Filtry 3: Ostateczna Rozgrywka

kramer

… owszem, to jeszcze nie koniec.

Co prawda temat filtrów od strony teoretycznej ledwie został tutaj ledwie liźnięty i – nie wątpię – nie obędzie się bez powrotów do tej części zagadnienia. Na razie jednak można w miarę uczciwie stwierdzić, iż wiemy z grubsza wszystko, co potrzebne do szczęścia. Ufając zatem powyższej deklaracji należałoby przejść do części stricte praktycznej.

Mając zarówno ograniczone możliwości techniczne, jak i czas, skupię się na omówieniu przykładowych zastosowań w konkretnym środowisku DAW, którym z racji sporej popularności, łatwości obsługi oraz dostępu, będzie Ableton Live 9.

Wybór jest podyktowany z jednej strony moim lenistwem, z drugiej zaś – moim lenistwem. Raduj się ze mną, drogi Czytelniku, iż znalazłszy w sobie resztki przyzwoitości zdołałem przyznać się do tego z własnej, nieprzymuszonej woli.

Filtry samodzielne.
Sprawa jest w tym przypadku prosta. Mamy wpiętą w tor audio maszynę, której jedynym zadaniem jest filtrowanie.
Jednak samodzielne filtry są na ogół wyposażone w dodatkowe funkcje, które bądź to już zostały omówione w poprzednich tekstach, bądź też omówione zostaną w przyszłości.

Naszym przykładem będzie Autofilter posiadający większość z dostępnych na ogół udogodnień.

autofilter

Jak widać na skrinie Autofilter oprócz prostego cięcia LP, HP, BP lub Notch na jednej częstotliwości, może też w sposób aktywny odpowiadać na zmianę sygnału przetwarzanego (korzystając z sekcji obwiedni, Envelope), lub zewnętrznego (Sidechain). Ponadto do naszej dyspozycji pozostaje sekcja oscylatora niskich częstotliwości (LFO), która może pracować w oparciu o podstawowe przebiegi falowe (sinusoida, kwadrat, trójkąt, piła, szum, S&H) strojone w Hz lub z prędkością uzależnioną od tempa (sync).

Sposób działania parametru kwantyzacji (quantize beat) zmienia charakterystykę przebiegu LFO w taki sam sposób, jak robi to konwersja LPCM z sygnałem analogowym. Częstotliwość próbkowania jest zsynchronizowana z metronomem (midiclock).

Tego typu urządzenia najlepiej stosować przy kreacji brzmień, lub ich rozwijaniu (sound design, sound shaping), niż do działań o charakterze czysto technicznym, takich jak regulacja pasma gotowych ścieżek. Wynika to z faktu, iż tego typu filtry podbarwiają dźwięk w pasmie częstotliwości odcięcia, jeśli zatem zależy nam cięciu z zachowaniem pierwotnego charakteru brzmienia, warto skorzystać z innych rozwiązań.

W samym procesie kreacji brzmienia filtr jest jednym z podstawowych narzędzi, a jako samodzielny efekt może przejmować część funkcji filtrów wewnętrznych syntezatora. Do tego punktu powrócimy nieco później.

To wszystko przy wpięciu filtra w układzie szeregowym. Użycie go w układzie równoległym otwiera podwoje do zupełnie innego świata.

Najprostszym, lecz niekoniecznie najoczywistszym rozwiązaniem, jest zmiksowanie sygnału przefiltrowanego BP (z włączoną obwiednią, lub LFO) z sygnałem czystym. Przy zachowaniu pewnej ostrożności możemy w ten sposób znacząco ożywić płaskie i nijakie partie syntezatorów, nadawać barwy szumom zaściełającym tło, zamykać, lub otwierać równoległe łańcuchy efektowe, których funkcją jest nadanie konkretnej faktury, barwy, a nawet dynamiki dokręcanych instrumentów i partii.

Ograniczeniem takich łańcuchów jest wyłącznie moc obliczeniowa stacji, inwencja twórcza i zdrowy rozsądek.
Poniżej jeden z prostszych przykładów.

dry wet

Górny skrin ukazuję linię dry: dźwięk zostaje odcięty poniżej 1kHz. Dzięki temu zabiegowi z pierwotnego, ostro wcześniej rozchwianego flangerem i saturatorem brzmienia syntów, pozostaje głównie górna część pasma, bogata w pływające szeroko w panoramie harmoniczne.

