Zengetők tesztelése-Élethűség

Mikor mondhatjuk egy zengetőre hogy jó, vagy egyenesen kiváló minőségű? Szerintem akkor, ha az általa előállított zengetés és térbeliség jól használható. Hogy mindehhez közben mennyi és milyen hiba társul, az gyakorlatilag lényegtelen. Azok a zengetők amik teljesítik ezeket a feltételeket, népszerűvé válnak. Azonban ezek között is vannak olyanok, amik egy kicsit sikeresebbek mint a többi, ezekből lesznek a híres, később legendás, sok idő elteltével pedig klasszikus darabok.


Érdekes módon a klasszikus zengetők között nagyon sok van, aminek hangzása nem kifejezetten élethű, kiváltképp ha egy valódi helyiséghez hasonlítjuk. Valami oknál fogva mégis nagyon sokan használják őket. Mi lehet ennek az oka? Nagyon egyszerű: az általuk létrehozott zengetés kiválóan illeszkedik/illeszthető a mixbe, más szóval a hangzásuk rendkívül zenei. A hallgató pedig nem azt figyeli, hogy a zengetés mennyire élethű, hanem hogy a zene amit hall, tetszik-e neki vagy sem. Természetesen vannak olyan esetek is, amikor a nem élethű zengetést azonnal meg lehet hallani! Ezek elsősorban a klasszikusan akusztikus művek, mint például szimfonikusok, jazz, népzene, stb. A modern zenékben viszont sokkal inkább a mesterséges zengetést szoktuk meg, és ez itt a lényeg, hogy mit szoktunk meg...

Tipp:
A fenti képen látható az Inchindown komplexum olajtartálya, melynek lecsengési ideje beszéd esetében: 30 sec, szélessávú hangnál: 75 sec, 125Hz-es tuba hangnál: 112 sec (világrekord). Ezek az értékek persze nem adnak "normális" zengetést -annak hétköznapi értelmében-, mégsem mondhatjuk hogy nem élethűek, hiszen egy valódi helyiségben, valódi akusztikai körülmények között jönnek létre.

Nagyon leegyszerűsítve a kérdést az élethűséget úgy ellenőrizhetjük, ha meghallgatjuk a zengetőt. Ha olyan hangot hallunk amit a valóságban is hallanánk, akkor élethűnek nevezhetjük. Ehhez persze szükséges az is, hogy jól ismerjük a valódi helyiségekben létrejövő zengetés hangját!

Élethűség vizsgálata
A digitális zengetés alapesetben egyáltalában nem ad élethű hangzást. Ez abból ered, hogy a matematika egzakt tudomány, mindig azonos eredményt ad, míg a való világban mindig találkozunk hibákkal (talán pont ezzel jellemezzük a valóságot). Az egyik könnyen felismerhető ilyen probléma, hogy az algoritmikus zengetők alapvetően nagyon éles hangzásúak. A valóságban a magas frekvenciájú hangok sokkal hamarabb elhalnak mint az alacsonyabbak, viszont egy algoritmus alapesetben nem tesz közöttük különbséget. Persze ezt egyszerűen orvosolhatjuk, ha szűrőket építünk be, és itt kezdődik annak eldöntése, hogy az algoritmus mennyire legyen élethű. Ugyanis nem biztos, hogy mindig erre van szükségünk, vannak akik kifejezetten unalmasnak tartják az élethűséget.

Több tesztet is végeztek, ahol a résztvevőknek két felvételt kellett meghallgatniuk. Mindkét felvételen ugyanaz a hanganyag szólt, de az egyiken természetes, a másikon mesterséges zengetéssel. Ezután ki kellett választaniuk, hogy melyik tetszik nekik jobban. A legtöbben a mesterségeset választották. Ez talán nem is csoda, hiszen ezekben az algoritmusokban fel van erősítve az ami érdekes egy zengetésben, és el van nyomva az, ami a való világban problémákat okoz (nem ad kifejezetten jó hangzást). Tehát fontos kérdés az is, hogy mi a célunk a zengetéssel, mennyire kell élethűnek lennie a kialakult hangzásnak ahhoz, hogy a hétköznapi hallgató élvezni tudja a zenét.

