Głębokie wniknięcie w materię dźwiękową może się wydawać dość skomplikowane, ale między innymi na tym polega proces produkcji muzyki...
Narzędzia produkcyjne audio oraz techniki, które wykorzystujemy do kształtowania struktury harmonicznych powodują występowanie różnego typu zniekształceń, bez względu na to, czy nieznacznie korygujemy charakterystykę brzmieniową, czy radykalnie zmieniamy barwę. Nawet gdy już jesteśmy zaznajomieni z tymi narzędziami i technikami, to postrzeganie ich w kontekście wprowadzania zniekształceń może nam dać zupełnie inną perspektywę i zmieni sposób naszej pracy. Mając to na względzie zaprezentujemy tu główne narzędzia produkcyjne znajdujące się w naszym zasięgu, skupiając się na technikach kształtowania barwy.
Filtry górnoprzepustowe, dolnoprzepustowe, pasmowoprzepustowe lub wycinające to „najcięższa artyleria” w naszej pracy z dźwiękiem przy obróbce harmonicznych i kształtowaniu brzmienia. Używając filtrów o niewielkim nachyleniu (6 lub 12 dB/oktawę) można usunąć dysonansowe składowe wyższego rzędu (filtr dolnoprzepustowy) lub podciąć nadmiernie wyeksponowaną częstotliwość podstawową (filtr górnoprzepustowy) bez wprowadzania zbyt dużych rezonansów lub przesunięć fazowych w zakresie częstotliwości odcięcia. Używając filtrów o większym nachyleniu (od 18 do 48 dB/oktawę) zwiększamy poziom rezonansu w okolicach częstotliwości odcięcia, co można wykorzystać do uwypuklenia danego zakresu częstotliwości. Jednocześnie powoduje to usunięcie pasma poniżej/powyżej, ograniczając szerokość pasma zajmowanego przez dźwięk, a tym samym przestrzeni potrzebnej mu w miksie.
Automatyzacja pracy filtru tak, by podążał on za podstawowymi zmianami wysokości dźwięku pozwala zachować równowagę harmoniczną w sytuacji, gdy instrument wytwarza więcej niż kilka tonów podstawowych. Filtrów nie stosuje się wyłącznie do usuwania niskich składowych czy przestrajania, mogą one być wykorzystane do precyzyjnego dopasowania dźwięku do reszty aranżacji i do tego, by kierować uwagę słuchacza na określone jej elementy, bez konieczności stosowania tłumików.
Korekcja półkowa to swoisty „szeroki pędzel” do kontroli barwy dźwięku, ale wyposażony w regulację dobroci lub rezonansu może być także narzędziem kreatywnym. Wszyscy zapewne korzystaliście z korekcji półkowej w odniesieniu do wysokich tonów, dla rozjaśnienia zbyt ciemnego dźwięku, ale jeśli będziemy pamiętać o strukturze harmonicznej, i jednocześnie będziemy mieli dostęp do regulatora Q/Knee, można uzyskać szereg interesujących efektów muzycznych. Dla przykładu, ustawiając odpowiednio duży poziom Q (4 lub więcej) dla filtru półkowego tłumiącego wysokie tony, i częstotliwość około dwie oktawy wyższą niż częstotliwość podstawowa dźwięku, subtelnie podbijemy drugą i trzecią harmoniczną oraz stłumimy wyższe harmoniczne, jednocześnie nie zmieniając poziomu tonu podstawowego. W ten sposób możemy zmiękczyć zbyt agresywne brzmienia, zwracając jednocześnie uwagę słuchacza na dźwięk podstawowy bez zwiększania jego poziomu. Jeśli dla tego samego filtru półkowego ustawimy podbicie, wówczas rozjaśnimy dźwięk, spowodujemy wycofanie najniższych harmonicznych, wciąż zostawiając niezmieniony poziom tonu podstawowego. Korekcja półkowa jest najlepszym wyborem w przypadku pracy nad brzmieniem źródeł, w których następują częste zmiany wysokości dźwięku. W sytuacji, gdy są to akordy, utrzymanie niskiej wartości dobroci filtru (Q) zabezpieczy nas przed nadmiernymi zmianami poziomu w przypadku poszczególnych dźwięków, z których się składają.
