Mixujeme a mástrujeme: co mi prozradí tvar vlny? Jak mohu témbr tvarováním vlny pokazit a jak vylepšit?

Vlna a kmit: je to rozdíl?

Vlna se šíří prostorem díky pružnému prostředí, např. ve vzduchu, vodě, ale také v napínající se a zkracující se kovové konstrukci ad. Může vzniknout třeba tak, že hudební nástroj nebo zpěvák vlastním pohybem a energií rozhýbají vzduch, který se začne vlnit. Vlna nejdříve obvykle postupuje v rovině, postupně se ale z rovinného změní ve vlnění kulovité. V případě vlny nás zajímají mimo jiných dva důležité parametry a těmi jsou její délka (měří se v metrech a označuje řeckým písmenem lambda) a intenzita (W/m²) či akustický tlak (v Pa či dB), který v pružném prostředí vybudí. 

Tip1: Hluboké vlny mají mnohem větší délku než vysoké, a proto potřebují delší prostor, aby se v něm dynamicky i barevně „usadily“. Jinak zní basový nástroj v suché místnosti snímaný kontaktně a jinak znovu v suché místnosti, ale s odstupem třebas 10-15 metrů.

Vlna může plynout pravidelně nebo chaoticky. Jestliže pravidelně klesá a stoupá, funguje jako tzv. perioda, u níž rozeznáváme 4 zřetelné fáze: vzestup a pokles kladné půlvny (následně protnutí nulové osy) a pokles a vzestup záporné půlvlny (a znovu protnutí nulové osy).

Jak u hlavní periody, tak u period dílčích (jejich skládáním se vytváří tonální barva) můžeme rozeznat 4 fáze: nárůst, pokles a ještě větší pokles a znovu nárůst.

Příbuzným vlny, ale přece jen jiným akustickým jevem je kmit, kde ale nemluvíme o délce, protože kmit probíhá v jednom bodě (respektive v jedné přímce kolmé ke směru šíření vlny). Dvěma hlavními parametry kmitu je opět síla, ale druhým už je počet kmitů za časový okamžik, standardně za sekundu. Tedy kmitočet.

Tip2: Počet pravidelných kmitů za vteřinu určuje výšku tónu, v případě komorního jednočárkovaného a1 je to 440 x za vteřinu.

Pravidelné a nepravidelné vlnění

Rozdíl mezi pravidelným a nepravidelným vlněním uslyšíme okamžitě v barvě. Pravidelné vlnění či kmity generují tón, tedy barvu harmonickou, jíž můžeme rozložit do jednotlivých alikvótních složek (děje se tak tzv. Fourierovou transformací). Harmonické alikvótní složky jsou vůči sobě poskládány racionálně - jako celočíselné násobky (1:2:3:4 atd.). Dohromady skládají barvu velice čistou, homogenní.

Tip3: Harmonická homogenní barva do sebe v terénu přirozeného ladění na chlup zapadne. Totožné harmonické složky se překryjí a tím jen mírně zesílí. Jakoby zoubky jednoho hřebínku přesně zakrývaly zoubky druhého – stejného. Harmonická barva díky své čistotě silně podporuje ladění.

Harmonická, stejnorodá barva vytvoří ve 2D spektrogramu (žlutá šipka) na ose Y (frekvence) rovnoměrně vzdálené čáry (násobky). Stejné harmonické spektrum vidíme i na 3D spektrogramu.

Protože jde o pravidelné vlnění či kmitočet, u pravidelného vlnění či kmitočtu, tedy u tónu, určíme přesně výšku.

Jako převážně tonální může působit i barva inharmonická, kde objevíme rovněž alikvótní složky, ale už ne v racionálních celočíselných poměrech, ale mnohem komplikovanějších proporcích – dílčích zlomcích (např. 1:1,2 :1,33: 1,17 atd.). Svět inharmonicit je velice zajímavý, jde vlastně o zvonění, cinkaní apod. Mimochodem právě inharmonicity jsou v případě syntezátorů základem různých syntéz.

U inharmonicit můžeme rovněž určit výšku, ale v případě ostřejších iracionálních poměrů už budeme váhat. Barva i výška budou totiž více či méně rozladěné.

