模拟与数字——为什么模拟仍然听起来更好!

 

Mastering Equipment API Warm Audio Drawmer Whitstone 和 IGS

它并不适用于所有情况,但时不时地适用 模拟声音 im 搅和掌握 浸入式 远远领先于音频插件.

有趣的是,确实有科学表格和事实表明模拟混音和母带远远领先于音频插件。 因此,这与魔术或直觉无关,事实足以说明问题。

但这并不意味着你有一个 第一个命中 只能生产模拟。 有许多很棒的歌曲也是以数字方式创作的,纯粹是 ITB(在盒子里)。 但如果一个权利 深沉而丰富的声音 类比生成仍然是最好的方法。

在我们深入研究之前还要说一件事。 通常情况下,魔鬼在细节中,而这些往往隐藏在信号处理数学最黑暗的角落。 这就是为什么我们在这里尽量不使用过多的技术术语,并以非常简单的方式进行解释。

SAMPLERATE – 精度和时间分辨率

所有音频系统 (DAW) 都有其局限性。 但碰巧模拟电路并不总是限于 22 kHz 或 48 kHz(它如何以 44,1 kHz 或 96 kHz 采样率进行数字工作),即使组合的输入到输出带宽只有 20 kHz,同一电路的各个分支也可以 具有兆赫范围或更高的带宽.

但为什么这是必要的? 人类只能听到高达 20 kHz 的声音,而且只有在很小的时候,或者如果你的父亲是一只狗 🙂

笑话不谈,在处理过程中,特别是如果有任何快速的 时间常数 在死 动态处理 涉及到(例如音频压缩器 1176...),合成控制信号的副产品,甚至控制信号本身,可能会出现,并且具有比人耳所能感知的更宽的带宽。

与基本的数字处理算法相比,这允许模拟电路“样本间峰“从超出人类听觉范围的频率内容中响应并生成控制信号或 奈奎斯特频率限制 数字系统的 大大超过.

更高带宽的音频电路,如果不是经过精心设计,可能更容易受到远高于我们听力范围的频率振荡的影响。 这种现象可以 减少净空,我们的歌曲中出现了奇怪的失真和互调,这些听起来都不是很令人愉快。 尽管如此,不可轻视的是,通过正确的“内置”电路设计 真正的峰值处理 进入 AD 转换器(从模拟到数字的转换)时可以节省几分贝的动态余量。

非线性——不同等于更好?

音乐中的模拟设备也不需要以某种方式将各种数学曲线拼接在一起 饱和, 调校 并模拟其他非线性——数字声音处理中固有的东西 最艰难的秋天做正确的事。 反而可以 模拟设备 完全一样的效果 远超精度 实现,因此您可以在混音或母带处理中获得完美、不完美的结果。 没有必要 过采样 使用。 即使您更新了 DAW 或插件,它也会继续工作。

音频编辑中的过采样

过采样*或过采样发生在信号具有 更高的采样率 比实际显示信号带宽所需的处理。 过采样 在某些应用中可能具有优势.

*以数字方式/ITB 完成此过程的正确术语是上采样、处理和下采样,但由于增加带宽的效果与信号在转换为数字时最初过采样时相同,因此大多数使用插件 - 制造商使用该术语过采样作为解释。

此过程必须在插件中包含非常好的过滤器,以避免创建原始音频中不存在的频率内容,以免在混音或母带中产生失真的声音。

许多听起来不错的数字动态处理器(VST 插件)都内置了过采样,以提供更准确、 自然增益降低响应 交付。

但即使是过采样也无法与之相比 精心设计的模拟电路的精度. 这对于所有时间相关的处理尤其重要。 因此,这种差异在动态处理器(例如压缩器、限制器、门等)中更为明显,其中 起音和释放时序曲线 决定性地影响压缩、限制、扩展或门控的音调特性。 插件必须至少对音频和定时电路进行过采样才能有任何比较的机会。

模拟设备和插件的带宽

模拟设备和插件的带宽这个话题已经在上面的文字中提到过,但我们想在这里更深入。

每当音频信号 非线性 运行,创建一个 附加频率内容. 所以如果一个山峰被切断了,所有高于这个切口的东西都必须去某个地方,因为它不太可能在空中消失……

对于模拟设备,这些较高的频率要么在电路中消失,要么到达 A/D 转换器并在那里丢失。

音频插件会使事情变得复杂。 为了忠实于采样定理,数字算法必须将这种能量重新分配与 更有限的集合 可用频率。

这对音频信号有何影响?

因此,当以 2kHz 的采样率在“S”声音的 3kHz 分量上发生饱和时,为了在歌曲中听到令人愉悦的 14 次和 48 次谐波,您必须采取更严厉的措施。 28kHz 和 42kHz 频率在 48kHz 采样率中根本不“存在”,因为物理学工作的方式,它们超过了 Nyquist 频率限制。

如果你不小心,这些高次谐波会在 20kHz 和 6kHz 出现错误。 如果出现这种情况,那就太糟糕了,这种现象叫做 混叠. 在这里您可以在处理过程中听到奇怪的声音 金属或塑料质量. 为这个插件问题找到一个好的解决方案并不总是那么容易,而且总是需要 过滤器设计和 CPU 使用率的权衡.

插件的模拟建模

您想制作逼真的模拟复制品吗? 然后系好安全带,因为这并不容易。

我们试图阐明技术沼泽,并在没有技术术语的情况下提供基本概述。

对模拟电路进行建模意味着我们需要弄清楚电路相对于不同的电路如何执行 输入信号电平 UND 频率内容 行为,以便我们知道任何给定输入的另一端会出现什么。 用测试信号尝试仿真然后对所有声音进行完全相同的操作是不够的。 你必须用不同的声音让它变得可行,它变成了一个 编码插件时的平衡行为.