Ha egyszerűen akarjuk megfogalmazni azt milyennek kell lennie egy zengetésnek ahhoz, hogy élethűnek halljuk, akkor az így szólna: A zengetés az eredeti (száraz) hang részévé kell hogy váljon, vagyis ne legyen elkülöníthető, felismerhető. A valóságban is ugyanígy van. Ha jó minőségű zengetőt használunk, akkor a zengetési arány növelésével csak a tér érzete növekszik, nem visszhangot hallunk, nem homályosítja el az eredeti hangot, és nem válik tőle túlzsúfolttá a mix. A gyengébb zengetők hangzása megfelelőnek tűnik, ha csak elkülönítve hallgatjuk, pl. egy-egy sávot solo módban, de azonnal összevisszaságot okoznak, ha a teljes mixet hallgatjuk.

Korai visszaverődések tesztelése
A korai visszaverődések határozzák meg, hogy az adott helyiséget milyen anyagúnak és elsősorban milyen méretűnek hallunk. Ennek előállításához elméletileg elegendő 20-30 visszaverődés (ismétlés) is, amiknek ha jól választjuk meg a mintázatát és időbeli elhelyezkedésüket, jó eredményt kapunk.

Az élethű zengetéshez elengedhetetlen, hogy élethű korai visszaverődéseket használjunk. Ezt konvolúciós zengetőkkel viszonylag egyszerűen oldhatjuk meg, hiszen ott egy valódi ER-t rögzítünk. Algoritmikus zengetőknél már egy kicsit nehezebb a helyzet, hiszen itt egy mesterséges algoritmus matematikai úton állítja elő az ER-t. Ha nem megfelelő az algoritmus, nem kapunk élethű hangzást. Ezt a Lexicon mérnökei hamar felismerték, és már a korai digitális zengetőik programozásához is rengeteg mérést és kísérletet végeztek el a valóságban is létező helyiségekben. Talán ez az oka, hogy a régi Lexicon zengetők, a lassú CPU és kevés memória mellett is meglepően élethű térbeliséget voltak képesek előállítani.

Azért, hogy minimális tárhely (ROM) mellett a lehető legtöbb élethű ER-t tudják előállítani, a különböző akusztikai terek jellemző korai visszaverődéseit mintákra egyszerűsítették le. A Lexicon PCM Native Room algoritmusában pl. 47 különböző korai visszaverődés mintából választhatunk (a melléklet képen a közepes méretű helyiségeket láthatjuk). Ezek nem impulzus válaszok, hanem azok alapján készült olyan speciális "késleltetések", amik időben, jelszintben és térbeli elhelyezkedésben nagyon hasonlítanak egy IR-ben találhatókra. Mivel a minták alapján készült algoritmusok szintetizálással állítják elő a korai visszaverődéseket, így a paramétereket egyszerűen és viszonylag tág keretek között lehet módosítani. Ezzel a megoldással csekély számú jellemző minta segítségével is nagyon sok különböző akusztikát lehet gyorsan és egyszerűen előállítani.

Hogyan tesztelhetjük saját zengetőnk korai visszaverődéseit?
Ha zengetőnk lehetővé teszi a korai és a kései visszaverődések külön ki/be kapcsolását, vagy jelszintjük független beállítását, akkor viszonylag egyszerű dolgunk van. Ilyenkor a teszteléshez nem kell mást tennünk, mint csak a korai visszaverődéseket hallgatnunk. A legjobb, ha rövid, impulzusszerű hangokat használunk, amiknek magas a tranziens tartalmuk,  de használhatjuk akár az előző részben megismert Altiverb Spike és Waves teszthangokat is.

Általában két alapvető paramétert tudunk beállítani. Az első maga a minta (pattern), a második pedig a helyiség mérete (size). Ez utóbbi általában a minta időbeli széthúzását, vagy összenyomását eredményezi. A teszthez indítsuk el a teszthang lejátszást végtelenítve, majd váltogassunk az egyes minták és méretek között. Ha megfelelő térbeliséget kapunk, akkor a korai visszaverődéseket megfelelőnek minősíthetjük. Mire gondolok?

