Jak se vypořádat s latencí ve studiu i na koncertech Z hlubin bitů a bytů vzešel nemilosrdný protivník - zpoždění zvuku!

Zpožděný čas šířícího se signálu a nepříjemná latence jsou nezvaní, ale stálí hosté v každém nahrávacím studiu i na živých akcích. Náš příspěvek se zabývá tím, jak se vyhnout problémům s latencí a optimalizovat hraní i nahrávání. Jak jistě víte, název Elysia je synonymem pro ten nejlepší analogový audio hardware. Jako hudebníci rovněž známe a oceňujeme výhody moderní digitální zvukové technologie. Umožňuje uložit scény mixu a projekty DAW. Jejich zpětné plné vyvolání je dnes už povinným standardem. Monstrózní měděná více jádra byla nahrazena tenkými síťovými kabely. Maximálně flexibilní tok signálu prostřednictvím síťových protokolů, jako jsou DANTE a AVB, umožňuje jednoduché nastavení složitých systémů.

Ale je díky digitálnímu zvuku všechno lepší? Bylo by to hezké, avšak realita nám přinesla jakousi rozpolcenou rovnováhu. Pokud se podíváte a pozorně nasloucháte, digitální doména způsobuje problémy, které se v analogovém světě vůbec nevyskytují. Chcete příklad? Z hlubin bitů a bytů vzešel nemilosrdný protivník, který sabotuje nahrávky a živé koncerty. Vznikla spousta problémů s fázovým a hřebenovým filtrem. Se správným nastavením nejste zcela bezmocní a dokážete čelit nepříjemné latenci v digitálních zvukových systémech.

Co je zvuková latence a proč k ní nedochází v analogových přístrojích?

Latence nastává při každé digitální konverzi (AD nebo DA). Latence je v audio systémech známá a patrná jako jev vznikající při šíření signálu. V analogové doméně je situace jasná: doba šíření signálu ze vstupu na výstup analogového směšovače je vždy nulová. Latence existovaly pouze ve složených zařízeních MIDI, kde byly přes MIDI integrovány externí syntezátory nebo samplery. V praxi to nebyl problém, protože veškeré monitorování proběhlo nakonec vždy „analogově“, a proto nebyla slyšitelná žádná latence. U digitálních mixážních pultů nebo zvukových rozhraní naopak vždy existuje zpoždění mezi vstupem a výstupem.

Latence může mít různé důvody, vzniká například jako důsledek různé doby šíření signálu v různých typech převaděčů. V závislosti na typu a provedení potřebuje převodník více nebo méně času na správu zvukového signálu. Z tohoto důvodu směšovací konzole a záznamová rozhraní používají stejné typy převaděčů ve stejných modulech (např. vstupní kanály), takže moduly mezi sebou dodržují stejnou dobu potřebnou pro šíření signálu. Jak uvidíme, v digitálním mixéru nebo při nastavování nahrávání není latence pevnou veličinou.

Nezapojujte efekty v DAW během nahrávání, vložte je jako preamp před vstup. Mpressor 500 nebo skulpter 500 od Elysia vytvoří skvělou barvu, kterou už dále nemusíte postprodukčně měnit.

Čas šíření signálu a zpoždění ve zpáteční cestě

Latence v digitálních zvukových systémech je specifikována buď ve vzorcích (samplech), nebo v milisekundách. DAW s velikostí vyrovnávací paměti 512 vzorků generuje alespoň zpoždění 11,6 milisekund (0,016 s), pokud pracujeme se vzorkovací frekvencí 44,1 kHz. Výpočet je jednoduchý: 512 vzorků vydělíme 44,1 (44 100 vzorků za sekundu) a získáme 11,6 milisekund (1 ms = 1/1000 s). Pokud pracujeme s vyšší vzorkovací frekvencí, latence klesá. Pokud spustíme DAW na 96 kHz místo 44,1 kHz, latence se sníží na polovinu. Čím vyšší je vzorkovací frekvence, tím nižší je latence. Nemá potom smysl pracovat vždy s co nejvyšší možnou vzorkovací frekvencí, abychom elegantně vyřešili problémy s latencí? Jasná odpověď zní: Ne!

Provoz zvukových systémů na frekvenci 96 kHz nebo dokonce 192 kHz je pro CPU (central processing unit - centrální procesorovou jednotku) počítače náročnou výzvou. Vyšší vzorkovací frekvence způsobí, že se CPU začne rychle a nebezpečně „potit“, pro vysoký počet kanálů pak budete nezbytně potřebovat velmi silnou i drahou jednotku CPU. To je jeden z důvodů, proč mnoho vstupních audio rozhraní často pracuje pouze se vzorkovací frekvencí 44,1 nebo 48 kHz. Latence směšovače se obvykle vztahuje na čas potřebný pro přechod signálu z analogového vstupního kanálu na analogový sčítací výstup. Tento proces se také nazývá „RTL“, což je zkratka pro „Round Trip Latency“. Skutečný RTL zvukového rozhraní závisí na mnoha faktorech: Typ rozhraní (USB, Thunderbolt, AVB nebo DANTE), výkon záznamového počítače, použitý operační systém, nastavení zvukové karty/ zvukového rozhraní a nastavení projektu pro nahrávání (vzorkovací frekvence, počet zvukových a MIDI stop, zatížení plug-in) a zpoždění signálu použitých převaděčů. Proto není snadné porovnat skutečný výkon různých zvukových rozhraní z hlediska latence.

