Имитаторы магнитной ленты
Имитаторы магнитной ленты (сатураторы) - еще одна ипостась "угромчителей", но построенная на совершенно ином принципе: использовании математического моделирования динамических характеристик магнитной ленты. Технология обработки звука, построенная на этом принципе, позволяет добиться значения кросс-фактора, приближенного к кросс-фактору фонограммы, сведенной на магнитную ленту. Что же происходит в этом случае с фонограммой, и чем она отличается от фонограммы, обработанной пик-лимитером?
Прежде всего, при реализации алгоритма сатурации не существует такого понятия, как порог срабатывания. Интермодуляционная и гармоническая составляющие в контрольном миксе присутствуют всегда - даже при уровне входного сигнала порядка -36 dBfs. По мере роста уровня сигнала коэффициенты паразитных колебаний линейно растут вместе с ним, пока не достигнут некой точки, характеризующей область насыщения, в которой рост уровня прекращается. Точку эту, как правило, располагают чуть ниже уровня 0 dBfs, что позволяет не беспокоиться о том, что сигнал после обработки сатуратором окажется перегруженным.
Уменьшение кросс-фактора фонограммы происходит за счет нелинейности проходной характеристики алгоритма в области низких уровней сигнала (рис. 14). Сигналы с низким уровнем усиливаются больше, чем сигналы с уровнем высоким. Степень этого усиления задается при установке параметров обработки регулятором уровня сатурации (Drive или аналогичным). На графике рисунка 14 кривая Uвых1 соответствует максимальной сатурации алгоритма, Uвых3 - минимальной, Uвых2 - среднему ее значению. Несложно заметить, что чем выше установленный уровень сатурации, тем выше усиление низкоуровневых составляющих сигнала, и тем выше будет среднеквадратичное значение уровня. Естественным минусом этого способа увеличения громкости является заметный рост интермодуляционных и гармонических искажений в зависимости от уровня сигнала и установленного уровня сатурации. Это ограничивает применение сатураторов преимущественно областью трекинга, когда обрабатываемые сигналы имеют сравнительно узкий спектр, а являющиеся следствием применения эффекта интермодуляционные искажения просто участвуют в формировании тембра инструмента, не загрязняя акустическую среду всего произведения.
Steinberg Magneto 1.5 Классический пример сатуратора, даже внешне оформленный в виде аналогового магнитофона (рис. 15). Индикаторы уровня, выполненные в виде классических стрелочных VU-метров с переключаемыми режимами индикации (Input, On tape, Output), скорее, являются элементом стильного дизайна, чем реальными измерительными приборами, хотя в какой-то особой неточности их упрекнуть нельзя. Во всяком случае, с их помощью регулятор входного уровня (Input) позволяет установить референсный "ноль" на входе алгоритма, чтобы далее оперировать только регулятором Drive для получения нужного уровня сатурации. Установка переключателя скорости движения ленты в положение "30 IPS" (76 см/сек) позволяет имитировать более высокое значение уровня остаточной намагниченности ленты, увеличить полосу пропускания алгоритма в сторону высоких частот и немного уменьшить кросс-фактор, правда, за счет роста интермодуляционных искажений. HF Adjust - своеобразный имитатор регулятора тока подмагничивания, хотя на самом деле он просто регулирует тембр звука в ВЧ области.
На рисунке 16 представлены семейство передаточных характеристик алгоритма и кривые роста гармонических и интермодуляционных искажений в зависимости от уровня входного сигнала. Кривые с индексом "1" (Uвых1 - проходная характеристика, К(г)1 - коэффициент гармонических искажений, К(и)1 - коэффициент интермодуляционных искажений) показывают зависимость перечисленных величин от уровня сигнала на входе при регуляторе Drive, установленном в положение 7,3; кривые без индекса относятся к измерениям, сделанным в состоянии Drive = 10 (значение по умолчанию). На графике виден рост уровня искажений с повышением уровня входного сигнала. Кривые передаточных характеристик стремятся к нулю, но нигде не пересекают оси координат, то есть, при использовании Magneto не придется беспокоиться о перегрузке. Конечно, если регулятор выходного уровня Output установлен на 0 дБ.