Térbeliség ellenőrzése (Korreláció)
A térbeliséget viszonylag egyszerűen ellenőrizhetjük akkor is, ha még nem rendelkezünk ehhez elég gyakorlott hallással. Először is nagyon fontos, hogy mono teszthangot használjunk. Amikor csak magát a teszthangot hallgatjuk -zengetés nélkül- akkor annak csak középről, egyetlen pontból szabad érkeznie. Ehhez természetesen a Spike-ot nem tudjuk használni, hiszen az nem eredményez normálisan hallható hangot! Most kapcsoljuk be a korai visszaverődéseket (a zengetőt) és figyeljük meg, hogy van-e változás. Ha a hang változatlan, akkor nem kapunk megfelelő térbeliséget. A különbséget nagyon jól érzékelhetjük, ha ki/be kapcsolgatjuk a zengetőt. Kikapcsolt állapotban a teszthangnak mindig középre kell ugrania úgy, hogy a térben csak egyetlen pontból szóljon. Ha ez történik, a térbeliség létrejön. Innen már csak az a kérdés, hogy a paraméterek változtatása milyen mértékben változtatja meg a tér méretét, vagy alakját.

A térbeliség létrejöttét ellenőrizhetjük goniometer segítségével is, hiszen ezen kiválóan látható, hogy a jel mono maradt-e, vagy sem. Szintén jól látható az is, hogy mennyire lett sztereó a zengetett hang, illetve nincs-e túlzott fáziseltérés a két oldal között. Ezzel a módszerrel azonban csak magát a sztereó tér létrejöttét ellenőrizhetjük, annak élethűségét, hangzását nem.

Diffúz ER
A valódi akusztikai terekben a korai visszaverődések soha nem a forráshang pontos másolatai. Ez egyrészt azt jelenti, hogy a visszaverődések mindig egy kicsit elnyaltak lesznek (ha a hullámformát nézzük) és soha nem kifejezetten impulzus jellegűek. Vagyis lesz némi felfutásuk és lecsengésük még akkor is, ha a forráshang csak egy nagyon rövid impulzus volt. Másrészt nem diszkrétek, mert mire elérnek a hallgatóig, már valamelyest dúsulnak, sőt elrendezésük kismértékben véletlenszerű is lesz. Ha tehát a zengetőnk a korai visszaverődésekben csak a forráshang pontos másolatát játssza vissza, biztosak lehetünk benne, hogy a végeredmény nem lesz teljesen élethű!

Valhalla VintageVerb-Fat Snare Room preset,
 az első 20ms, +10dB jelszint nagyítással
Mindezt valójában csak vizuális teszttel tudjuk ellenőrizni. Érdemes nagyon rövid, impulzus jellegű hangot választani, mint pl. az Altiverb Spike (csak digitális eszközökhöz). Küldjük át a zengető korai visszaverődéseket előállító részén, de lehetőleg csak azon! Ha ez nem megoldható, akkor a tesztnek a továbbiakban sok értelme nincsen, kivéve ha csak az első pár ezredmásodpercet vizsgáljuk. Ennyi idő alatt ugyanis a legtöbb természetes zengetést szimuláló algoritmus még nem képes felépíteni a kései zengés fázist. A végeredményt rögzítsük egy sávon, majd elemezzük ennek hullámformáját és spektrum diagramját. Ha ezeken az eredeti impulzus képét gyakorlatilag változatlanul látjuk ismétlődni, akkor sajnos a korai visszaverődéseink nem elnyaltak és nem diffúzak. A diffúz jel képe nem csak egyetlen impulzusból, hanem több egymáshoz viszonylag közel, aránylag véletlenszerűen elhelyezkedő rövidebb jelből kell hogy álljon. A jelszint különbség természetesen nem számít dúsulásnak, tehát azt ne vegyük figyelembe!

Oril River-ER Variation 2, az első kb 20ms, +10dB jelszint nagyítással
A mellékelt képeken két teljesen eltérő korai visszaverődés modellt láthatunk. Az első (fenti kép) a Valhalla VintageVerb Room algoritmusa. Itt jól látható, hogy a bevezetett impulzus nem pontosan ismétlődik, tapasztalhatunk némi felfutást, és jól kivehető lecsengést, valamint egyértelműen dúsulást is. A második képen (balra) az Oril River korai visszaverődéseinek 2-es változatát láthatjuk. Jól megfigyelhető, hogy a visszaverődések szinte változatlanul ismétlődnek, sem felfutást, sem dúsulást nem tapasztalhatunk, viszont legalább van némi lecsengés. Bár az ismétlődések elhelyezkedése mutat némi mintázatot, ezt nem nevezném kifejezetten véletlenszerűnek (bár ehhez több egymás után készített mintát kéne megvizsgálni). Az viszont mindenképpen kedvezőtlen, hogy a visszaverődések jelszintje gyakorlatilag változatlan.