K softwarové výbavě zvukové karty Fireface 802 od RME patří aplikace Total Mix FX s DSP efekty i ovladače s vysokou stabilitou a nízkou latencí.

Záleží na konkrétním případě!

Vysoký celkový „runtime“ (běh programů) v DAW nemusí být nutně problematický. Některé věci závisí přímo na vašem pracovním postupu. I při velikosti vyrovnávací paměti 512 vzorků uvedeném v našem počátečním příkladu můžeme nahrávat bez problémů.

DAW přehrává doprovodné stopy, které přepisujeme novými (overdubs). Latence zde nehraje žádnou roli. Pokud pracujete ve studiu, stane se kritickou pouze tehdy, pokud se DAW používá také k monitorování právě nahrávaných stop (tzv. sluchátkový režim) nebo pokud chcete hrát na nástroje VST nebo používat kytarové doplňky VST a zaznamenávat je na pevný disk. V tomto případě se vysoká latence projeví ve zpožděném „sluchátkovém poslechu“, uslyšíte sebe sama nebo současně nahrávané další nástroje a budete mít nepříjemný pocit z hraní.

V takovém případě budete muset upravit latenci DAW směrem dolů. Neexistuje žádné pravidlo, pokud jde o to, kdy má latence negativní vliv na pocit z hraní nebo na poslech. Každý hudebník reaguje individuálně. Někteří se dokážou vyrovnat s posunem o deset milisekund, zatímco jiní se již po 3 nebo 4 milisekundách cítí nepříjemně.

Pokud jsou hudebníci vzdáleni od svého komba, signál z komba k nim přichází mírně zpožděný - o dobu, během které urazil dráhu od komba k uchu.

Na tripu: kolik toho zvuk urazí?

Zvuk urazí za jednu sekundu dráhu 343 metrů (1125 stop), což odpovídá 34,3 centimetru (0,1125 stop) za milisekundu. Uvedených deset milisekund tedy odpovídá vzdálenosti 3,43 m (11,25 stop).

Pamatujete si ještě na poslední klubový koncert? Stojíte na okraji pódia a houpáte se svou kytarou v ruce, zatímco kytarový zesilovač je vysazen na praktikáble tři až čtyři metry za vámi. To odpovídá zpoždění signálu 10-12 ms. Takže pro většinu uživatelů by velikost vyrovnávací paměti mezi 64 a 128 vzorky měla být dostatečně nízká, aby mohli komfortně hrát na nástroje VST nebo používat „sluchátkový monitorovací systém“ přímo v DAW. Pokud nepoužíváte doplňky, které samy způsobují vysokou latenci!

Většina moderních programů DAW má automatickou kompenzaci latence, která odpovídá všem kanálům a sběrnicím s modulem plug-in s nejvyšší dobou běhu. To má tu výhodu, že všechny kanály a sběrnice fungují koherentně, a proto nenastanou žádné nežádoucí zvukové artefakty (efekty hřebenového filtru).

Nevýhodou je ale vysoká celková latence. Některé zásuvné moduly, jako jsou konvoluční reverby nebo lineární fázové ekvalizéry, mají výrazně vyšší latenci. Pokud jsou zapojeny do procesu monitorování, vzniká okamžitý slyšitelný a nežádoucí efekt, a to i při nízké úrovni vyrovnávací paměti. Ne všechny DAW sladí svou latenci a s latencí zásuvných modulů. A výrobci zásuvných modulů mají v tomto bodě co dohánět.

Monitorování přes RME Total Mix

Help anóbrž první pomoc!

Již jsme se dozvěděli o dvou metodách, kterými můžeme řešit otravnou latenci. Třetím způsobem je monitorování prostřednictvím monitorovacího hardwaru, jež je součástí zvukového rozhraní - karty. Například audio rozhraní RME se dodává se softwarem Total Mix. Ten umožňuje monitorování s nízkou latencí pomocí interních palubních nástrojů. S monitorovacím HW v kartě jsou sladěny i SW efekty Total Mixu: EQ, dynamické efekty i reverb. Místo monitorování prostřednictvím DAW nebo prostřednictvím monitorovacího hardwaru v kartě jiného typu můžete alternativně poslat celou sumu (master) nebo jen dílčí stopy z DAW projektu do analogového mixéru. A tak současně poslouchat záznamové mikrofony společně se signály přehrávanými v DAW. To vše s nulovou latencí – vlastně analogově. Pokud pracujete výhradně v DAW, pomůže tento způsob zvýšit vzorkovací frekvenci a zmenšit velikost vyrovnávací paměti. Oba tyto systémy ale značně zatíží procesor počítače.