Спектр паразитных колебаний очень узок - только третья гармоника для сигналов низкочастотной части спектра и две гармоники (2-я и 3-я) для средне-высокочастотной части (рис. 17). Каждая из высокочастотных гармоник (1 кГц, 2 кГц и 3 кГц) окружена интермодуляционными колебаниями с частотой, отличающейся от основной частоты на 30 Гц. Здесь и далее производится спектральный анализ того же контрольного микса, который применялся для анализа пик-лимитеров. Режим обработки выбирался из расчета повышения уровня обработанного микса на 1 дБ только за счет сатурации. Коэффициент гармоник в этом режиме обработки составил 2,16%, а коэффициент интермодуляционных искажений - 2,31%.
AIPL Warm Tone 2.2 Модуль имеет забавный интерфейс с примитивными фейдерами (рис. 18) и 24-разрядную внутреннюю математику. Хотя он имитирует не только магнитную ленту, но и ламповые каскады усиления, рассмотрим лишь его сатураторные способности.
Органы управления процессом представлены скупо: Drive (уровень сатурации), Envelope (плавность перехода от линейной части динамической характеристики к нелинейной - другими словами, регулятор перехода от Hard Knee к Soft Knee) и аттенюатор выхода. Остальные регуляторы относятся к блоку лампового симулятора, который в нашем случае отключен. Кнопочка ProSound служит для активизации более точного алгоритма вычислений, хотя разрядность вычислений при этом не изменяется. В основной пакет поставки, кстати сказать, эта кнопочка не входит - за ее активизацию придется доплатить 30$. Снизу справа спряталась кнопочка Dither, включающая алгоритм дизеринга для корректного возврата к 16 разрядам после обработки (если это, конечно, нужно).
Проходные характеристики и уровни гармоник обработанного сигнала представлены на рисунке 19. Кривые с индексом "1" относятся к измерениям в режиме Drive = 3, с индексом "2" - Drive = 6.
В режиме увеличении уровня сигнала на 1 дБ коэффициенты гармоник и интермодуляции составили 4,3% и 3,9% соответственно - приблизительно в два раза больше, чем в предыдущем случае. Спектральный анализ контрольного файла (рис. 20) показал более широкий спектр колебаний по сравнению со Steinberg Magneto, за счет большего количества гармоник (вплоть до 11-й).
CakeWalk Tape Simulator Сатуратор из набора Cakewalk Audio FX 2. Модуль представляет больше возможностей вмешательства в звук, но при этом совершенно не следит за уровнем выходного сигнала - в процессе обработки вполне можно "вылететь" за пределы 0 dBfs. Регуляторы (рис. 21) подробно описывать не имеет смысла. Уровень сатурации устанавливается регулятором Warmth, но зависит и от значения Rec Level. Регулятор Hiss добавляет в сигнал характерное шипение магнитной ленты. В правой части - регулятор скорости движения ленты и переключатель кривых эквализации. Другими словами, перед разработчиками стояла задача добиться не максимальной верности имитации, а максимальной возможности в нее вмешаться, что свойственно именно алгоритмам, применяемым в роли эффектов.
Проходная характеристика модуля представлена на рис. 22. Данные с коэффициентом "1" получены при измерении в режиме Warmth = 0, с коэффициентом "2" - Warmth = 10. В первом случае при уровне входного сигнала -3 dBfs произошло повышение выходного уровня в область перегрузки. Во втором случае подобное наблюдалось при уровне входа -5 dBfs. Такой подход позволил сохранить уровень искажений довольно низким, хотя и несколько ограничил сферу применения алгоритма в силу необходимости следить за уровнем выходного сигнала. При повышении уровня контрольного микса на 1 дБ в положении регулятора сатурации, равном 10, уровень гармонических и интермодуляционных искажений составил 2,17% и 1,5% соответственно.
Хотя уровень гармоник и ниже, чем в предыдущем алгоритме, спектр их несколько шире (рис. 23).