Dolny skrin to nasz bohater. Sygnał zostaje brutalnie odarty z dołu i góry.
Autofilter ponadto opływa powoli okolice 750 Hz w przeciwfazie, co wzmaga wrażenie przestrzenności, które zyskiwane jest dzięki dodaniu dość solidnego pogłosu.

Proste korektory parametryczne.

Tym razem na warsztacie ląduje urządzenie bardzo radykalne, o zastosowaniach głównie scenicznych. Za przykład posłuży nam EQ3, który jako emulacja typowego korektora z mikserów djskich, odtwarza brzmienie klasycznych rozwiązań stosowanych w konsolach analogowych z lat 1980-tych i ’90tych,

eq3

Zaletą tych urządzeń jest prostota, łatwość obsługi i skuteczność działania. Wadą – uboczne skutki przetwarzania sygnału w postaci przekolorowania brzmienia i obsunięć fazowych.

Na panelu sterowniczym naszej machiny widać tradycyjny zestaw opcji: częstotliwości cięcia krosownic, głośności dla każdego z pasm i tzw. kill switches, czyli przełączniki umożliwiające całkowite odcięcie konkretnych pasm. Bonusem jest przełącznik nachylenia krosownic (24 lub 48 dB/okt.).

Przygotowany głównie do zastosowań scenicznych, w pracy studyjnej będzie miał mniejsze zastosowanie, nie tylko z uwagi na degradację sygnału, ale też ze względu na dość małą elastyczność (brak dodatkowych opcji, jak obwiednie, LFO etc). Tym niemniej może być jak najbardziej przydatny zarówno, jako narzędzie do podbarwienia brzmienia (którego charakter zmienia w uchwytny sposób nawet przy całkowicie neutralnych ustawieniach), jak również gdy użyty zostanie do radykalnego cięcia pasma.

Korektor parametryczny (ten fajniejszy taki).

W tym miejscu sprawy się mocno komplikują, bowiem ilość rozwiązań, trybów pracy, konstrukcji i dostępnych opcji wymagałaby opisania w oddzielnym artykule, co też prawdopodobnie prędzej, czy później nastąpi. Wszystko dlatego, iż to właśnie ten typ filtrów jest, a przynajmniej być powinien, głównym narzędziem naszej pracy, gdy idzie o ingerencję w pasmo częstotliwościowe.

Obiecując zatem solennie rzetelnie zająć się tym tematem kiedy indziej, teraz wspomnę z grubsza, co można wycisnąć z tych maszyn.

Naszym przykładem będzie EQ8.
eq8

Jak widać na skrinie – jest na bogato.
Powyższe ustawienie jest, powiedzmy szczerze, dość wydumane, ale mimo to, możemy sobie przeanalizować jego rezultaty.

Korektor ustawiony jest w trybie M/S, czyli w podziale na część wspólną obu kanałów (L+R), zgodną w fazie, oraz różnice dające wrażenie przestrzenności (L-R).

Mid, czyli część wspólna (linia szara) przejmuje cały sygnał w jego dolnym pasmie gwarantując odcięcie niesłyszalnych subbasów (dc offset), przycięcie najniższych zakresów, delikatne cięcie na wysokości 100 Hz (gdzie BD, czyli stopa, wykazuje się nadmierną natarczywością), oraz w okolicach 300 Hz dla nadania dźwiękowi nieco bardziej drapieżnego charakteru (vide: sławetny uśmiech dyskoteki). Delikatne podbicie w okolicach 1,5 kHz może osadzić górną część perkusjonaliów (w okolicach brzmieniowych CP, czyli “klapów”) nieco bliżej środka panoramy. Dalej w górę pasma energia zostaje częściowo oddana dla wzmocnienia wrażenia przestrzenności.

Side, czyli różnica pojawia się dopiero w okolicach 200 Hz, dzięki czemu subbas, bass, stopa, podstawy werbla, niskie i część średnich klawiszy oraz większość wokali pozostaną w centrum gwarantując wyrazistość kopnięcia i pasma istotnego pod względem muzycznym (melodia, podstawy przebiegów harmonicznych).

