Mixujeme a mástrujeme: co mohu vyčíst ze spektra Jak fungují barvy, jak se k sobě hodí a kdy se začnou maskovat?

Co je vlastně zvukové spektrum?

Spektrum ve zvuku je vlastně něco podobného, co známe v případě spektra z vizuálního světa. Tam můžeme barvy rozložit do tří jednotlivých složek RED, GREEN a BLUE, tedy na základní barvu červenou, zelenou a modrou. Jejich smícháním obdržíme nejrůznější dílčí valéry: oranžovou, fialovou, azurovou i jemnější přechody. A do hry potom vstoupí jas, kdy může jít o barvy syté nebo průhledné (a roli hraje i černá a bílá).

Podobně můžeme zvuk rozdělit velmi jednoduše do tří výškových pásem: na pásmo hluboké, střední a vysoké, tedy na anglické zkratky BAS, MID a TREBLES. To je však výškové dělení jen velice hrubé, a tak detailněji mluvíme o nižších a vyšších středech a měříme mnohem drobnějším výškovém sítem (jinak parametrickými, jinak oktávovými a jinak nízko pásmovými filtry).

Heritage Audio 1073 vycházející z legendarního předzesilovače NEVE 1073 pracuje s tradičními třemi výškovými pásmy.

Pořád jde ale jen o dělení podle výšek. Stejně tak je pro nás důležitá jakost spektra vycházející z jeho vnitřní struktury. Vlastně něco podobného, jako v chemii mluvíme o molekulách složených z různých atomů, které potom u látek ovlivňují a určují jejich chemické, fyzické ale i další vlastnosti.

V případě vnitřní struktury zvukového spektra nás zajímají 3 základní složky: harmonické, inharmonické a ruchové. Dostaneme se k nim podrobněji dále.

Pomocí jakých parametrů mohu spektrum měřit?

Grafů a tabulek, kterými analyzujeme spektrum, existují desítky, ale v podstatě vyhodnocují stále 3 základní parametry zvuku. Těmi jsou síla (intenzita), délka a výška. Dohromady potom dají parametr čtvrtý, kterým je jmenovaná barva.

Jaké jednotky jsou ve hře?

V případě síly akustika mluví o intenzitě – tlaku působícím na normou stanovenou plochu (m²), která je vyjádřena v decibelech (dB). Protože jde často o elektronické přístroje, ve kterých je síla ovlivňována napětím, mohou být i jednotkou Volty (V).

Pozn.  A aby to nebylo tak jednoduché, kvůli zjištění, jakou měrou přijímá akustickou intenzitu lidský orgán ucho, vytvořili jsme senzorickou jednotku fón. A abychom dokázali určit, co se děje v lidské psychice uvnitř hlavy a jak různou intenzitu zpracovává lidský mozek, máme k dispozici psychoakustickou jednotku son.

Kromě senzorických a psychoakustických měření je v praxi snad nejdůležitější měření hlasitosti v souladu s žánry. Proto je mástrovací program WaveLab Pro 10 vybaven nástroji, které umí měřit jednotky LU a LUFs. V časovém okénku dokáže program zobrazit okamžitou, krákodobou, střednědobou i tzv. integrovanou hlasitost.

Muzikanti, ti na zápis dynamiky vyzráli, zjednodušili si jej, vytvořili si systém značek jdoucích od pianissima po fortissimo. Není to sice nejpřesnější, zato se rychle domluví :-).

Měření délek není v akustice nijak složité, vycházíme z vteřin, sekund (s) a jejich tisícin, tedy milisekund (ms).

Hudba si už naopak vyžádala kompaktnější systém not s délkami od celých not po 64 čtvrtinové, do toho vstupují tečky, dvojtečky, nepravidelné délky a také tempo – převodník, který dokáže lehce danou délku prodloužit či zkrátit.

