Сатурация в музыке: зачем нужны tape machine VST и магнитофонный вайб?

Virtual tape machines, они же эмуляторы ленточных магнитофонов широко применяются в сведении и мастеринге современной музыки. Что за магия за этим стоит, что именно делают виртуальные tape machines, как с ними обращаться, где взять качественный и бесплатный VST плагин, почему слушатели любят слегка искаженные звуки — об этом сегодняшний разговор.

Преодоление «стерильности» цифровой звукозаписи

Цифровая компьютерная звукозапись произвела революцию в производстве музыки и аудио. Однако довольно быстро отраслевые специалисты и меломаны обнаружили, что миксы, сделанные в цифровых рабочих станциях (DAW), звучат слишком чисто, сухо и как-то безжизненно.

Люди задумались — а чем старые аналоговые записи отличаются от новых? Ответ лежал на поверхности: аналоговые приборы (микшерные консоли, ламповые предусилители и компрессоры, а главное — магнитофоны) вносили в музыкальные миксы небольшие, но приятные слуху искажения, а также добавляли дополнительные гармонические обертоны (гармоники).

Кто-то называл это «аналоговой теплотой», кто-то сатурацией (насыщением) – терминология разнится. Но главное – то, что мир цифровой звукозаписи породил коммерческий запрос на виртуальные эмуляции консолей, ламповых приборов обработки и магнитофонов.

Производители VST-плагинов и плагинов в других форматах поспешили его удовлетворить. В том числе за последние десятилетия появилось множество виртуальных tape machines, имитирующих работу студийных и бытовых магнитофонов.

Что делал с музыкой магнитофон. Клиппинг

Если коротко: привносил мягкий клиппинг, небольшую компрессию, добавлял к сигналу дополнительные гармоники, смягчал гул низких частот, смягчал остроту высоких частот, чуть приподнимал верхние средние частоты.

Клиппинг добавлял музыкальным миксам приятной «хрипотцы» (драйва, «перегруза»), и звукорежиссеры специально добивались этого эффекта. Из среды профессионалов знание о нем просочилось даже на бытовой уровень. Скажем, в свое время в СССР при записи с винила на магнитофонную катушку у меломанов было принято завышать уровень на 1-3 децибела, ориентируясь на глазок по стрелкам индикаторов.

«Сакральное» знание о том, что стрелочку нужно чуть-чуть отпустить в «красную зону» передавалось из уст в уста. И многие не понимали, зачем это нужно, но обычая все-таки придерживались.

А происходит с музыкой и магнитофоном в случае клиппинга следующее. Поступающий на вход аппарата аналоговый электрический сигнал записывающая магнитная головка преобразует в переменное магнитное поле.

В сферу его действия попадает движущаяся магнитофонная лента. Она покрыта ферромагнитным порошком в специальном лаке. Этот слой обладает магнитными свойствами, и на нем остается след остаточного намагничивания. Собственно, это и есть дорожка фонограммы.

Когда мы увеличиваем уровень записи на магнитофон сверх предела в 0 дБ, входное напряжение превышает возможности системы и/или порог насыщения ленты магнитным потенциалом.

Упрощенно говоря, частицы оксида железа, из которых состоит магнитный порошок, в этом случае не могут быть поляризованы (намагничены) сильнее, чем есть. Соответственно, след намагничивая на ленте не способен «вобрать» более высокую амплитуду аудио-сигнала.

Наш аналоговый музыкальный сигнал представляет собой сложную сумму синусоид. Амплитуда — это максимальная «величина» отклонения «горба» или спада синусоиды от среднего значения (смотри обозначение «1» на рисунке ниже).

Когда предел намагничивания ленты бывает достигнут, верхушки «горбов» и «ямки» впадин синусоиды как бы обрезаются. Для простой одноголосой звуковой волны выглядит это примерно так:

Музыкальный, умеренный клиппинг магнитофонной ленты, конечно, не такой жесткий, как на картинке, хотя при большом желании обрезать аудиосигнал на магнитофоне можно в хлам, и звучать это будет плохо.

Тонко регулируя уровень записи (усиления) на магнитофоне, звукорежиссеры прошлого добивались легкого клипинга, который добавлял музыкальным записям, особенно с громкими барабанами и басом, ощутимый и чуть-чуть хриплый «пинок» в нижних частотах. Но некоторое искажение красиво распространялось и на другие частотные области.

Компрессия, гармоники, «трепетание» и прочие благозвучные артефакты

Также при записи музыки на магнитофонную ленту аудиодорожка получала небольшую компрессию, что делало звук фонограммы для слушателя чуть более «громким», хотя речь здесь идет не о реальной физической громкости, а о субъективном ее восприятии.

А еще каждая модель магнитофона вносила в запись собственный набор дополнительных микроискажений. В том числе добавляла дополнительных гармоник, что на слух воспринималось как достижение более богатого звучания.

Строго говоря, магнитофоны и разные типы ленты добавляли еще и фоновый шум. Также некоторая неравномерность движения ленты (вверх и вниз относительно магнитной головки) вносила очень легкий эффект «плавания» высоты музыки. Его принято называть «flatter» («трепетание»), и обычно он слышен выше 1000 герц.

Двигатели магнитофонов также вносили низкочастотный гул, который называют «вау-фактор». И вообще-то он, как и flatter, является дефектом, но может использоваться в современных записях для более реалистичной эмуляции ленты и для художественного эффекта.

Здесь следует отметить, что музыкальная звукозапись долгие годы использовала технологии наложения. То есть, прежде, чем появлялся финальный микс, отдельные инструменты и группы инструментов, вокал и бэки как минимум 2-3 раза перезаписывались с ленты на ленту. А такие группы как поздние The Beatles и Queen использовали многократную перезапись.