Dzięki algorytmowi o nazwie szybka transformacja Fouriera (Fast Fourier Transform - FFT) stała się możliwa wizualizacja sygnału w domenie częstotliwościowej, zwana też analizą widma.
Współczesne komputery pozwalają na wyliczanie tego algorytmu w czasie rzeczywistym, ale został on wynaleziony przez działającego na przełomie XVIII i XIX wieku fizyka i matematyka Josepha Fouriera, który stworzył matematyczną formę reprezentacji ilości (w tym wypadku częstotliwości) jako sumy prostszych, dyskretnych wartości lub funkcji. W naszych zastosowaniach FFT dzieli zdarzenie dźwiękowe na szereg czystych oscylacji (fal sinusoidalnych) i prezentuje je jako częstotliwość i amplitudę. Większość programów DAW oferuje jakąś formę analizatora widma, pozwalając użytkownikowi zdefiniować rozdzielczość, przy której algorytm FFT dzieli sygnał wejściowy (w postaci liczby wyrażonej jako 2 do potęgi, np. 1024 lub 8192), szybkość, z jaką zanikają szczyty sygnału, sposób połączenia poszczególnych punktów (wygładzenie) i szereg funkcji podtrzymania wskazań.
Częstotliwość prezentowana jest na osi X w postaci logarytmicznej, która bardziej odpowiada temu, w jaki sposób odbieramy dźwięk. Amplituda umieszczona na osi Y wyskalowana jest w decybelach (w skali logarytmicznej).
Korekcja parametryczna pełni w świecie regulacji barwy dźwięku rolę chirurga i bywa stosowana wszędzie tam, gdzie w grę wchodzi precyzyjna obróbka pojedynczych harmonicznych lub całych ich grup. Efektywność tej korekcji zależy od ustawienia dobroci filtrów (Q) - duże wartości sprawiają, że możemy np. dokładnie wyciąć rezonującą, nieparzystą harmoniczną, a niskie (jeden lub mniej) pozwalają m.in. wzmocnić niższe harmoniczne i uwypuklić w ten sposób dźwięk podstawowy w sytuacji, gdy nie ma już możliwości zwiększenia jego głośności w miksie. Małe poziomy dobroci można też zastosować wtedy, gdy chcemy podciąć nieco wysokie harmoniczne w materiale źródłowym, który ma zbyt ostry brzmieniowo charakter, bez wpływu na jego otwartość w zakresie wysokich częstotliwości, który mógłby się pojawić przy zastosowaniu korekcji półkowej.
Kompresory i limitery oddziałują na charakterystykę transjentów i mają w ten sposób bezpośrednie przełożenie na równowagę harmoniczną, zwłaszcza wtedy, gdy chodzi o obwiednię brzmieniową. Dotyczy to zarówno wpływu na częstotliwości w pierwszej fazie dźwięku jak i zwiększenie poziomu cichszych składowych w fazie jego zanikania. Końcowy efekt zależy od materiału źródłowego oraz od konstrukcji samego kompresora lub limitera. Zazwyczaj kompresory mają tendencję do zaciemniania brzmienia, ponieważ transjenty, które są zbudowane z harmonicznych wyższego rzędu, podlegają redukcji przy ustawieniu szybkiego czasu ataku. Z drugiej strony, dominujące częstotliwości podstawowe mogą zostać spłaszczone i ściszone w stosunku do składowych harmonicznych, w efekcie rozjaśniając sygnał. Ustawienia bardzo krótkich czasów ataku i powrotu mogą być przyczyną powstawania zniekształceń i towarzyszących im nowych częstotliwości harmonicznych. Mając na względzie harmoniczny efekt działania kompresji musimy zatem podjąć decyzję, czy jest on dla nas przydatny, czy jedynie pozwala na kontrolę poziomu kosztem jakości brzmienia.