W pasmie 200 – 800 Hz dźwięk – dzięki pojawieniu się sygnału Side – zaczyna nabierać przestrzenności. Zmiana jakościowa następuje w granicach 2,5 kHz (pasmo charakterystyczne dla przesterowanych, “mokro” brzmiących CP). Od tego miejsca dźwięk rozpływa się w panoramie, pozytywny high shelf podbija dodatkowo pasmo > 5 kHz wzmagając wrażenie przestrzenności.

Z uwagi na miód i woskowinę zalegającą uszy, miękkie cięcie w granicach 17 kHz nie będzie miało znaczącego wpływu na zmatowienie brzmienia, a zaoszczędzona przestrzeń – nawet w tak niewielkim wymiarze – pozwoli być może na dodatkowe podbicie głośności.

Innymi słowy – bardzo zgrubnie osadziliśmy sumę miksu w panoramie.

Zastosowanie korektorów parametrycznych tej klasy na ogół najlepiej ograniczyć do takich właśnie operacji: nanoszenia niezbędnych poprawek w brzmieniu pojedynczych instrumentów, sekcji i całego miksu. Nie ma co prawda ograniczeń w tworzeniu automatyzacji, warto jednak pamiętać, iż niektóre korektory wykorzystywane w ten sposób mogą generować niekontrolowane trzaski.

Korektor graficzny.

* * *

Filtry, jako sekcje innych maszyn.

Syntezatory, automaty perkusyjne, samplery.
Ponownie muszę przyznać, iż temat w każdym z powyższych przypadków jest na tyle rozległy, że w tym momencie skupię się na ogólnikach stanowiących niejako część wspólną.

Za podstawę posłuży nam tym razem schemat blokowy syntezatora o możliwie najprostszej konstrukcji (który publikuję za wyraźnym brakiem protestu ze strony autora grafiki – firmy Apple).

Jak widać sygnał generowany (syntezatory, automaty perkusyjne) lub odtwarzany (samplery, automaty perkusyjne) w oparciu o informację MIDI zostaje przefiltrowany, a potem – po dodatkowych operacjach (np. przetworzenie przez dodatkowe efekty, obwiednie etc) wysłany, jako dźwięk.

W rzeczywistości schemat blokowy jest dużo bardziej złożony, np.: obwiednia głośności często pojawia się przed filtrem.
To, co nas interesuje to jednak sam filtr, który również jest bardziej połączony z pozostałymi sekcjami urządzenia.

Sekcja filtra posiada własną obwiednię głośności, możliwość sterowania przez LFO, regulowane sterowanie częstotliwości odcięcia wartością MIDI Note, lub Velocity oraz często dużo większy wybór typów filtrów zawierający również nietypowe konstrukcje (fitry grzebieniowe, formantowe, rezonansowe, wewnętrzne efekty saturacji i distortu, downsampling etc).
W przeważającej ilości przypadków sekcje te składają się z wielu urządzeń, których schematy połączeń zarówno względem innych sekcji, jak i względem samych siebie dają ogromne możliwości ingerencji w sygnał.

Dla przykładu wybierzemy tym razem Analoga.

analog routing

Na schematach routingu zaznaczono odpowiednio:

  • oscylatory na pomarańczowo,
  • filtry na zielono,
  • obwiednie głośności na niebiesko.

Zależnie od wybranego układu: przy schemacie równoległym każdy z filtrów może obsługiwać dedykowany oscylator niezależnie od drugiego, oba niezależnie mogą przyjmować sumę oscylatorów. Przy schemacie szeregowym opcja jest jedna.

Oprócz tego jednak filtry mogą być ze sobą spięte w taki sposób, iż jeden steruje drugim. Niby niewiele, ale po zsumowaniu tych wszystkich opcji zyskujemy dość potężny instrument, jeśli idzie o kreację brzmienia.

W samplerach działających jako automaty perkusyjne (mówimy przede wszytskim o oprogramowaniu) sprawa ma się nieco inaczej. Każdy slot ma na ogół odzielną sekcję, w której znajduje się filtr umożliwiający podstawowe działania na samplu. Jest ona częścią toru umożliwiającego nadanie samplowi pożądanego kształtu, a zawiera oprócz tego obwiednię głośności, regiony odtwarzania z ewentualną możliwością dodatkowego zapętlania (loop), opcje zestrojenia (detune), głośność.

