Emulátory magnetického záznamu zvuku

Odpovědět
ondra.urban
Příspěvky: 60
Registrován: 31 led 2006 09:57

Emulátory magnetického záznamu zvuku

Příspěvek od ondra.urban » 21 bře 2014 10:22

Vlastnosti magnetického záznamu a přehled plug-inů pro jeho emulaci.

Současnému záznamu zvuku vévodí až na výjimky digitální technika. Podíváme-li se ale zhruba o nějakých patnáct dvacet let zpátky, nebylo tomu tak. V nahrávacích studiích byly tehdy pro primární vícestopý záznam a finální mix stále využívány magnetofony. I přes nesporné výhody, které současná digitální technika nabízí zejména v oblasti střihu, mixu, využití efektů a v jiných fázích zpracování nahrávky, existuje celá řada softwarových nástrojů, které se vrací po zvukové stránce do starých dobrých dob a nabízejí více či méně věrnou emulaci charakteru magnetického záznamu.

Princip magnetického záznamu zvuku
Magnetický záznam zvuku využívá pro uchování zvukové informace pohyblivý pásek a pevnou magnetofonovou hlavu. Jedná se o tzv. lineární záznam zvuku. Zvuková infomace je při kontaktu pásku a hlavy uchována v podobě změn magnetizace tzv. magnetických domén, které si můžeme zjednodušeně představit jako miniaturní magnety rozprostřené v tenké vrstvě na mechanickém nosiči - pásku, vyrobeném nejčastěji z polyesteru.

Vývoj magnetického záznamu zvuku na pásek započal již v roce 1928 v Německu a svým principem navázal na magnetický záznam na pohybující se drát, k jehož objevení došlo ještě o několik let dříve. Doposud nevratný mechanický záznam na desky nemohl dále konkurovat záznamu do magnetofonu, který bylo možno libovolně přemazávat a stříhat a to navíc s výhodou postupně se zvyšující zvukové kvality bez rušivého praskotu.

Kromě zdokonalování součástí magnetofonů a pásků došlo k rozvinutí metod vícestopého záznamu: každá stopa nese jinou informaci, stop je 24 i více. Studiové vícestopé magnetofony dosáhly svého vrcholu vývoje v období osmdesátých let, kdy začaly být vytlačovány rozvíjející se digitální technikou - DAT magnetofony, ADATy a hard-disk recordingem.

Postupně mizí ale i digitální magnetofony, které využívají jiný princip uchování informace, ale stále se jedná o lineární a tudíž těžkopádný princip záznamu na pásek.

Rozmach digitální techniky umožnil vznik nelineárního principu záznamu, který známe pod pojmem hard-disk recording. Díky možnostem nedestruktivní editace (střihu), mixáže a volného pojetí časové osy (náhodný přístup k uchované informaci) zcela překonal omezené možnosti magnetického záznamu. Přesto je tu pár věcí, které digitální záznam „postrádá“ a které jsou předmětem napodobení mnoha efektových plug-inů.
Obrázek

Žádoucí i nežádoucí zvukové artefakty magnetického záznamu
Dokud byl k dispozici pouze magnetický záznam zvuku, bylo vše celkem jasné: všechny nežádoucí projevy magnetického záznamu je nutné eliminovat, ale protože to není zcela technicky možné, tak alespoň minimalizovat na únosnou mez. Jak již bylo řečeno, magnetický záznam zvuku dosáhl svého technického vrcholu a bylo nutné nalézt pokračovatele, který by odstranil těžkopádnost celého principu, zejména po stránce vybavování zaznamenané informace (lidově řečeno: který by nebylo nutno přetáčet). Připomeňme si základní zvukové projevy magnetického záznamu zvuku, které jsou mu vlastní a které byly s ukončením jeho vývoje pohřbeny:

Šum pásku - nejtypičtější vlastnost magnetického záznamu zvuku. Vzniká díky náhodné magnetizaci domén ve vrstvě pásku bez zaznamenané informace. Je způsoben nehomogenitami feromagnetické vrstvy pásku. Navíc, dokud není tato náhodná magnetizace vytlačena značnou intenzitou magnetického toku a neuplatní se jev maskování, je přítomen v podstatě stále. Pro potlačení šumu záznamu se využívala různá zařízení. Nejznámějším příkladem jsou reduktory šumu (kompandéry) firmy Dolby. Ty dosáhly svého vrcholu v podobě vícepásmové varianty SR (Spectral Recording), která dokonce díky dosahovaným hodnotám odstupu signál - šum zpočátku konkurovala digitálnímu záznamu v 16bitovém rozlišení.