Aphex Exciter, który pojawił się w połowie lat 70. minionego wieku, zapoczątkował rozwój procesorów sprzętowych i programowych wyspecjalizowanych w zmianie, podkreślaniu oraz generowaniu tonów harmonicznych. Czy będzie to wtyczka Waves Renaissance Bass czy sprzętowy, montowany w raku SPL Vitalizer, wszystkie te narzędzia bazują na przesuwaniu określonych częstotliwości w fazie (faza = czas, zatem możemy także mówić o opóźnieniu spektralnym, jeśli ktoś woli), by tą metodą dać naszym uszom i naszemu mózgowi więcej informacji pozwalających zidentyfikować źródło, a także wykorzystać naszą wrażliwość na przesunięcie fazy, które umożliwia nam identyfikację położenia źródła sygnału w obrazie stereofonicznym i określenie jego odległości. Enhancery basu podbijają i generują harmoniczne, aby tą metodą zwrócić naszą uwagę na dźwięk podstawowy bez zwiększania poziomu oscylacji dominujących, a tym samym minimalizują konieczność zmian w wielkości sygnału. Wysokość dźwięku określamy na podstawie kilku pierwszych tonów harmonicznych, zatem istnieje możliwość usunięcia częstotliwości podstawowej bez szkody dla naszego postrzegania wysokości tonu. Ten mechanizm pozwala na odtwarzanie niskich częstotliwości na systemach, które nie są w stanie reprodukować podstawowych, najniższych tonów. Ponieważ generowane w ten sposób harmoniczne pojawiają się w zakresie niskiego środka to może okazać się, że nadużycie tego typu enhancerów doprowadzi do uzyskania pudełkowatego brzmienia.
Excitery działają na podobnej zasadzie w zakresie wysokich częstotliwości, redukując efekt mulistego brzmienia lub wytwarzając atrakcyjnie brzmiące wysokie składowe. Mogą też wypełnić dodatkowymi harmonicznymi wszystkie pasma w naszym systemie audio. Tu też obecność zbyt wielu częstotliwości składowych może zmienić nasz „jasny” i „ekscytujący” dźwięk w „dysonansowy” i „charczący”, zatem, podobnie jak w przypadku enhancerów basu i ostrych sosów w potrawach, wskazany jest duży umiar.
Najlepszym sposobem na zrozumienie „teoretycznej koncepcji harmonicznych” jest wizualne zaprezentowanie ich na konkretnych, funkcjonujących w rzeczywistości przykładach.
Z harmonicznymi ściśle związana jest liczba całkowita, przez którą mnożymy częstotliwość podstawową dźwięku (jego odczuwalną wysokość), a zależność tę najlepiej można zaprezentować w postaci graficznej. Obok zamieściliśmy wizerunki rozkładu częstotliwości dwóch podstawowych przebiegów, z którymi możesz się spotkać np. w przypadku oscylatorów w syntezatorach: trójkątnego i piłokształtnego. Instrumenty akustyczne i elektroakustyczne wytwarzają częstotliwości podstawowe i harmoniczne na drodze fizycznego wywołania drgań, poprzez zarwanie/uderzenie/potarcie struny, przepływ powietrza przez układ wywołujący jego drgania lub drgania innych elementów, czy uderzenia w membranę lub specjalnie ukształtowany przedmiot rezonujący. W ten sposób powstaje znacznie bogatsza struktura harmoniczna niż w przypadku prostych oscylacji elektronicznych.
1.
Fala trójkątna
Przebieg trójkątny składa się z nieparzystych harmonicznych (x3, x5, x7, itp.), które gwałtownie słabną w miarę wzrostu częstotliwości. Brzmienie to odbieramy jako ciemne i dysonansowe w swym charakterze, co wynika z dominacji nieparzystych harmonicznych.
2.
Fala piłokształtna
Przebieg piłokształtny składa się z parzystych i nieparzystych harmonicznych, które maleją wraz ze wzrostem częstotliwości. Brzmienie to odbieramy jako jasne i brzęczące, co jest efektem silnej dominacji składowych konsonansowych i dysonansowych.
3.
Nagranie trąbki
W sygnale trąbki daje się zauważyć silne harmoniczne drugą i trzecią, które są mocniejsze niż dźwięk podstawowy. Częstotliwości składowe zanikają gwałtownie powyżej siódmej harmonicznej. To sprawia, że trąbka brzmi relatywnie miękko, a identyfikacja wysokości dźwięku związana jest z dominacją drugiej i trzeciej harmonicznej.
