logo Disk

Patří budoucnost virtuálním nástrojům? Čím se liší od samplerů?

Kdo skládá, aranžuje, anebo prostě rád pracuje s větším množstvím různých hudebních nástrojů, tak už určitě narazil na nějaký virtuální nástroj. Ale co je vlastně uvnitř takového programu? Čím se liší fyzikální modelování od samplování a proč může znít mnohem věrněji? A jak s virtuálním nástrojem vlastně pracovat, abych z něj dostal maximum?

Kategorie: Studio - Tipy & Triky
Ondřej Jirásek | 2. října 2019

Sampler jen zmrazí vzorek

Sampler umí zaznamenat požadovaný výsek zvuku, ať už se jedná o jednu nebo více not. A to ve velmi detailním rozlišení. Navíc dovede vzorky perfektně postprodukčně upravit: nabydou na hutnosti i průraznosti.

Horší je to ovšem s propojováním zmrazených vzorků, kterým chybí věrné transienty, tedy přechodové jevy. Jednoduše kdybychom prolnuli dvě stopy, samostatně nahrané samohlásky „o“ a „u“, nezískáme věrnou dvojhlásku „ou“. Proč? Při vyslovování „ou“ měníme totiž spojitě objem i tvar ústní dutiny, která tím vytváří druhé stěžejní rezonanční pásmo (odborně formant). Signál z hlasivek tak vlastně posilujeme filtrem, který plynule mění své centrum (c), šířku i zesílení/gain (zjednodušeně Q). A to nemluvíme o dalších rezonátorech v tělu a jejich podílu na témbru.

Tyhle složité operace už sampler nesvede. Naopak jsou doménou fyzikálního modelování.

Nástroj jako obvod s prvky

Aby virtuální nástroj (VI) dokázal napodobit práci hudebního nástroje, rozdělí si jej do jednotlivých částí a zkoumá, jak která pracuje. A hlavně to, jak mezi sebou oddíly interaktivně fungují a navzájem se množstvím předané energie ovlivňují.

V dějinách hudby to není zase nic tak moc převratného. Už v 50. a 60. letech totiž organologové zkoumající hudební nástroje rozdělili hudební řetězec do 4 funkčních okruhů: to co kmitá, osciluje (oscilátor  - struna, plátek, hlasivky), co oscilátoru udělí energii, ráz (excitátor - trsátko, smyčec, dech), co energii z oscilátoru posílí (rezonátor - korpus houslí či kytary, dutiny v těle) a co energii z rezonátoru směrově vyzáří (radiátor - roztrub lesního rohu nebo ústa).

Podobnost s elektrickým součástkami

A je nasnadě, že pokud se jedná o akustický obvod, jakému jinému obvodu se bude nejvíce podobat než elektrickému. Proto i v každém hudebním nástroji nalezneme prvky, díly nástroje, které plní podobné funkce, jako součástky v elektrickém obvodu. Je to například odpor, který se toku energie staví do cesty, snižuje intenzitu proudu, ale zvyšuje tak napětí (mohou to být třebas dusítka u strunných i žesťových nástrojů), kondenzátor kumulující energii (kobylka brzdící a tím shromažďující energii ze strun), nebo i cívka urychlující tok energie/proudu (podtlak za průrazným jazýčkem píšťaly podporující vychylování plátku).

Hlavně je ale důležité, jaké operace v daném dílu nástroje probíhají a jak se podílejí na výsledné barvě. Může jít například o impedanci, frekvenčně závislý odpor (s různou měrou odporu dochází k méně či více výrazným změnám v pásmech spektra). Velice exponovanou je rezonance, která podobně posiluje frekvenční pásmo odpovídající rezonanční křivce. Jako poslední příklad můžeme uvést zkreslení, které mění tvar vlny a tím i témbr.

Elektrický obvod s paralelně zapojenými odpory můžeme pomerně lehce číselně simulovat.