Třetím parametrem je výška. Akustika využívá pro měření výšek dobře známou jednotku Hertz (Hz), jde vlastně o frekvenci, počet pravidelných kmitů za sekundu. Tedy v případě komorního a¹ proběhne během vteřiny (zjednodušeně) 440 pravidelných kmitů. Důležité si je uvědomit, že výška akusticky postupuje geometrickou řadou, tedy čtvercem. Půjdeme-li dolů, malé a má polovinu z 440, to je 220 Hz, a půjdeme-li ještě níže, velké A má polovinu z malého a (z 220), to je 110 Hz. Směrem nahoru bude jednotek přibývat: a² čítá 880 Hz a a³ odpovídá 1760 Hz.

Výška stoupá geometricky a harmonická řada aritmeticky (linárně), proto se harmonická řada postupně "sráží" na menší intervaly (žlutě).

Muzikantský svět, ať jde o klaviaturu, ale hlavně o noty vytvořil naopak systém lineární. Ten běží po neměnných násobcích. Nota c² leží oproti notě c¹ o 8 bílých (12 černobílých) kláves výše, nota c³ oproti c² znovu o 8 bílých (12 černobílých) výše.

Dvourozměrné grafy

Spektrograf aneb výsek v čase

Spektrograf pracuje se dvěma parametry: výškou a intenzitou. V programech funguje obvykle v reálném čase, to je, jeho tvary se neustále mění. Abychom mohli zachytit jen konkrétní milisekudu, slouží k tomu tlačítka freez, snapshot anebo režim scrub (graf vykreslí spektrum v pozici, na které se nachází kurzor).

Spektrograf  (vlastně FFT analýza) zobrazuje na ose X výšky, na ose Y intenzitu (modul ), ukázka je z programu WaveLab Pro 10

Tip1: Pozor, jaký parametr leží na ose vodorovné ose X a na svislé Y.

Spektrogram

Spektrogram má osy jen dvě, na nich jsou vyneseny výška a čas, ale pomocí barvy dokáže vykreslit i parametr třetí, tím je intenzita (dynamika). Je důležité osvojit si barevnou legendu.

Spektrogram má vynesené roviny tři: na ose X čas, na ose Y výšku a barvou potom intenzitu, ukázka je z programu WaveLab Pro 10

Tip2: Vykreslení jemnosti spektra závisí na nastavení bitové hloubky grafu.

Trojrozměrné grafy

Trojrozměrné grafy umožňují zvukovému mistru pohled na spektrum z různých pozic, na druhé straně vygenerování 3D obrázku vezme v současných hudebních programech svůj čas.

Mástrovací program WaveLab Pro 10 je schopen zobrazit 3D spektrum a to z různých pohledů.

Složky harmonické: celočíselné násobky základního fundamentu

Složky harmonické jsou tvořeny alikvóty v celočíselném poměru. Barva z nich poskládaná je homogenní a soudržná díky tomu, že do sebe alikvóty výškově přesně zapadají. Důležité je uvědomit si, že harmonická barva je v akustické praxi z většiny díky mechanickým zákonům (a tím nejsilnějším prvním kmitům - fundamentům) skládána odspodu nahoru.

Složky inhamonické: neceločíselné násobky

Složky inharmonické dělíme do dvou kategorií: roztažené inharmonicity působí jako měkké falešnosti, připomínají honky tonk klavír. Maskují okolní barvy jen částečně, nechávají ve svém pásmu vnitřní prostor pro další barvy. Sražené inharmonicity, tedy již jmenovaná spojitá spektra (cinkání, řinčení, bzučení) díky zaplnění úzkého pásma sice jen v omezeném prostoru, ale silně maskují.

Tip3: S inharmonickými složkami dokáží bezvadně pracovat syntetizéry, kdy např. FM modulací rozlaďujeme složky v tzv. bočních pásmech.

Co lze vyčíst z harmonického spektra?