4.
Nagranie saksofonu tenorowego
Saksofon tenorowy wytwarza ogromną ilość silnych składowych harmonicznych, których najwyższa amplituda przypada na czwartą, piątą i szóstą harmoniczną. Dzięki temu jego dźwięk odbieramy jako jasny i bogaty brzmieniowo, łatwo przechodzący w jazgotliwy i wyraźnie dysonansowy ton.
Efekt zniekształcający (distortion) może występować pod wieloma różnymi postaciami i jest to zdecydowany numer jeden, jeśli chodzi o podkreślanie i wytwarzanie częstotliwości harmonicznych. W rzeczywistości owe zniekształcenia to zniekształcenia harmoniczne - THD (Total Harmonic Distortion - całkowite zniekształcenia harmoniczne). Producenci urządzeń zazwyczaj eksponują ich niską zawartość, ale jest to temat na bardzo długie opracowanie, w którym można by obalić szereg różnego typu mitów. Zniekształcenia mogą objawiać się pod postacią subtelnego wyeksponowania niektórych składowych, tak jak ma to miejsce w przypadku zapisu na analogowej taśmie magnetycznej, przetwarzaniu sygnału przez transformator czy saturacji wprowadzanej przez układy lampowe, w których dominują parzyste harmoniczne (druga, czwarta, szósta itd.). W efekcie uzyskujemy nieco bogatszy i ciekawszy brzmieniowo sygnał.
W mniej subtelnej postaci, takiej jak efekty gitarowe typu fuzz, w których przesterowanie odbywa się przez tranzystory krzemowe lub germanowe, czy wzmacniacze gitarowe, gdzie następuje zniekształcenie w lampowych obwodach wyjściowych oraz samych głośnikach, powstaje znacznie więcej harmonicznych parzystych i nieparzystych, skutkiem czego przebieg wyjściowy zaczyna przypominać falę prostokątną lub piłokształtną, a tony składowe walczą o dominację z tonami podstawowymi. Wywołanie ekstremalnych zniekształceń powoduje wygenerowanie całego szeregu nowych tonów składowych pochodzących od dźwięku podstawowego, które mogą tworzyć ciekawe efekty harmoniczne, ale równie szybko prowadzą do pojawienia się krzykliwych dysonansów i szumu. Możliwości kształtowania struktury brzmieniowej za pomocą zniekształceń są praktycznie nieograniczone, a kluczem do sukcesu jest eksperymentowanie - nie ma tu żadnych precyzyjnych reguł, tylko cała gama często przypadkowych skojarzeń dźwięków harmonicznych z podstawowymi.
Połączenie charakterystyki brzmieniowej wnętrza, charakterystyki mikrofonu (typ przetwornika, kierunkowość itp.) oraz odległości mikrofonu od źródła dźwięku także daje nam możliwość zaawansowanego wpływu na brzmienie nagrywanego tą metodą sygnału. Pogłos pomieszczenia wpływa na rozkład harmonicznych w funkcji czasu, pozwalając naszemu mózgowi na bardziej zaawansowaną analizę sygnału źródłowego.
Akustyka środowiska nagraniowego podkreśla lub minimalizuje zakolorowania sygnału w punkcie jego konwersji z postaci akustycznej na elektryczną (w kapsule mikrofonu). Umiejscowienie mikrofonu i jego dobór znacząco zmienia równowagę między tonami podstawowymi a harmonicznymi. Dla przykładu, efekt zbliżeniowy może wyeksponować tony podstawowe i spowodować wycofanie składowych harmonicznych, a bardziej naturalne brzmienie pojawia się wraz ze zwiększaniem odległości mikrofonu od źródła, kiedy to równowaga ta staje się mniej zakłócona (pamiętajmy, że wszystko jest zniekształceniem, nawet pogłos). Patrząc z tego punktu widzenia, wzajemne relacje między mikrofonem, źródłem sygnału i akustyką pomieszczenia są formą kształtowania zniekształceń, a w konsekwencji i brzmienia, w przeciwieństwie do standardowo rozumianych technik mikrofonowych, w których te pojęcia (i w takim właśnie ujęciu) się nie pojawiają.