Tip4: Spojením dvou inharmonických barev nevznikne barva stejnorodá, ale různorodá, obvykle se i komplementárně doplňující. V různých pásmech dojde různým vrstvením ke shlukům alikvótních složek, nebo k jejich roztažení.

V případě ruchů či šumů jde o vlnění nepravidelné – chaotické. Těžko budeme hledat periody a určovat výšku. Obvykle dokážeme jen rozpoznat míru energie koncentrovanou více do basů, středů či výšek.

V případě šumu spektrogram odhalí jen zrnitou strukturu (žádné složky netvoří násobky). Podobně má nepravidelný obrys i křivka v 3D spektrogramu.

Ryzí pravidelné vlny

Ze základních tvarů pravidelných vln dokázali syntetičtí mágové v 70. a 80. létech analogovými syntezátory napodobit věrněji či alespoň přibližně skoro každý hudební nástroj. O jaké tvary vlny šlo? O tonální signály ve tvaru sinusu, trojúhelníku, obdélníku, pily, pulzu a o signál šumový.

Mástrovací program WavelLab umí vygenerovat vlnu ve tvaru sinusu, jež obsahuje jen jednu harmonickou složku.

Tonální tvary vlny mají různý počet harmonických složek: sinus pouze jednu, obdélník jen složky liché a pila potom složky sudé i liché. Počtem harmonických složek a tím i šířkou barvy vzrůstala jejich čitelnost, jinak řečeno průraznost. Zatímco signál ve tvaru sinusu (blížící se barvě písknutí či okaríny) lze zamaskovat „ratata bum“, „pila“ (podobná barvě trubky či pozounu) se už tolik nedá a proleze vším!

Tip5: Šířku alikvótní řady ve spektru najdeme i u barev živých nástrojů. I tam platí, že barvy měkké lehce zamaskujeme (např. pizzicato, či flažolet), barvy syté se prosadí i v hustých harmoniích (housle na středních strunách, pronikavé žestě).

Tip6: Z měkkých barev jsou v případě syntezátorů sestavovány doprovodné výplňové rejstříky pad, z plných a pronikavých rejstříky lead pro hlavní čitelné melodie.

Pilovitý signál vygenerovaný v programu WaveLab obsahuje jak liché, tak sudé harmonické složky postupně s narůstající výškou alikvótů dynamicky klesající.

Oblé tvary pravidelných vln: měkký či teplý témbr

Platí, že čím bude vlna oblejší a blížit se tvaru sinusu, tím bude barva měkčí. Mimochodem skládáním, tedy aditivní syntézou sudých harmonických složek vygenerujeme stále tvary oblejší, tedy měkkou barvu. Nauka o harmonickém spektru nám říká, že sudými harmonickými složkami dosáhneme mohutnost a jas, ne však sytost témbru – k tomu potřebujeme i složky liché.

Tip7: Elektronka díky absorpci mřížky a oblé převodové charakteristice, umí zvýraznit sudé složky. Proto je oceňovaná pro svůj teplý a mohutný témbr.

 Barva sudých harmonických složek je často považována za teplou. Správně to ale platí u převažujících sudých v pásmu basů a nižších středů. V případě silné energie ve vyšších středech i nižších výškách (od 1000 do 4000 Hz) zvyšujeme ostrost tónu, ať již sudými nebo lichými složkami. Mimochodem v tomto pásmu máme my lidé nejníže položený práh citlivosti – slyšíme tam nejčitelněji.

Master Buss Converter od Rupert Neve Designs dokáže signál "nasytit" širokou škálou harmonických. Zvolíte si např. Silk Red (teplé zabarvení) and Blue ("studené" zabarvení).

Ostré tvary pravidelných vln: učiní barvu plnější a průraznější

Pokud se v rámci periody objeví ostřejší úhly (nejen pravé odpovídající lichým složkám), začínají se vyrovnávat jak liché, tak sudé harmonické složky a tón je nejenom mohutný, ale stává se i plným. Typickým příkladem je již zmíněná pila. Navíc pokud u ní vznikne ostřejší proporce mezi stoupající fází vlny a klesající fází vlny, spektrum vyšších harmonických se ještě rozšíří.