Vyšší harmonické složky od 1. po 64. se řadí do pásem:

Pásmo od 1. po 8. vnímáme jako barvu složenou z intervalů, každý interval slyšíme, rozeznáme a má důležitou funkci. Pásmo od 9. po 16. vnímáme jako klastry (shluky) složené z diatoniky, intervaly přestávají hrát prvotní úlohu, nastupuje spíš rozeznávání akordové, stále ale harmonické. Pásmo od 17. po 32. už vnímáme ne jako akordy, ale jako spojitá spektra, zvuk podobný řinčení skla a kovu, tzv. kvaziharmonicky. Pásmo od 33. po 64. složku, přestože je v harmonickém poměru, lidské smysly už dokáží vnímat pouze jako šum, zcela neharmonicky.

I. intervalové pásmo od 1. po 8. je stěžejní

Harmonické složky v něm dělíme na sudé a liché. Sudé nejsou barvotvorné, podporují však mohutnost a jasnost tónu. Chybí-li spodní sudé, tón je jasný, ne však mohutný, chybí-li horní sudé, tón je mohutný, ale ne jasný (může být však ostrý). Liché vytvářejí vlastní barvu, zrnitost tónu.

Barva zobcové flétny je založena na velmi diskrétních alikvótních složkách ležicích v 1. intervalovém pásmu.

Chybí-li liché, tón je mohutný i jasný, barevně však šedý.

Tip4: Mástrovací procesory umí různým typem mírného zkreslení ovlivnit buď liché či sudé složky. Oblým stlačením (elektronka) amplitud se posílí sudé harmonické složky a barva zmohutní. Plochým ořezáním (tranzistor) amplitud pak složky liché, tedy víc barvotvorné (ne ale měkčí a plné)

Mástrovací programy pracují se saturací a řízeným zkreslením. Ať už jde o přístroje analogové: karacter qube od Elysia umí vytvořit měkkou křivkou pro  symetrické oříznutí klipů, v režimu FET Shred umí provést asymetrické zkreslení elektronkového typu nebo dle potřeby posouvat tzv. FET bod zkreslení. Mástrovací program T-RackS 5 MAX zase obsahuje mimo jiných modul Saturator X, který emuluje harmonické zkreslení elektronky, pásky či transformátoru. 

Důležitá je diskrétnost, odstup čistých harmonických složek od spodní šumové hladiny. V rámci intervalově čitelného pásma vnímáme podíl každého jednotlivého shorku na harmonické barvě. Čím více je shorek prorostlý do šumu, tím více klesá jeho čitelnost a barvotvornost.

Tip5: abychom získali čisté a diskrétní alikvótní složky, je důležité nahrát čitelný čistý signál bez ruchových složek (selfnoise) mikrofonů, předzesilovačů, zvukových převodníků, ale také šumů či odrazů v nahrávací místnosti.

První harmonický neboli fundament nemá žádnou barvu, co do energie však nese ostatní, a proto má význam pro NOSNOST. Významně ovlivňuje, jak daleko v sále se tón ponese, než vychladne. Chybí-li první shorek nebo je tichý, tón ztrácí nosnost. Druhý harmonický netvoří žádnou zásadní barvu, avšak zesiluje fundament a přináší mohutnost tónu. Třetí harmonický je už barvotvorný, tvoří dutou a tupou barvu. Chybí-li třetí shorek, tón ztrácí dutost, tělo, hučivost, která nese další barvotvorné intervaly. Čtvrtý harmonický začíná podporovat jasnost. Pátý harmonický vytváří nazální (jakoby nosní) témbr. Sudá šestá a osmá harmonická se znovu podílí na jasu tónu. Lichá sedmá a devátá harmonická složka naopak činí tón bryskním až drsným.

Sudé složky si ve struktuře můžeme představit jako kostru podporující mohutnost, liché pak doplňují prostor uvnitř mezi sudým a tím tvoří vlastní barvu.

Tip6: Aditivní syntéza v případě syntetizéru umožňuje postavit si složkou po složce spektrum a zvýraznit tak potřebné barvy.

Tip7: Efekt exciter umí přidávat vůči vybrané harmonické složce ve spektru jak sudé, tak liché harmonické shorky.