Saturace (nasycení) pásku - je fyzikálně nemožné, aby magnetická vrsva unesla libovolně velikou magetizaci. Pro každý typ pásku je doporučena určitá nominální hodnota magnetického toku. Po jejím přesáhnutí nedochází k okamžitému nástupu zkreslení, jako je tomu u A/D převodníku při překročení hodnoty 0 dBFS. Zkreslení nastupuje pozvolna a navíc není nelibozvučné - projevuje se spíše jako zhutnění zvukového signálu a zkreslení podobné tomu, které známe např. z elektronkových zesilovačů. Říkáme, že magnetický analogový záznam má tzv. přebuditelnost neboli přemodulovatelnost. To u digitálu zcela chybí.

Omezení frekvenčního rozsahu - úbytek výšek u magnetického záznamu zvuku na pásek je způsoben vlivem tzv. štěrbinové funkce přehrávací (snímací) hlavy - amplituda vyšších kmitočtů postupně klesá. Další ztráty vznikají tzv. demagnetizací rozptylovým polem záznamové hlavy - velikost zaznamenané informace se tímto polem částečně zeslabí a to nejvíce na vyšších kmitočtech, kde je rozptylové pole nejsilnější. Na opačném konci spektra, tedy na basech, dochází k poklesu frekvencí pod určitou hodnotou (např. 20 Hz), což obecně vnímáme jako plus. S rostoucí rychlostí posuvu pásku sice dochází k rozšíření spektra vyšších kmitočtů (dokonce nad hranici slyšitelného rozsahu), ale „ořez“ na basech se transponuje výše. Vyšší rychlost pohybu pásu tedy nemusí být vždy výhodou a jako střed s ohledem na co nejlepší tvar charakteristiky na obou koncích spektra se jeví rychlost 15 IPS (38 cm/s).

Kmitočtová charakteristika - pro každý typ pásku je doporučena kmitočtová charakteristika tak, aby se výsledný signál po přehrání co nejvíce podobal původnímu signálu a aby se využil potenciál materiálu aktivní vrstvy pásku. Jelikož se z principu věci v případě magnetického záznamu nejedná o jednoduchou úlohu, je nutno spektrum jak zaznamenávaného, tak přehrávaného signálu uměle kmitočtově korigovat. Slouží k tomu elektronické korekční obvody, které je nutno na základě normálu - měřicího pásku - nastavovat a kontrolovat u každého studiového přístroje. Výsledkem snahy o vyrovnání charakteristiky je reálný průběh, který kromě zmíněného úbytku na okrajích kmitočtového rozsahu obsahuje v určité míře i zvlnění. Na basových kmitočtech je toto zvlnění největší a v maximech může dosahovat hodnot až plus mínus 3 dB. Jelikož se ale jedná o jakousi zabudovanou ekvalizaci, jde o naprosto charakteristickou součást projevu magnetického záznamu.

Kolísání rychlosti - i ten nejpreciznější studiový magnetofon je mechanický stroj s automatickou regulací otáček. Vlivem různých třecích mechanizmů, opotřebení pásku, kladek a případně i poruch v mechanické nebo elektronické části není rychlost posuvu pásu zcela konstatní. Změna rychlosti pásu se projevuje ve frekvenční oblasti jako kmitočtové vibráto, v amplitudové jako tremolo. Pomalé (dlouhodobé) změny se nazývají „wow“, rychlejší pak „flutter“. Narozdíl od předchozích typů zvukových artefaktů, které jsou pro magnetický záznam typické, jsou wow a flutter vnímány spíše negativně, i když i zde se najdou výjimky a pokud chceme nahrávku opravdu dobově stylizovat, hodí se možnost jejich simulace.