Tip8: Na principu krátkého náběhu a dlouhého poklesu vlny vlastě funguje u kytary či smyčcových nástrojů hra blízko kobylky (sul ponticello), kdy je struna v základní pozici napružena do trojúhelníku/pily tak, že jedna odvěsna je velmi krátká a druhá naopak dlouhá. Takový tvar signálu vybudí pronikavý témbr.

I šum může podpořit měkkost či hebkost

Šum má dvojí funkci: jednak samozřejmě maskuje, ale na druhé straně umí coby stmelovač propojit harmonické složky, přeci jen výškově od sebe vzdálené (výškově oddělené - nespojité). Protože pila nebo puls jako barevně pronikavé signály mohou působit až nepříjemně, šum v různé míře ve spodní dynamické hladině přítomný jejich pronikavost (ať již spojenou s drsností či ostrostí) zjemní.

Pozor: Přidáním šumu do harmonické široké barvy celková hlasitost neklesá, naopak o kus stoupá, jen se psychicky zeslabí pocit pronikavosti.

Hnědý šum obsahuje větší energii v basech (s poklesem oktávy přibývá + 6 dB).

Střída aneb poměr vypnuto a zapnuto

Na šířku harmonického spektra má ale i vliv tzv. střída. V nauce o elektrickém signálu střídou popisujeme poměr fáze zapnuto proti fázi vypnuto. Např. 1:1 znamená, že proběhne jeden kmit a stejnou dobu pak bude klid. V případě 1:10 proběhne v rámci priody jeden kmit a 10 poměrných dílů bude klid. Do základního signálu tak vlastně vstupuje ještě další (amplitudová) modulace, která rozšíří původní barvu.

Pulsní signál vygenerovaný ve WaveLab se střídou 1:8 vytvořil ve spektru odpovídající počet formantových oblastí (jinak i kepstrálních jednotek).

Čím bude poměr střídy širší, tím bude spektrum harmonických složek bohatší, ale také bude vykazovat více tzv. formantových oblastí.

Tip9: Širokou či úzkou střídu můžeme zaznamenat u živých jedno nebo dvou plátkových dechových dřevěných nástrojů. Čím budou mít klarinet či hoboj jazýčky hbitější, tím se rychleji otevřou a znovu rychle sepnou, v sepnutí – fázi "zavřeno" pak déle vydrží a barva díky delší fázi "zavřeno" mnohem razatněji zasvítí. Perioda ale zůstává stále stejná - zabírá v čase totožnou délku.

SNR neboli odstup užitečného signálu od šumu

V případě mikrofonů, předzesilovačů a jiných elektronických zařízení určujeme jako jeden z důležitých parametrů tzv. SNR (Signal to Noise Ratio), tedy dynamický odstup užitečného signálu od šumu. Poměr určuje, nakolik je ryzí čistý signál maskován šumem vznikajícím v zařízení díky nelinearitě součástek.

Podobně je tomu v případě nahraného hlasu či nástroje. Základní hudební signál je vlastně užitečná část signálu a vše, co se do něj dostalo nepatřičně jako hluková složka (noise), jej maskuje. A že ruchů může být hodně: vlastní parazitní jevy nástroje či hlasu – boční úniky vzduchu (dýchavičnost zpěváka, nevyužitý dech hráče na dřeva či žestě), nežádoucí hlukové složky při nasazování tónu, klapání klapek, šumění smyčce, nepatřičné spolu rezonance, mechanická vrzání nástrojů (např. šlapky u bicích), přes ruchy místnosti, ruchy zvenčí studia či sálu, šum mikrofonu, šum mixážního pultu či předzesilovače, šum zvukového převodníku, brumy elektrického napětí ad.

Má-li šumová stacionární složka oproti užitečnému signálu (mluvenému slovu) dynamický odstup více jak 70-80 dB, při nastavení běžné poslechové úrovně hlasitosti si jí téměř nevšimnete.

Tip10: Úroveň stacionárního/stáleho šumu zjistíte přiblížením se (funkcí zoom) dynamicky nižším hladinám v okně s vlnou.

Platí, že čím bude mít užitečný signál větší odstup (diskrétnost) od šumu, tím bude čitelnější nebo také průraznější.