Kései visszhang (zengés) tesztelése
Waves H-Reverb
Jól látható, hogy itt a korai visszaverődések és a
kései zengés időben nem egymás után helyezkedik el
A kései visszhang fázisba érkező hang a zengető gyártójától függően vagy az eredeti bejövő, vagy a korai visszaverődésekből kijövő ismétléseken alapszik. Többek között ebből is adódik az, hogy különböző zengetők eltérő hangzást adnak.

A gyengébb minőségű algoritmusok egyik leggyakrabban előforduló hibája a túlzott egyszerűsítés, mivel csak így tudnak megfelelően alacsony CPU terheléssel működni. Ennek hallható jele, hogy a zengetés solo-ban ugyan nagyon élethű, de amikor már több sávot is egyszerre küldünk rá, a teljes mix homályossá, tompává, érthetetlenné válik. Ezt viszonylag egyszerűen ellenőrizhetjük a zengető ki/be kapcsolásával, akár egyesével külön-külön, akár az összes sávon egyszerre. Ha a mix a zengető bekapcsolt állapotában elveszíti az addig meglévő tisztaságát, akkor lehet, hogy a zengetőink algoritmusiban kell a hibát keresni (vagy a beállításaikban). Tovább is folytathatjuk a kutatást, ha a különböző zengetőket egyesével teszteljük, hiszen elképzelhető, hogy nem mindegyik szenved ettől a hibától.

Szintén gyenge minőségű algoritmusról beszélünk, ha a zengetés nem válik a forráshang részévé, hanem attól elkülönülten -úgy is mondhatjuk, hogy- egy másik síkban szól. Ennek tesztelésére szintén a ki/be kapcsolásos módszert tudom ajánlani. Ha a teszt közben a forráshang mögött, vagy előtt halljuk meg a térbeliséget és nem a hang kerül bele egy térbe, akkor sajnos az algoritmus nem a legjobb.

A gyenge minőség újabb jele, hogy nem halljuk a térbeliség kialakulását, vagy a zengést, ezért a visszatérő csatornát egyre jobban felhangosítjuk. Ezzel persze nem hogy jót, hanem sokkal inkább rosszat teszünk, mert ilyenkor a megnövekedett lecsengési idő miatt a mix még összemosottabbá, homályosabbá válik. Ezt a problémát viszonylag egyszerűen kizárhatjuk, ha a zengetők visszatérő csatornáját hangosítjuk és halkítjuk. Ha csak a hangosabb beállítás mellett érzékeljük a teret, biztosak lehetünk benne, hogy a zengetőnkkel problémák vannak. Duplán ellenőrizhetjük az eredményt, ha addig halkítjuk a zengetőket, amíg kitisztul a mix. Ha ekkor  már nem jön létre térbeliség, biztos hogy az algoritmusokkal (vagy a zengetők beállításával) van baj.

Tipp:
A Lexicon zengetők egyik ismert képessége, hogy olyan jó minőségű zengetést képesek előállítani, hogy akár a forráshang szintjére is emelhetjük a zengetést, akkor sem nyomja el azt, nem homályosítja el a hangzást. Ez persze az össze kiváló minőségű zengetőre igaz lehet, nem csak a Lexiconra...

Mindezek a problémák természetesen az élethűséget is erősen befolyásolják, hiszen a valóságban a térbeliség a forráshang részét képezi, attól nem halljuk különállónak, sőt az sem teszi tönkre az összhatást, ha egyszerre több hangszert is hallunk. Ezeket a dolgokat persze elég nehéz laboratóriumi mérésekkel ellenőrizni, így jobb híján csak a hallásunkra támaszkodhatunk. Fogadjuk el alapszabálynak azt, hogy amit nem hallunk, az nincs is, és higgyünk a fülünknek. Ha zengetőnk az előző részben megismert teszteken átment, és a fenti problémákat sem tapasztaljuk, akkor nagy valószínűséggel megfelelő minőségű.