В связи с этим искажения, вносимые магнитной лентой и узлами схемотехники магнитофонов, накладывались друг на друга и создавали более слышимые гармонические, клиппинговые и другие искажения.

Все вышеописанное влияло на окрас фонограммы финального микса, делая его «теплым» или «драйвовым», «мягким» или наоборот «агрессивным». Конкретные модели студийных магнитофонов приобретали статус «легендарных». Таким, например, считают швейцарскую модель Studer J37, построенную одним из пионеров звукозаписи Уиллом Студером.

Она использовалась на студии Abbey Road в 60-х годах. И одна из ее модификаций применялась в технически сложной, сделанной с многими наложениями, записи альбома The Beatles «Sgt. Pepper's Lonely Hearts Club Band».

Бесплатный эмулятор магнитофонов Chow Tape Model

Современные tape machine VST и плагины других форматов стараются имитировать работу в основном студийных магнитофонов, хотя существуют и эмуляторы бытовых и даже кассетных дек.

Многие из них при помощи сложных алгоритмов успешно воспроизводят все эффекты ленточных машин, включая даже BIAS — добавление к аудиозаписи записи ультразвуковых частот, которое при правильно подобранных значениях способно сделать более различимыми и «прозрачными» высокие частоты всего микса или дорожки конкретного инструмента/вокала.

Нет смысла рассуждать о том, какие конкретно плагины ленточной сатурации «лучше» и «правдивей». Часть музыкальных продюсеров — из тех людей, у которых раньше трава была зеленее — критикуют буквально все эмуляторы за то, что они якобы не могут повторить хаотические гармонические искажения реальных магнитофонов. Мол, алгоритмы делают слишком «правильные» вещи с сигналом, а магнитофоны действовали на него непредсказуемым «волшебным» образом, в чем весь и кайф.

Однако давайте попробуем ознакомиться с одним совершенно бесплатным плагином. Он называется Chow Tape Model и отличается тем, что в последние годы сильно впечатлил музыкальное сообщество реализмом своей работы.

Плагин создал во время процесса обучения в Стэнфордском университете (США) музыкант, программист, основатель собственной компании Chowdhury DSP и к тому же молодой ученый Джатин Чоудхури. После завершения первоначальной версии плагина в 2019 году, он опубликовал научную статью «Физическое моделирование аналоговых ленточных машин в реальном времени».

Первоначально Chow Tape Model эмулировала бытовой высококачественный стерео магнитофон Sony TC-260 1967 года выпуска. Однако к сегодняшнему дню были добавлены еще несколько моделей.

Плагин потрясающе звучит на шине барабанов, гитар, на мастер-шине — да практически везде. Балуясь с его настройками вы можете в реальном времени и на собственном опыте понять, как звучат все те приятные и не очень ленточные искажения, о которых мы говорили выше.

Главное, что следует помнить: изменения, которые привносят в звук виртуальные tape machines — это специи для музыкального блюда. Как и реальные приправы их стоит использовать крайне осторожно, даже ювелирно. Потому что неумеренность с обращении с ними приводит не к украшению микса, а к его деградации.

А почему слушатели любят звуковые искажения? Стоит ли применять ленточную сатурацию?

Необходимость применить тот или иной эффект диктуется драматургическим замыслом трека, эстетикой жанра, стиля — в общем, художественной необходимостью. Тут не бывает правильных или неправильных решений, они всегда ситуативные.

Однако мы точно можем сказать, что слушатели музыки обращают внимание на искаженный звук, а довольно многие его прямо-таки любят. Почему — доподлинно неизвестно, но есть некоторые интересные исследования и гипотезы.

Например, в 2012 году ученые Калифорнийского университета (США) провели эксперимент, во время которого попросили слушателей оценить насколько «возбуждающими» они считают серию из 10-секундных музыкальных записей. Их спрашивали, какие из них вызывают положительные эмоции, какие — отрицательные, какие бодрят, а какие вызывают грусть.

Группа испытуемых слушала музыку, которая начиналась как легкая, но внезапно в ней появлялось искаженное звучание, также им включали отрывки, которые были легкими целиком. Контрольная группа слушала только спокойную музыку. Чуть позже экспериментаторы усложнили задачу. Музыкальные отрывки стали показывать участникам эксперимента вместе с видео — короткими видеоклипами.

Испытуемые однозначно охарактеризовали музыку с «искажёнкой» как более захватывающую, чем треки без искажений, а также как «негативно заряженную». Если им включали музыку в сочетании со скучным видео, они больше не чувствовали, что музыка «возбуждающая», но по-прежнему считали, что она несет некий «негативный заряд».

Авторы исследования пояснили, что музыка с применением искаженных звуков имеет общие звуковые характеристики с голосами обеспокоенных или терпящих бедствие животных. Чтобы передать тревогу или страх они быстро пропускают большое количество воздуха через свои голосовые связки, из-за этого звук получается с «дисторшном».

Ученые предполагают, что человеческий мозг может реагировать на него с возбуждением, потому что эволюция за множество поколений приучила нас обращать внимание на подобные крики зверей. «Это пробуждает в нас животное», — заметил соавтор научной работы Грег Брайант.

Другое исследование, проведенное в Англии в 2015 году, показало, что музыку разных стилей с применением искажений слушатели однозначно воспринимают как более громкую.

А как мы знаем, война громкостей идет в индустрии музыкальной звукозаписи неспроста. Более громкое привлекает большее внимание. Громкая музыка имеет больший коммерческий успех.

Поэтому напоследок можно сделать осторожный вывод: ленточная сатурация, как инструмент позволяющий аккуратно «накачать» трек, может придать ему блеска и привлечь к нему дополнительное внимание слушателей.

Владимир Лакодин