Velikost vyrovnávací paměti v podstatě určuje latenci DAW (Studio One)

To, jak je projekt DAW objemný vůči výkonu jednotky CPU, vytváří závislost a ta často vede ke vzniku tzv. úzkých hrdel. Počítač prostě nebude stíhat. Pokud nemáte k dispozici počítač s větším výpočetním výkonem, zapojení přes Total Mix vám pomůže nahradit na tok náročné zásuvné moduly, které jinak používáte v DAW a které silně zatěžují CPU. Cesty můžete nastavit tak, aby byly efekty v DAW obcházeny. Později pak můžete efekty v DAW zapojit a naroubovat na již nahrané záběry.

Téměř každý DAW nabízí funkci pro vykreslení výkonu modulů plug-in, aby se snížilo zatížení procesoru

Old days: Bejvávalo dobře!

Vyžadují moderní problémy moderní řešení? Někdy nám pomůže ohlédnutí se do minulosti. Není vždy výhodné nahrávat všechny stopy suché - „naplocho“ bez efektů. Rozhodnutí o mixu, jak bude nakonec zaznamenaná stopa znít, nemusí být vždy odloženo až do budoucnosti - na postprodukci. Proč se nezavázat ke konkrétní barvě stejně jako za analogových časů a nahrát efektovaný signál přímo na pevný disk?

Pokud se bojíte, že byste později při mixování mohli objevit kytarový zvuk, který se ukáže jako problémové dítě, můžete paralelně zaznamenat další čistou DI stopu určenou pro pozdější re-amping. Klávesy a syntezátory lze přehrávat živě a zaznamenávat je coby zvukovou stopu. Tím také obejdete problém latence. Proč nezaznamenávat efektované signály přímo do stop? Zrychlí to veškerou výrobu, a pokud použijete hotovou analogovou barvu, nemusíte si dělat starosti s latencí.

Jestliže nahráváte vokály, zkuste během nahrávání mírně komprimovat signál dobrým kompresorem, jako je mpressor, nebo to zkuste s naším Elysia skulpterem. V Elysia skulpter existuje několik pěkných a praktických funkcí tvarování zvuku, jako je filtr, saturace a komprese (kromě možností klasického předzesilovače) - takže máte k dispozici kompletní kanálový pás. Pokud jsou stopy zaznamenány s již analogovým zpracováním, šetří tento přístup výkon vašeho procesoru během mixování. Zejména u mnoha skladeb s hlasovým overdubem je zbytečně zapotřebí velký počet zásuvných modulů. To pak vede ke změně velikosti vyrovnávací paměti a následně má negativní vliv na latenci.

Jaké jsou vaše zkušenosti se zvukovou latencí v různých prostředích? Máte je pod kontrolou?

Zde jsou odpovědi na některé časté dotazy:

Co je zvuková latence a proč k ní nedochází v analogových nastaveních?

Latence nastává při každé digitální konverzi (AD nebo DA). Latence je v audio systémech patrná jako doba šíření signálu. V analogové doméně je situace jasná: Doba šíření signálu ze vstupu na výstup analogového směšovače je vždy nulová. Latence existovaly pouze ve složených zařízeních MIDI, kde byly přes MIDI integrovány externí syntezátory nebo samplery. V praxi to nebyl problém, protože celé monitorování souhrnně probíhalo jen analogově, a proto nebylo slyšitelné žádná zpoždění. U digitálních mixážních pultů nebo zvukových rozhraní naopak vždy existuje zpoždění mezi vstupem a výstupem. Latence může mít různé důvody, například různé doby šíření signálu různých typů převaděčů. V závislosti na typu a provedení potřebuje převodník více nebo méně času na správu zvukového signálu. Z tohoto důvodu směšovací konzole a záznamová rozhraní používají vždy stejné typy převaděčů ve stejných modulech (např. vstupní kanály), takže moduly mezi sebou dodržují stejnou dobu pro šíření signálu. Jak uvidíme, v digitálním mixéru nebo při nastavení nahrávání není latence pevnou veličinou.

Co je zpáteční latence?

Latence směšovače se obvykle vztahuje na čas potřebný pro přechod signálu z analogového vstupního kanálu na analogový sčítací výstup. Tento proces se také nazývá „RTL“, což je zkratka pro „Round Trip Latency“. Skutečný RTL zvukového rozhraní závisí na mnoha faktorech: Typ rozhraní (USB, Thunderbolt, AVB nebo DANTE), výkon záznamového počítače, použitý operační systém, nastavení zvukové karty / zvukového rozhraní a nastavení projekt nahrávání (vzorkovací frekvence, počet zvukových a MIDI stop, zatížení plug-inu) a zpoždění signálu použitých převaděčů. Proto není snadné porovnat skutečný výkon různých zvukových rozhraní z hlediska latence.