To jsou tedy typické projevy magnetického záznamu zvuku, přímo spjaté s médiem a povahou záznamu. Ve srovnání s digitálním záznamem se jedná o hodně věcí, které s jeho rozvojem zcela vymizely. Zvuková neutralita až sterilita digitálního záznamu sice nevnáší do procesu zpracování nežádoucí artefakty (pomineme-li např. kvantizační zkreslení), ale zvukařům zvyklým pracovat s pásem možná spousta nectností analogového záznamu začala chybět.
V současnosti existuje celá řada možností, jak záznam na analogový pásek využít a vrátit nahrávkám určitý chtěný charakter dřívějších dob. Kromě tradičního způsobu, kdy je výsledný digitální mix „prohnán“ skutečným stereofonním magnetofonem pro získání plnějšího zvuku s analogovou patinou, existuje celá řada softwarových modulů pro emulaci magnetického záznamu.

Waves Kramer Master Tape
Jedná se o plug-in formátu VST, AU, RTAS a AAX (32 i 64-bit) od renomovaného izraelského výrobce. Tento plug-in byl navržen ve spolupráci se zvukovým inženýrem Eddie Kramerem. Je založen na emulaci magnetofonu Ampex 351 a pásku 3M Scotch 207. Svým grafickým provedením patří mezi ty atraktivnější. Dovoluje nastavit záznamovou a přehrávací úroveň signálu, rychlost posuvu (7.5 a 15 IPS), velikost magnetického toku, úroveň šumu a efekty typu wow a flutter. Kromě klasického využití jako masterovacího média nabízí možnost simulace echa - zde se nastavuje délka zpoždění (max. 500 ms), zpětná vazba (počet opakování) a úbytek výšek (LP filtr).
Obrázek

Waves J37 Tape
Tento produkt je čerstvým přírůstkem do rodiny plug-inů firmy Waves. Je založen na emulaci prvního čtyřstopého magnetofonu Studer J37, který byl používán např. v legendárním studiu Abbey Road pro nahrávky Beatles a jiných slavných kapel. Virtuální reprodukce je stereofonní (konkrétně vnitřní stopy 2 a 3). Oproti Kramer Master Tape má ještě detailnější nastavení parametrů včetně volby tří typů pásků EMI. Sekce zpoždění nabízí hodnotu až 2 sec.
Obrázek

Avid Reel Tape Saturation
Tento efekt pochází z rodiny Reel Tape Suite. Ta obsahuje kromě saturátoru ještě produkty Flanger a Delay. Reel Tape Saturation je zaměřen na emulaci obvodů magnetofonu Studer A800 a 3M M79 spolu s modely pásků Ampex 456 a Quantegy GP9. Nabízí nastavení všech základních parametrů jako je rychlost posuvu pásku, vybuzení záznamového zesilovače, předmagnetizaci (Bias), úroveň šumu atd. Jedná se o poměrně kvalitní emulaci páskového zvuku, ale plug-in je vázán pouze na prostředí Avid Pro Tools - podporuje AAX a RTAS formáty, VST ani AU verze není k dispozici.
Obrázek

Universal Audio Studer A800
Tato zdařilá emulace vícestopého (24 stop) magnetofonu pochází z dílen Universal Audio. Je vázána na použití akceleračních karet UAD-2 nebo rozhraní UAD Apollo. K dispozici jsou tři rychlosti posuvu, čtyři formulace pásku, možnosti kompletní kalibrace včetně korekcí, modelování šumu, brumu (50 nebo 60 Hz) atd. Výbornou vlastností je možnost spřáhnutí více instancí pro společné nastavování parametrů na více stopách DAW. Signálovou cestu lze zvolit kompletní (vstupní díl - záznamová hlava - pásek - reprodukční hlava - výstupní díl), nebo částečnou (např. pouze elektronická cesta bez pásu) s využitím kombinovaných hlav Sync (pro synchronní vrstvení - overdub) nebo Repro (hlavní přehrávací hlava). UAD platforma akcelerovaných efektů podporuje standardy VST, AU a RTAS. AAX formát (64-bit) je zatím podporován pouze na Mac OS X, na verzi pro Windows 7/8 se pracuje.
Obrázek