W takim przypadku funkcją domyślną filtra jest raczej przystosowanie brzmienia sampla do wykorzystania w utworze. Może się pod tym kryć bardzo wiele działań, np.: wyodrębnienie górnych pasm stopy (BD) w celu użycia jej jako warstwy nadającej charakteru atakowi BD w utworze, lub usunięcie pasm przeszkadzających w osadzeniu w miksie np.: werbla (SD).

Nie oznacza to jednak, iż tylko tyle da się wycisnąć z takiego filtra. Również bowiem i w takim zastosowaniu filtry często sterowane są, jak w syntezatorach, własnymi obwiedniami, oscylatorami niskich przebiegów (LFO), a często również innymi gadżetami. Tutaj otwiera się duża przestrzeń do zabawy brzmieniem.

Naszym przykładem byłby abletonowski Impulse, ale prostota jego konstrukcji dość skutecznie uniemożliwia bardziej zaawansowane ingerencje w brzmienie. Maszynka ta ma bowiem filtry wyłącznie w slotach, do tego nieuzbrojone w dodatkowe obwiednie.

Filtry w efektorach.
Wkraczamy na zupełnie inne pole, bowiem działanie filtrów ściśle pokrywa się zarówno z funkcją, jak i konstrukcją konkretnych urządzeń.

Możemy jednak maszyny z tego segmentu podzielić na kilka grup z uwagi na typ wykorzystywanych przekształceń.

1. Saturacja, przester, distortion.
Urządzenia w tej grupie wykorzystują filtry do częściowego ograniczenia zakresu działania efektów, lub zbliżenia ich brzmienia do emulowanego oryginału (jeśli służą odtworzeniu konkretnych urządzeń znanych skądinąd).

W części przypadków filtry działają w oparciu o predefiniowane presety, w innych – dają możliwość własnoręcznego doboru parametrów.

saturatory

Na powyszym skrinie mamy trzy takie przykłady.

Cabinet (pierwszy od lewej) odtwarza brzmienia różnych zestawów mikrofonowych nagrywających konkretne zestawy nagłaśniające. Filtry nie są bezpośrednio dostępne, ale ich wpływu na brzmienie nie sposób pominąć.

Samo urządzenie odtwarza znaną i popularną technikę nagrywania instrumentów elektroakustycznych, która w rzeczywistości wygląda mniej więcej tak:

Pośrodku skrinu znajduje się emulacja wzmacniaczy (Amp), która oprócz stosownych przesterów i innego typu zniekształceń oferuje już dość konkretny korektor graficzny, będący nota bene na ogół standardowym elementem wszelkiego typu pieców, wzmacniaczy gitarowych i innych tego typu maszyn.

Z uwagi na funkcję tego typu emulacji należy pamiętać, iż korektor pełni w nich rolę drugorzędną, ma bowiem pomóc w okiełznaniu chaosu wprowadzanego z założenia przez wybrany preset. Dotyczy to zwłaszcza górnych pasm często narażonych na bardzo mocne przestery doprowadzające niejednokrotnie do prawdziwej anarchii w brzmieniu.

Innym dość istotnym parametrem jest dry/wet, który umożliwiając miksowanie przetworzonego sygnału z czystym prowadzi do samorzutnego powstawania dodatkowych przekłamań w najwyższych pasmach, a nawet powstawania filtrów grzebieniowych. Ten efekt, jakkolwiek ciekawy, rzadko bywa przydatny.

Ostatnim z naszych skrinowych przykładów (pierwszy od prawej) jest Overdrive.
Ten typ maszyn oparty jest już raczej na konkretnym schemacie działania i odtwarza całą klasę efektów o bardzo różnej charakterystyce.

W naszym przykładzie mamy dwa różne filtry. Pierwszy (parametryczny, widoczny u góry wtyczki) filtruje sygnał wchodzący. Drugi (Tone) filtrując sygnał poddany już przesterowaniu odpowiada za koloryzację samego efektu.