II. pásmo klastrů od 9. po 16. shorek vnímáme jako klastry

Druhé pásmo funguje co do senzorického příjmu jako klastr, pokud z něj dynamicky (např. + 20 až 30 dB) nevystoupí jednotlivý alikvót. Ten potom může sehrát důležitou barvotvornou funkci. V akustickém světě jsou ale tyto jevy výjimečné. Toto pásmo je důležité pro ostrost tónu. Protože jde o shluky, klastry tónu, intervaly přestávají hrát roli. Důležitější pro vjem jsou formantové oblasti, u kterých určujeme střed (c) a šířku formantu (Q) a jeho zesílení.

U elektrické kytary začíná být celkový témbr už podstatně doplňován 2. klastrovým pásmem.

Tip8: Pokud ve spektrografu objevíme pevné (stacionární) formanty a posílíme je podobně tvarovaným filtrem, zvýrazníme tak barevný charakter nástroje.

III. pásmo klastrů od 17. po 32. shorek připomíná cinkání či řinčení

V třetím pásmu díky snižujícímu se rozpětí mikro intervalů přestáváme rozeznávat druh a jakost akordu, ale vnímáme docela čitelně barvy coby spojitá spektra – tedy různé druhy jakoby kovových či skleněných barev (spojitých spekter).

Saxofony (zde altka) mají velice širokou a průraznou barvu - rozšiřují se jak do 3. pásma spojitých spekter (cinkotu), tak i do 4. pásma šumu (obrysu tónu).

IV. pásmo slyšíme jako ruchové složky

Poslední pásmo má už tak úzké intervaly, že splývají v uchu do šumu. A pokud jde o skutečný akustický šum, víme, že nemá výškový začátek ani konec (harmonické složky ano). Proto je i v případě čtvrtého senzoricky šumového pásma užitečnější definovat jakost šumu pomocí těžiště.

Tip9: Přidávání spojitých spekter i ruchových složek známe dobře z různých druhů zkreslení: od overdrive, přes distrortion až k fuzz.

Máme k dispozici 8 oktáv, aneb zaplňte celé spektrum

Jedno ze základních aranžérských ale i zvukařských základních pravidel zní: zaplň raději rovnoměrně celý výškový prostor, než abys vše cpal do jednoho úzkého pásma. Tam se budou fundamenty včetně horní barvy nad nimi tlouct – maskovat. Zvítězí ten nejagresívnější! Ten, který zaplní dané pásmo co nejhustěji (spojitá spektra či šum) a nejsilněji (s největší intenzitou či výkonem).

Karakter od Elysia nabízí saturaci na masteringové úrovni, elektronkou (lampou) inspirované zkreslení, přičemž pokrývá kompletní spektrum.

Uvědomme si, že máme k dispozici 8 oktáv, ve kterých můžeme pracovat s valéry jemnými, průhlednými, anebo i širokými a hustými. Kombinujme barvy jako malíř nebo fotograf či kameraman. Aby měl zvukový obraz hloubku a plasticitu, a to dosaženou nejen časovými efekty (tedy jen reverbem).

Tip10: Nejen reverb umí ve zvukovém obrazu vykreslit plasticitu barev. Máme k dispozici i různě hebké a syté témbry.

A nezapomeňme na lidský způsob vnímání, na tzv. křivku citlivosti. Ve všech pásmech nemáme zdaleka stejné senzorické dispozice. Čím leží práh citlivosti níže, tím jemnější dynamiku jsme schopni v daném pásmu zachytit. Nejhorší je to v sub a kontra basech a s pokročilým věkem slábne citlivost v šestičárkované oktávě. Naopak od 2.000 Hz do 5.000 Hz (necitlivěji pak v pásmu 3.000 - 4.500 Hz) slyšíme myšky šustnout a špendlíky padat. A tam leží zároveň i pásmo ostrosti.

Práh citlivosti jako lidé nemáme ve všech oktávách stejný.

Tip11: Ohlídejte si pásmo ostrosti (3.000 - 4.500 Hz), nástroje a hlasy tam získají tzv. presenci – stanou se v hustším okolí přítomné – čitelné, rozeznatelné.