Nelineární záznam je nutností

Důležitým faktorem je, jak virtuální nástroj funguje v reálném čase. Číslicový záznam nemůže být ukládán spojitě za sebe jako třeba v případě magnetofonového pásu. Trvalo by dlouho jej znovu vyvolat. Data jsou dělena do bloků a dle potřeby umožňují rychlý přístup (Random Access).

V  případě MODO BASSu, první fyzicky modelované elektrická baskytary, jsou části nástroje rozděleny do oddílů: styl hry (prsty, trsátko), struny, snímače, model baskytary (tělo a krkr) + efekty, zesilovače a kabinety.

Modelujeme baskytaru

Podívejme se, jak to probíhá v praxi.

Prsty, trsátkem a kde na struně?

V případě MODO BASSu od firmy IK Multimedia můžeme v případě excitátoru ovlivnit zda půjde o prsty a o který konkrétně, zda bříškem nebo technikou slap (úder či střílení), zda trsátkem, jak má být tlusté a tvrdé, v jakém úhlu bude na strunu zamířeno, zda trsat jedním směrem nebo kolébavě. I jak moc strunu utlumíme a jak moc hluku proti tónu v signálu chceme.

MODO BASSu můžeme plynule určit místo, kde bude provedeno drknutí na strunu. Díky tomu generujeme velmi odlišnou barvu.

Struny

V případě strun můžeme např. ovlivnit tvrdost/hustotu vyznačenou číslem, typ, rozměry, stáří (tedy míru pružnosti), rozchod – mezeru mezi strunami ad. A také pozor na ladění či rozladění!

Stěžejní potom je, ve kterém místě budeme pravou rukou hrát: čím blíže ke kobylce, tím plnější a ostřejší barvu vygenerujeme, čím blíže do poloviny struny na dvanáctý pražec, tím pak půjde o témbr mdlejší.

MODO BASS od IK Multimedia dovoluje zvollit si styl hry: Finger, Slap, Pick a jaké tlumení?

Snímače

U snímačů můžeme vybrat jedno (singl coil) nebo dvoucívkový (humbucker), jak blízko či daleko od strun bude vzdálen, ve kterém místě na těle bude osazen, zda půjde o pasivní či aktivní snímač atd.

MODO BASS: vybíráme si snímač!

Tělo a krk

Každá zavedená značka, ve které se prosadila určitá výrobní řada (Jazz Bass, Rickenbaker ad.), disponuje tělem a krkem vyrobenými z jiných druhů dřev i o jiných rozměrech. A i ty hrají důležitou roli a formují osobitě výslednou barvu. V případě MODO BASSu si můžete vybrat ze 14 modelů s dílčími typy.

Efekty, zesilovač, kabinet

A dále už do hry vstupují standardní prvky: efekty, zesilovače, kabinety s různými reproduktory. Nabídka je široká a zasluhovala by samostatný článek.

MODO BASS široká nabídka efektů, zesilovačů a kabinetů dováří zvuk generovaný vlastním nástrojem.

Co je uvnitř černých skříněk?

To, jakým způsobem byly jednotlivé díly a prvky analyzovány a jak věrně byla jejich činnost napodobena, je alfou a omegou. Zatímco v případě akustické nebo i elektricko-magnetické energie jde o pohyb spojitý, tedy pokud půjde o energii, je v detailu nekonečná, signál převedený do čísel je naopak diskrétní, nespojitý. Tím nám při analýze jevů mohou uniknout důležitá fakta. A v navíc praxi obvykle kvůli výkonům počítačů bývají imitující vzorce i razantněji zredukované/zjednodušené.

Klíčem je najít takové algoritmy, které budou co nejpodobněji odrážet chování „analogové“ předlohy.

Pokud bychom se podívali na interakci trsátka a struny, nemůžeme např. změřit nekonečné množství pozic (1/2, 1/3, 1/4, 1/5 až nekonečno), kde se bude trsátko dotýkat strun. Změří se jen vytipované a hledá se se mezi nimi taková logika, která věrně zobrazí realitu.