Hosszú lecsengésű zengetés minőségének vizsgálata
Normál akusztikus, természetes körülmények között az extra hosszú lecsengésű zengetés (kb 30 sec) nem lehetséges. Ez a levegő sűrűségéből, vagyis a benne lévő részecskékből adódik. A hang ezek mozgatásával terjed, és bár egy-egy ilyen részecske rendkívül kicsi méretű, megmozdításához mégiscsak erő, vagyis energia szükséges. A részecskék mozgásakor is súrlódás keletkezik, ez pedig egy idő után felemészti a bevezetett energiát (vagyis a hangot). Ennek a mozgási energia veszteségnek a következménye az is, hogy létező akusztikai terekben a hang magas frekvenciái mindig hamarabb halnak el, mint az alacsonyabbak. Ez azt eredményezi, hogy a lecsengési idő a frekvenciával együtt változik. Ha tehát a zengetőbe vezettet impulzusunk által keltett teljes spektrumú hang a lecsengés közben végig megmarad, a létrejövő utózengés nem mondható élethűnek. Azt, hogy milyen arányban tér el a magas és alacsony frekvenciák aránya, a szimulálni kívánt helyiség valódi fizikája határozza meg. Tehát nem mondhatjuk azt, hogy a jó arányra létezne egy konkrét számérték. Koncerttermek esetében pl. akár 150%-al hosszabb is lehet az alacsony frekvenciák lecsengési ideje.

Ha digitális algoritmikus zengetést alkalmazunk, ahol a fizika törvényei nem érvényesek, természetesen korlátlan számban ismételhetjük a forráshangot, vagyis elméletileg végtelen visszaverődést és végtelen hosszú lecsengést állíthatunk elő. Ez persze a valóságban nem tapasztalható, tehát élethűségről nem igazán beszélhetünk. Ha mégis extra hosszú zengetést alkalmazunk, akkor számolnunk kell vele, hogy ez a zengetés alkalmával használt rövid idejű késleltetési blokkok gyakori ismétléséből kialakuló, úgynevezett minta-hatáshoz vezet. Általánosságban elmondható, hogy egy átlagos blokk mérete 100ms, vagy kevesebb. Vagyis egy idő múlva már nem egy zengetést, hanem egy minta ismétléseit halljuk. Ez azért probléma, mert agyunk mindenben mintákat keres. Ennek a problémának a megoldására az algoritmusok különböző módszerekkel változtatgatják a késleltető blokkok lejátszásának sebességét vagy sorrendjét, amit nevezhetünk modulációnak is. A probléma ezzel az, hogy ha a blokkokat nem az eredeti sebességgel játsszuk le, akkor úgy halljuk, hogy a hangmagasság megváltozik. Többek között ebből ered az elsősorban a régebbi, vagy gyengébb algoritmusokban hallható fémes, csengő hangzás. Ha tehát a zengetőn a teszthangot (impulzust) átvezetve ezt halljuk, biztosak lehetünk benne, hogy az algoritmus gyenge minőségű, vagy a moduláció túlzott mértékű. Ha tehát a valóságban már nem létező (extra) hosszúságú, de hallható, zavaró hibákat nem tartalmazó zengetést akarunk előállítani, speciális algoritmusokat kell alkalmaznunk, ezek viszont nem adnak természetes hangzást.

Extra hosszú lecsengési időnél a legtöbb régi algoritmikus zengető (és plugin) nem tesz mást, mint felhangosítja a belső visszacsatolási jelszintjét, így tovább marad hallható a lecsengés. Ez egy nagyon egyszerű megoldás. Sajnos azonban ez egyben egy magas belső RMS jelszintet is eredményez, ami torzításhoz vezet. Bár a zengetőből kilépő jelszint nem lépi túl a beállított értéket, az algoritmuson belül túlvezérlés jön létre. Ez elkerülhetetlen, mert ez az algoritmusban lévő ismétlő hurok működésének sajátossága.

Egy átlagos ismétlési blokk mérete 100ms, ami azt jelenti, hogy egy 30 másodperces lecsengésnél 300x kell ezt megismételni (visszacsatolni). Ha eközben a visszacsatolás folyamán valami hiba keletkezik, az az összes többi ismétléskor nem csak hallható marad, hanem folyamatosan erősödik.