Universal Audio Ampex ATR-102
Podobný plug-in jako předchozí, jen modelovaný vzor je odlišný: jedná se o master (stereo) rekordér. Zajímavostí je možnost volby šířky pásku (hlavy): 1/4, 1/2 a 1 celý palec. Parametry nastavení jsou velmi detailní, stejně jako u Studeru A800. Oba efekty je možno zakoupit ve zvýhodněném balíku Magnetic Tape Plug-In Bundle.
Obrázek

Slate Digital VTM (Virtual Tape Machine)
Do portfolia výrobce Slate Digital zapadá produkt VTM naprosto dokonale. Firma se na modelování analogových zařízení víceméně specializuje a vedle virtuálního magnetofonu najdeme v nabídce také virtuální obvody analogovového mixážního pultu (Virtual Console Collection), virtuální Buss Compressor, masteringové nástroje apod. VTM nabízí hned dvě emulace - Studer A827 s poměrně raritním osazením šestnáctistopou hlavou (běžnější osazení je 24 stop) a Studer A80 také v méně časté variantě v podobě půlpalcové stereofonní hlavy. Oba magnetofony jsou detailně modelovány a nabízí obdobnou variabilitu nastavení jako konkurenti. Zajímavostí je možnost spřažení více instancí plug-inu až v osmi skupinách. Můžeme tak mít např. osm stop pro stopu bicích, čtyři pro vokály, čtyři pro skupinu kytar apod. Každá skupina pak sdílí nastavení změn parametrů kterékoli instance uvnitř skupiny. Plug-in podporuje VST, AU a RTAS formát. Na verzi AAX se zatím pracuje.
Obrázek

Uvedli jsme příklady několika variant virtuálních magnetofonů, které jsou v současné době na trhu. Zdaleka se nejedná o vyčerpávající seznam - mezi kvalitní emulace patří např. i méně známé Nomad Factory MAGNETIC II nebo U-He Satin. V obou případech se jedná o velmi propracované plug-iny s velkým množstvím nastavení.

Závěr
Modelování analogových magnetofonů se stalo bezesporu jedním z hitů virtuálních studií v prostředí DAW. Modelovat lze dnes již prakticky jakýkoli přístroj nebo obvod, který známe ze zlaté éry analogové zvukové techniky. Je pozoruhodné, ale možná také očekávatelné, že se digitální záznam dočkal ve své čistotě takových virtuálních nástrojů, které jej dokáží poněkud „zašpinit“ a zbavit zvukové sterility. Mnoho zvukových mistrů dneška stále vzhlíží k takovým vzorům, jako jsou jen namátkou třeba Bruce Swedien (nahrávky Michaela Jacksona) nebo Michael B. Tretow (ABBA). Ti oba a bezpočet dalších významných zvukových inženýrů pracovali s původní zvukovou technikou, která definovala zvuk pop-music 70. a 80. let, do kterých nás může alespoň ve virtuální podobě přenést některý z dostupných plug-in modulů.

Ondřej Urban
PROFIL AUTORA: MgA. Ing. Ondřej Urban Ph.D.
Vystudoval ČVUT (obor Radiolektronika se zaměřením na elektroakustiku), HAMU (obor Zvuková tvorba) a Konzervatoř Jaroslava Ježka (obor skladba). Od roku 2000 působil nejprve jako externí pedagog oboru Zvuková tvorba na HAMU a jako vědecký pracovník v oboru Hudební akustiky (tamtéž). V současné době je docentem na katedře Hudebního zvuku HAMU a vedoucím Zvukového studia HAMU. Ve své profesi se zabývá zvukovou a hudební režií nahrávek pro CD, film, divadlo, ale i dalších zvukových forem (zvuková koláž, znělka, rozhlasový spot atd.). Je tvůrcem mnoha nahrávek (přes 35 titulů na CD) z oblasti hudby vážné i populární. Ve své vlastní tvorbě se zabývá převážně kompozicí hudby elektronické nebo elektroakustické a to jak autonomní, tak užité. Věnuje se hře a improvizaci na klavír a varhany.

Odpovědět