Hyperprism Tube/Tape Saturator Имитатор от Arboretum Systems (рис. 24). Как видно из названия, включает в себя не только имитатор ленты, но и имитатор лампового усилительного каскада, который, как и в предыдущем подобном случае, рассматриваться не будет.
Реализация алгоритма сатурации мало отличается от уже рассмотренных. Уровень добавляемых гармонических и интермодуляционных искажений определяется положением регулятора Gain, их спектр - регулятором Warmth (рис. 25, черный график - регулятор Warmth в положении 0%, серый график - регулятор Warmth в положении 100%). Переключатель Saturation Type мало влияет на характер звука (в нашем случае сравниваются только два типа из четырех - Tape type1 и Tape type2), во втором положении просто немного уменьшается уровень третьей гармоники и возрастает уровень последующих. Регулятор качества обработки Quality Level позволяет изменять внутреннюю точность вычислений и регулировать тем самым потребность алгоритма в процессорном времени. В принципе, при работе на 386SX наличие такой возможности может выглядеть актуальным, но при серьезном подходе вряд ли кто-то будет использовать для работы со звуком маломощный компьютер. Так что, вероятнее всего, переключатель Quality Level является не более, чем атавизмом.
Передаточная характеристика алгоритма представлена на рисунке 26. Кривые с индексом 1 характеризуют процесс с регулятором Gain, установленным в положение 4, графики с индексом 2 - при Gain, равном 8. Регулятор Warmth в обоих случаях установлен в среднее положение (50%). Из графика видно, что выходной сигнал ни при каких обстоятельствах не превышает отметку "0 dBfs", что позволяет не следить за его уровнем.
Следует добавить, что при установленных высоких уровнях сатурации алгоритм вносит заметное постоянное смещение (DC Offset) в обработанный фрагмент (рис. 27). Коэффициент гармоник при этом легко достигает 10%, коэффициент интермодуляционных искажений - немногим меньше 7,5%.
PSP MixSaturator Единственный из рассмотренных модулей, произведенный в Восточной Европе - в Польше. Практически первая заявка кого-либо из стран бывшего социалистического лагеря на приличную разработку из области обработки звука (не считая прекрасной программы Virtual Audio Cable Евгения Музыченко). От ранее рассмотренных алгоритмов отличается поддержкой протокола VST. DirectX-версии модуля не существует. В связи с этим, для тестирования алгоритма использовалась хост-программа Steinberg WaveLab 3.03d, поддерживающая протокол VST.
Модуль (рис. 28) имеет внутреннюю точность вычислений 32 бита и состоит из трех независимых частей - собственно сатуратора, алгоритма обработки низкочастотной части спектра и средне-высокочастотного алгоритма. Два последних блока отключаются с помощью кнопок Bass и Treble, расположенных под индикаторами уровня прямо над соответствующими секциями панели управления. Они служат, скорее, для придания звуку характерной перегруженной окраски с очень широкими возможностями вмешательства в темброобразование. Роль, которую они выполняют, - это реализация своего рода "ухудшайзера", но с уклоном не в щелчки, потрескивания и прочие атрибуты грамзаписи, а в разные виды искажений, свойственные именно магнитной ленте, к тому же представленные в гипертрофированной форме.
Сам механизм сатурации традиционно управляется двумя регуляторами: фейдером Drive и переключателем типа сатурации Shape. Доступны три "ламповых" алгоритма и три алгоритма имитации аналогового магнитофона с разными параметрами генерируемых гармоник. На проходной характеристике (рис. 29) кривая с индексом "1" соответствует алгоритму Tape1 при регуляторе Drive, установленном в положение "30%", кривая "2" - алгоритму Tape2 при том же 30%-ном драйве.
Спектр генерируемых искажений узок почти так же, как у Steinberg Magneto (рис. 30), а уровень их (при увеличении уровня тестового микса на 1 дБ) даже ниже - около 1,6% против 2,16% (гармоники) и 2,31% (интермодуляция) у Magneto. Уровень выходного сигнала никогда не превышает 0dBfs.