Živost, živost aneb pryč s jednoduchými křivkami!

Obvykle vztah „místo drknutí vůči šířce spektra“ neodpovídá poměru 1:1. Převodník nefunguje rovně, ale mnohem komplikovaněji. V barvě s narůstajícím jmenovatelem 1/2, 1/3, 1/4 ad. totiž nenarůstá stejně rovnoměrně počet a dynamika harmonických složek. Křivky mohou např. odpovídat obrazcům vycházejícím ze spirál, algebraickým i cyklickým tvarům. A týkat se separátně většího množství vnitřních parametrů (jiná křivka pro počet vyšších harmonických, jiná pro jejich intenzitu, jiná pro případné rozladění mezi nimi, jiná pro množství hlukových složek). A do hry vstupují další vnější parametry: tedy jakou silou trsátko udeří, pod jakým úhlem a třebas i jak dlouho se dotkne jakou plochou. A znovu tak jdou křivky na křivky.

Zásadní bývá, zda převodník funguje plynule nebo se v něm objevují lomy. Tehdy dochází i k prudké změně v barvě projevující se rejstříky v témbru nástroje. 

Derivace dokáže pomocí tečny přesně popsat nepravidelně "se kroutící" křivku.

Jaké matematické operace jsou ve hře?

Uveďme ty častěji využívané. Díky vlastnostem zvuku poměrně hodně exponenciální křivka vykreslovaná tzv. operátorem, dále integrály počítající plochy o nepravidelných tvarech, derivace, která zase dokáže matematicky popsat křivku o nepravidelných tvarech. Vytěžovaná pak zvláště bývá konvoluce, která např. umí pomocí tzv. argumentu zobrazit prolnutí hodnot dvou tvarově složitějších křivek běžících v čase.

Ale to jsou jen matematické nástroje, které mají pomoci věrnějšímu zvuku. Velice záleží na celé koncepci a použití správných vzorců na správných místech.

Získáme tak věrné přechodné jevy (transienty)?

Získáme určitě mnohem živější přechodové jevy než v případě statických samplů - vzorců. Samozřejmě, že důležitou roli hraje, o jak složitý jev se jedná a jak dobře se jednotlivé parametry transientu podaří uchopit. U komplikovanějších přechodových jevů (např. rychlý houslový odrážený smyk ricochet hraný na několik strun) to není až tak jednoduché. Pořád jde ale o zvednutí laťky živosti o několik příček výše.

Virtuální nástrroj můžeme ovládat např. MIDI klávesami AKAI MPK2. Slouží k tomu otočné knoflíky, pady, posuvné potenciometry ad. 

Ovládání komplikovaných jevů jen stiskem klávesy?

A tady narážíme na důležitý problém. Živý baskytarista si navykne prostřednictvím dvou ruk s deseti prsty, ale třeba i dlaní a předloktí a noh spínajících efekty ovlivňovat v reálném čase hromadu parametrů. A často zcela intuitivně.

V případě virtuálního nástroje spouštíme tóny stisknutím a tlakem na MIDI klávesy. Můžeme samozřejmě používat druhou ruku a nohy pro řízení dalších parametrů přes otočné potenciometry, pady aj. V případě živého nástroje máme tohle vše na jednom místě a co do živosti, se nám pracuje mnohem komfortněji.

Ale všem dnům není konec a u vidíme, co v budoucnu předvede např. holografie.

Virtuální nástroje mají ale bezesporu i efekt edukativní. Nejsme baskytaristi, ale prací s MODO BASSem si uvědomíme, co vše můžeme ovlivňovat a využít pro dobrou aranž.

Velmi důležitou problematikou v případě VI je i tzv. borcení časové osy. Ale o tom snad někdy příště.

Produkty, o kterých se píše v tomto článku, najdete i v našem eshopu:
Líbí se Vám tento článek? Pošlete ho dál!
Přečtěte si také další související články:

Komentáře