Tip11: Ohlídejte si při náběru jakost tonální složky a její odstup od parazitních jevů. A nemyslíme jen šum elektroniky či místnosti, ale rovněž šum vznikající při hře. Bude-li houslista smyčcem škrábat jako kocour, těžko budete jeho sólový hlas vytahovat nad doprovod. U houslisty generujícího kultivovaný plný tón (a třeba i částečně inharmonicky zvonící) to půjde samo jak po másle.

Mpressor od Elysia nabízí řadu nových funkcí (Fast-Attack, Anti Log, Negative Ratios), jejichž úkolem je co nejméně při kompresi deformovat přirozený signál.

Změny tvaru vlny pomocí dynamických efektů

Pokud mixujeme nebo provádíme mastering, jednou ze základních operací je zpracování dílčích stop nebo masteru dynamickými efekty: kompresorem, limiterem, expanderem, gatem ad.

Je důležité uvědomit si, že použitím dynamického efektu deformujeme tvar vlny a v souladu s naukou o barvě do spektra přidáváme další složky: ať již harmonické, inharmonické, ale i šumové. Nebo je naopak ze spektra odebíráme. A měníme původní barvu.

Limiter v mástrovacím programu WaveLab jde nastavit tak, aby vlnu (zde sinus) vůbec nedeformoval. Ale i při tomto nastavení nabízí dobarvení signálu jednou sudou (přidá mohutnost a teplo) a jednou lichou (přidá dutost či nazalitu) harmonickou složkou.

Tip12: Díky brutální ploché kompresi sice několikanásobně více vtlačíte mix do limitující úrovně OUT, aniž byste se v hlasitějších pasážích dostali do červené, ale zcela jste změnili barvu. Když potom úsek silně stlačený kompresí a úsek bez komprese +- nastavíte na stejnou úroveň, obvykle zjistíte, že úsek nestlačený vykazuje mnohem plnější a přirozenější témbr.

Budeme-li mít vlny tvarově oblé, kde vévodí sudé složky, plošším a drsnějším ořezáním pomocí limitéru jsme z nich vyrobili tvary blížící se obdélníkovému signálu. Tj. odebrali jsme část teplosti, mohutnosti i jas a přidali bezpohlavnější dutost, nazalitu či drsnost.

V případě, že limitujeme naprosto rovně, ořežeme špičky pestrých vln s bohatými tvary amplitud. Tím jsme zasáhli do plnosti a širokosti barvy a zredukovali ji na čistý obdélníkový signál, kde vévodí početně chudší liché složky (témbr jsme změnili na bezpohlavněšjí tupost).

Pokud limitaci přeženeme (limiter v programu WaveLab), z měkkého sinusu se stává zcela jiný témbr - ve spektru přibydou liché složky.

Tip13: Efektem gate (branou) odstraníte šum v pomlkách mezi tóny. Parazitní šumy v užitečném signálu ale stále zůstanou a tím i nadále zamazávají čitelnost tónů.

Jestliže snížíme při kompresi úroveň prahu (treshold) hodně nízko, ořezáváme již dynamicky tišší a o to četnější pasáže. Do melodického spektra tak najednou přibyde daleko více nežádoucích cinkavých či ruchových složek.

Paradox ale může nastat i při brutálnějším stlačování a ořezávání nejen tonálního, ale i šumového spektra, hlavně toho basovějšího. Vlastně hnědého šumu. I tam mohou vzniknout občasné tvary obdélníku, a tím v jakostně čistém šumu přibýt a vyčnívat nežádoucí liché harmonické složky.

V hnědém šumu (který by jinak v 2D spektrogramu vykazoval zrnitou trukturu) přibyly přehnanou limitací složky, které vytvářejí spojitá spektra (shlukové inhamonicity - viz žlutá šipka). V basech se projeví jako praskání či chrčení.

Proto jsou tak poptávané měkké kompresory nebo v případě předzesilovačú zvukově hebké elektronky, které signál nepřenášejí a neořezávají ploše, ale zaobleně - zachovávají více původní barvy. A navíc i změnou tvaru, mírným zaoblením mohou vygenerovat ve spektru sudé složky.

Ale ani tady není recepis univerzální: pokud takhle výrazně zaoblíte obdélníkový tvar vlny klarinetu nebo square rejstřík syntu, zcela změníte jeho charakter. A konec konců podobně i u hranatějších vln vám touhle operací - zaoblením ubyde šířka spektra a tím pronikavost barvy. Všeho s mírou!