2. Faza, krótkie odbicia (phaser, flanger, chorus)
Zmieniając sposób przekształceń  ze wzmocnienia i przesteru konkretnych pasm, na opóźnianie sygnału zyskujemy efektory nadające brzmieniu przestrzenności, prezencji i faktury.

flangers

Zasada działania tych urządzeń jest prosta – relatywnie małe opóźnienie powoduje powstanie filtra grzebieniowego, który – zależnie od czasu (opóźnienia) – radykalnie zmienia charakter dźwięku.
Można więc powiedzieć, iż efektory tego typu są w zasadzie filtrami (comb), dającymi jednak inne rezultaty od klasycznych LP, HP etc.

Pierwszym (od lewej) z widocznych na skrinie, jest phaser, którego opóźnienia i odwrócenie fazy spowodowane jest przez szereg filtrów allpass. Ilość filtrów w szeregu niechybnie ustala parametr Pole, natomiast schemat obiegu przetwarzanego sygnału (vide: filtr grzebieniowy) parametr Earth/Space.

Kolejnym przykładem jest flanger, tworzący filtr grzebieniowy dublując sygnał z bardzo krótkim opóźnieniem, które ponadto ulega ciągłej zmianie. Widoczny w abletonowskiej wtyczce filtr hipass służy odcięciu dolnego zakresu pasma dla uniknięcia niewygodnych zawirowań w okolicach basów, gdzie energia dźwięku i przestrzeń między kolejnymi nutkami nie pozwalają na szaleństwa.

Ostatnim (pierwszym z prawej) jest chorus. Efekt podobny do flangera, jednak zarówno długość opóźnienia, jak i częstotliwość jego zmian są odpowiednio większe.

3. Pogłos, echo (delay, reverberation).
Zwiększając opóźnienie sygnału powyżej ~40 ms przechodzimy do nowej domeny. Sygnał wracający po takim i dłuższym czasie nie jest już odbierany jako jednolity dźwięk – część oryginalnego brzmienia. Mózg za to zaczyna analizować go jako sygnał osadzony w konkretnej przestrzeni.

Tego typu efektory korzystają z dwóch różnych modeli opartych jednak na tej samej zasadzie: powtarzania przetwarzanego sygnału z konkretnym opóźnieniem (delay), lub konkretnym zestawem opóźnień (reverbator) przy jednoczesnym ściszaniu i filtrowaniu kolejnych iteracji.

space

Przykładem prostszym jest tu echo (delay).
Sygnał wchodzący zostaje opóźniony, przefiltrowany, przyciszony i zdublowany, następnie jedna część wysłana na zewnątrz, a druga zawrócona na początek toru, gdzie znowu podlega przetworzeniu.

Filtr służy tutaj przede wszystkim wycięciu zbędnych pasm, które w rezultacie znikną najszybciej.

Nieco inaczej działa pogłos (reverbator). Na skrinie widać dwa przykłady tego efektora. Pierwszym jest klasyczny reverb, drugim convolution reverb.

Oba działają na podstawie tego samego schematu: sygnał zostaje opóźniony w kolejnych odbiciach, jednak czas i charakterystyka odbić zmieniają się wraz z opóźnieniem: od pierwszych kilku wyraźnie oddzielnych (early reflections), aż po cały strumień następnych, upakowanych coraz bliżej siebie (diffusion). W zależności od typu, schematy odbić i dyfuzji mogą być dobrane sztywno w presetach odpowiadających charakterystyce odtwarzanych przestrzeni, lub podlegać regulacji przez użytkownika. W przypadku pogłosów opartych na technologi impulsowej (convolution reverb) charakterystyka odbić i dyfuzji odtwarzana jest z presetów przygotowanych w oparciu o brzmienie autentycznych pomieszczeń (o tym – kiedy indziej).

Filtry rewerbatorów odpowiadają na ogół za charakterystykę sygnału wejściowego, oraz (oddzielna sekcja) charakterystykę tłumienia (wzbudzania) sygnału poddawanego dyfuzji.