Mindez elsősorban az alacsony bitmélységet alkalmazó algoritmusoknál okoz problémát, a mai jó minőségű 32 és 64 bites lebegőpontos műveleteket végzőknél már egyáltalában nem. Így a korszerű zengetők nem szenvednek ettől a problémától még szuper-extra (70 másodperc) hosszúságú lecsengésnél sem.

Tipp:
A legtöbb mai zengetőbe beépítik ezeket a régebbi algoritmusokat is, hogy ha szükség van rá, elérhető legyen a klasszikus, kissé zajos, erősen színezett hangzás. Ezekben általában a létrejövő interpolációs zaj hosszú lecsengések esetén eltérő értéket vesz fel a bal-és jobboldalon, amitől egy erősen térbeli (nem csak szélesen szóló, hanem a hallgatót gömb alakban körülvevő) zengetés alakul ki.

Élethűség vs jó hangzás
Bár a jó hangzás fogalma elég szubjektív, az nem feltétlenül azonos az élethű zengetéssel. Ha eltekintünk az effektként alkalmazott zengetésektől, és csak a térbeliség megteremtésére használt zengetéseket vesszük figyelembe, a modern zenékben és mixekben olyanokat hallhatunk, amik valóban létező helyiségekben soha nem alakulhatnának ki. Egyik legjobb példa erre a lemezes zengető, illetve a modern terem algoritmusok.

Mint azt már tudjuk, normál akusztikai körülmények között 16 kHz felett gyakorlatilag nem létezik zengés. Ez a levegő ellenállása miatt következik be, ugyanis a levegő részecskéi a magas frekvenciájú hanghullámokban haladva olyan hosszú utat tesznek meg, ami közben jelentős energiaveszteséget szenvednek el. Eközben a mozgásuk -és ezáltal a hullám mozgása- olyan mértékben lelassul, hogy nem jut el a visszaverő felületekig, vagy onnan vissza a hallgatóhoz. Ha ehhez a tényhez hozzávesszük azt is, hogy a legtöbb ember nem is hallja a 16 kHz feletti frekvenciájú hangokat, akkor természetszerűen adódik a kérdés, vajon szükség van-e a 16 kHz feletti hangok zengetésére. A témánknál maradva a kérdést feltehetjük úgy is, hogy vajon mennyire nevezhető élethűnek egy olyan zengető, ami 16 kHz felett is állít elő utózengést?

A lemezes zengetők esetében -igen szerencsés módon- a magas frekvenciák gyorsabb lecsengése létre jön, tehát ez bizonyos mértékben képes a valódi akusztika szimulálására. Ugyanakkor a fémlemezben haladó hanghullám egyrészről jellegzetes fémes hangzást ad, másrészről a különböző frekvenciák különböző idejű lecsengése ezt a fémes hatást még jobban erősíti. Ezzel együtt tehát már nem beszélhetünk élethű zengetésről, hacsak nem egy fémlemezekből készült helyiség akusztikáját szeretnénk utánozni, de ez a legtöbb esetben nem így van. Mindezek ellenére a modern zenék hangzásának egyik alapköve a lemezes zengető használata.

A fiatalabbak közül sokan a valódi akusztikát szimuláló zengetőket tompának, vagy még inkább nem elég tisztának jellemzik. A modern technikának köszönhetően a zengetés élethűsége tehát manapság már nem annyira fontos, a lényeg -mint mindig is volt- a végeredmény! Mondhatjuk úgy is, hogy a lényeg az, hogy a kialakult térbeliséget és/vagy utózengést mennyire lehet a mixben elhelyezni anélkül, hogy az természetellenessé válna.

Ennyit tehát arról, hogy mire érdemes odafigyelni, ha élethű zengetést szeretnénk mesterségesen létrehozni. Bár megállapítottuk, hogy a modern zenéknél ez nem elvárás, azért nem baj ha tudjuk, hogy a kiválasztott zengető képes-e egyáltalán megfelelő térbeliség előállítására. A sorozat következő részében egy kicsit tudományosabb módon fogjuk a zengetők működését és az egyes paraméterek hatását megfigyelni és  tanulmányozni.

Addig is eredményes keverést kívánok mindenkinek!

A következő részhez katt ide...

Felhasznált irodalom:
https://www.soundonsound.com/techniques/choosing-right-reverb
https://www.soundonsound.com/reviews/lexicon-pcm-native-reverb