить некоторые интересные эффекты. Установив сдвиг высоты входного сигнала на полтона вверх, каждое следующее эхо будет повышаться на полутон относительно предшествующего до тех пор, пока не станет настолько высоким, что не будет слышно. И наоборот: сдвиг сигнала на полтона вниз вызовет понижение эха. Такое спиральное изменение тона, конечно, звучит неестественно, но может быть использовано в особых случаях. Сдвиг на четыре полутона дает эффект арпеджио уменьшенного септаккорда. Но чтобы придать звуку едва заметное "мерцание", нужно небольшое изменение высоты тона. Короткое время задержки (менее 100 мс) придает звуку металлический оттенок. Если здесь применить спиральное повышение тона, то можно совершенно скрыть натуральное звучание: слушатель никогда не догадается, какой инструмент играет.

Даже в недорогих гармонайзерах обычно имеется возможность одновременной установки двух разных сдвигов. Таким образом, если на входе одна нота, то на выходе - аккорд из трех. Можно сделать октавное удвоение (вверх и вниз). Такие модели обычно имеют разные выходы для каждого из измененных звуков (гармоний), что позволяет создать интересный стереоэффект.

Управление по МИДИ

Другие модели умеют возможность получения МИДИ-информации от секвенсера или клавиатуры для установки величины сдвига. Обычно сделано так, что среднее "до" не вызывает изменения высоты тона, клавиша "ре" соответствует повышению на полтона и так далее. Это означает, что та нота, которая извлекается на клавиатуре, не связана непосредственно с той нотой, что будет на выходе гармонайзера; она указывает только на величину сдвига. Этот способ работы позволяет получить в реальном времени разное количество гармоний.

Например, если информация о сдвиге заложена в синтезаторе, синхронизованном с лентой, то вокальная партия, записанная на ленте, может быть обработана на этапе сведения, и получится трехчастная гармония.

В последнее время стали применять цепь слежения за высотой входного сигнала (pitch following circuitry). Несмотря на то, что цепь работает только с моносигналами, такие гармонайзеры широко используются. Процессор знает, какая нота поступает на вход, и делает вычисления сдвига, чтобы получить заданную гармонию. Если в компьютере есть библиотека ладов, достаточно задать гармонайзеру ключ и лад (тональность и тип гаммы). Все дальнейшее происходит автоматически: создаются правильные гармонии в реальном времени.

Технические характеристики

В техническом описании гармонайзера обычно указано, какова максимальная величина изменения высоты тона, максимальное время задержки и ширина полосы частот. Но там не сказано, как звучит гармонайзер. Он звучит тем лучше, чем эффективнее работает система устранения glitches. Поэтому все недорогие модели звучат плохо, причем каждая по-своему.

Основная проблема - эффект расстройки, вызванный модуляцией частоты секции на выходе. Причем этот эффект нельзя устранить никаким регулятором. Чем больше сдвиг, тем хуже эффект. На практике это означает, что сигнал, сдвинутый более чем на полутон, должен быть смешан с частью необработанного сигнала, чтобы скрыть эффект расстройки. Это не относится к ударным и перкуссии, так как у этих инструментов слишком короткий звук, и расстройка не будет слышна. Вообще, чем сложнее звук, тем меньше слышны побочные эффекты. Например, "чистая" электрогитара будет искажена гораздо сильнее, чем гитара с эффектом "дисторшн" или "хриплый" саксофон.

Даже если гармонайзер устанавливает временные характеристики (time scale) входного сигнала, звук выходного сигнала будет изменяться в зависимости от изменения высоты точно так же, как это происходит при изменении скорости ленты. Это означает, что голос становится "кукольным" при сдвиге высоты вверх на большой интервал, или делается "замогильным" при понижении. Это используется как спецэффект, но в обычной музыке мало применимо.

Выбор частотной характеристики зависит от того, должен ли выходной сигнал быть смешан с необработанным или используется сам по себе. Во втором случае следует приобрести гармонайзер с полосой частот 12 кГц. Если вы собираетесь использовать сигнал только смешанным (как это обычно и делается), то купите устройство с шириной полосы 10 кГц или даже меньше. Как и при выборе цифровой задержки, помните, что число бит определяет шум устройства, поэтому лучше покупать 16-битовую модель.

Другой важный фактор, который оказывает влияние на качество работы гармонайзера, - время обработки (processing delay). Эта характеристика должна быть достаточно короткой, чтобы гармонии начинали звучать в тот же момент, когда появился основной сигнал, то есть менее 10 мс. Если время обработки длиннее, то при помощи такого гармонайзера можно получить хорошую искусственную двойную дорожку или быстрое эхо, следующее сразу за сигналом; но вы не сможете избавиться от этих эффектов, когда они вам будет не нужны.

Соединения

Гармонайзер подключается точно так же, как DDL, то есть через посылы на обработку. Возврат может быть сделан через точку возврата на пульте или через свободный канал. Если требуется использовать гармонайзер только в одном канале, тогда имеет смысл подключить его через точку разрыва данного канала. В этом случае баланс между "сухим" и обработанным сигналами устанавливается регулятором "mix" гармонайзера. Если гармонайзер имеет два выхода, то можно подать сигнал со второго выхода через свободный канал.