Pozwala to z jednej strony na dość dokładne zdefiniowanie nie tylko pasma, które będzie podlegać rewerberacji, ale i tego, które pasma będą najdłużej ulegać wybrzmieniu. Odpowiedni dobór parametrów pozwala na bardzo dokładne zdefiniowanie przestrzennego kontekstu, tj. rozmiaru pomieszczenia, jego charakteru, usytuowania słuchacza względem pomieszczenia i pozornego źródła dźwięku, pozornej głośności dźwięku, a nawet materiałów z jakich owo pomieszczenie jest zbudowane. Szczególny, choć nie bezpośredni wpływ na to mają właśnie filtry.

4. Inne cuda
Klasyczne podejście do tematu podziału i systematyki czegokolwiek wymaga stworzenia oddzielnej grupy – swoistego śmietnika, który ułatwia z jednej strony zawarcie możliwie dużej grupy zjawisk o różnym charakterze, z drugiej pozwala na uniknięcie migreny powodowanej nadmiernym rozrostem tworzonego drzewka.

Mając niejakie doświadczenia na polu analityki, pozwolę wypracowanemu przez lata lenistwu na skorzystanie z tej jakże cudownej metody rozwiązywania potencjalnych problemów. Zwłaszcza, że z opisywanych poniżej maszyn tylko jednak zasługuje de facto na wspomnienie, pozostałe zaś dorzucam raczej dla sportu.

Vocoder.
Tym razem nie wrzucę podobizny Johna Cleese’a.

Wokoder działa w oparciu o podział pasma częstotliwościowego sygnału sterującego na konkretną liczbę “podpasm” według schematu korektora graficznego. Sygnał w każdym podpasmie jest mierzony pod względem głośności i ten zestaw wyników zastosowany jest do sterowania głośnością analogicznych subpasm w filtrze (działającym wedle tego samego schematu i parametrów) odpowiedzialnym za przetwarzanie sygnału poddawanego działaniu vocodera.
Tak wyglądała konstrukcja tych urządzeń pierwotnie: Prosta i skuteczna. Do jakiego poziomu w dziedzinie analizy spektralnej sygnału doszli konstruktorzy i producenci dzisiejszych vocoderów, możemy tylko się domyślać patrząc na dostępne obecnie rozwiązania (vide: Autotune, Melodyne), ich możliwości i zastosowania.

* * *

BONUS.

Dwa pozostałe przypadki nie są już filtrami sensu stricto, ale można je na pewnym poziomie w ten sposób rozpatrywać. Z tych powodów pojawiają się właśnie w formie bonusu.

Downsampling i bit reduction.

Te dwa efekty polegają co prawda na odfiltrowaniu, ale jego charakter diametralnie różni się od rozwiązań opisywanych w głównym wątku.
Downsampling polega na przepuszczaniu tylko każdego n-tego sampla przetwarzanego dźwięku (tak przynajmniej działa ta sekcja abletonowskiego efektora Redux).

Natomiast bit reduction przepuszcza tylko ustaloną liczbę najstarszych bitów słowa stanowiącego każdy sampel (chodzi tu oczywiście o pojedynczą próbkę sygnału cyfrowego). Rezultatem jest zmniejszenie rozdzielczości bitowej, czyli właśnie bit reduction.

Drugim naszym przykładem jest abletonowski Erosion.

Nie jest to filtr, a raczej efekt modulujący sygnał wejściowy konkretnym przebiegiem (szum, sinusoida). Częstotliwość określa w tym przypadku kolor szumu (a więc jednak występuje tu jakiś filtr typu BP), albo wysokość dźwięku (sinusoida). Parametr width (dostępny tylko dla szumów) to odwrotność rezonansu filtra.

erosion

* * *

Co prawda doszliśmy w zasadzie do końca naszej trylogii, ale mam wciąż wrażenie, że wypadałoby nieco rozrzutniej sypnąć przykładami zastosowań, ich potencjalnymi rezultatami, problemami z tym związanymi etc.
Dlatego też, drogi Czytelniku, możesz spodziewać się kolejnej części nieśmiertelnej sagi, w której świst grzebieni mieszać się będzie niecierpliwym kwakaniem, a rozbuchane nadmiarem energii basy ze złowrogim trzaskiem cięte będą na odlew świętymi ostrzami tytułowych “filtrów przeznaczenia”, czy jak to tam sobie nazwiemy dla podbicia oglądalności.

A zatem już wkrótce:

[]txt v.02

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s