要仔细和正确地做到这一点,我们需要知道这个电路的电气元件(电阻、电容、三极管、电子管、电感 等)并且模型应该越准确,我们就必须更好地描述这些元素。 当然,电阻器只是一根电线,它不喜欢大量电子被推过它,但它对所有类型的音频信号都一样吗? 如果这个电阻靠近笨重的电感器或过热的管子怎么办?

每次我们为每个元素创建更好、更完整的描述以实现更高的准确性时,VST 或 AU 插件中的外推变得更加复杂。 它可能变得如此复杂,以至于几乎无法导航或难以实时计算。

不言而喻,有很多 更多开发时间 因此需要钱来使这种推断工作得很好。 这就是为什么 许多插件都有简化版本. 而且虽然它是实时的,但不得不说,即使你从远处看,它 只类似于真正的电路可以做什么,因为缺少基本细节。

音频算法中缺少某些内容,您也可以听到。 如果你在赛道上可以接受一半的措施,那很酷,但我猜你们中的大多数人需要更多。

更深入的音频编辑

用于录音、混音和母带制作的模拟硬件设备

让我们来看看 侧链电路 动态处理器如 音频压缩器限制-插件。 他们使用二极管(以及许多其他元件)从音频信号中产生控制电压。 二极管是一个单向阀' 对于电流,并且每次该阀门打开或关闭时,它都会非常迅速地进行,因此会产生短路 高频噪声,类似于在音频的数字录音中产生缺失或错误样本的“点击”。 那是 模拟电路没问题 带宽自然有限,只能过滤掉噪音,但在数字插件中,你必须小心这样的东西,否则它的工作量超过了它的价值。

然后是 非线性 在每三个组件中,对于每个晶体管、电子管、变压器和许多其他元件都不同。

Fazit: 模拟设备不关心数学方程,它们只是通过平滑的过渡、复杂的曲线或奇怪的截断来做自己的事情,而且没有延迟。 简直无与伦比。

数字处理中的非线性通常使用或多或少复杂的多项式传递函数来处理 - 曲线告诉您对于给定的输入样本,输出样本应该是什么水平。 有时需要将不同的放在一起以获得不同级别或不同极性的不同饱和度,如果它是 不对称饱和 行动。 这些方程和它们的曲线通常是单个晶体管、电子管、变压器或整个电路可以做的近似值,但它们只是近似值。

你的歌曲也有更多的深度吗?

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模拟音频硬件的复杂性

这些近似值越精确,方程就越长越大,这意味着数学越复杂,计算时间越长,错误率越高。 因此,在大多数情况下,开发一个好的音频插件需要在准确性、CPU 使用率和 DSP 工程师的理智之间进行折衷。这些是缺失的“最后几个百分点”。

所以让我们更深入。 让我们为我们喜欢温暖的音调和深度的电路建立一个真实的电气模型。

别担心,你不必学了三个学期的电气工程才能跟上进度,也不必什么都懂。 它只是为了说明插件中真正模拟建模的复杂性,因此您可以更加欣赏听起来很棒的插件,并了解为什么仍然有这么多弱点。

我们将从用于计算电路中电流和电压的基尔霍夫方程开始,然后开始工作! 经过几天的模拟并在几张纸上运行 20 厘米长的方程,我们终于得到了一个传递函数。 7 阶(因为一个相当小的音频电路 轻松7个电容 可能有)。 制成?!

不幸的是,这不会很快发生。 每个电容器也是一个微型电感器,并具有一些漏电流(并联电阻)和一些串联电阻(ESR)。 这实际上使电路中电抗部分的数量增加了一倍,传递函数的阶数增加了一倍。

哎呀,我忘了提到有不同的 运算放大器具有不同的压摆率 把它合二为一 水平依赖的高切行为 击倒。 但是你没有运算放大器,只有晶体管或电子管? 寄生电容、非线性传递函数、N 层和 P 层之间的泄放电阻,...... 数学似乎随着您想要集成的每个正确模型而爆炸。 你这么努力,怎么了?

 

感应线圈

有没有可能我在这个漂亮的 Neve 33609 中看到了输入、级间和输出变压器? 哦,甚至还有一个第三绕组 - 哦,太棒了!

现在不要放弃!

在你考虑之前,就这样 传动比 和一些东西 饱和 应用......在绕组之间还有一个寄生电容,它与绕组的电感、每个绕组的串联电阻以及可能比其他十个电气寄生电容形成一个谐振回路 搭档障碍,当您开始创建完美的变压器模型时,您必须考虑这一点。

磁芯的饱和和磁滞特性取决于其合金、生产工艺、形状、构造工艺和可能的物理缺陷,例如B、一 核心中的无意气隙,这不是完美组装的。

一些变压器和电感器甚至开始在物理上产生噪音,因为 磁力 将它们移得足够远,以便您可以听到它们。 这是另一个 非线性能量损失,你需要考虑一个完美的模板。 顺便说一下,上面的文字是指在许多应用中使用的电感器 复古均衡器设计被使用(例如 Pultec EQP-1A),在某种程度上用于磁带,在许多方面用于磁带磁头。

清醒的结论

既然已经从各个角度涵盖了上述所有要点,那么如何正确建模 A 类离散、老式、变压器平衡磁带机呢?

我现在听到你说我宁愿朝自己的腿开枪吗?

好吧,这可能是唯一正确的答案。

我会告诉你为什么...

如您所见,有 数字音频工具 最直接的声音问题 听起来不完美 允许。 因为幸运的是,我们有点喜欢这种不完美,因为我们觉得它们就是录音 更饱满、更流畅、更悦耳 让它听起来 - 当然在许多方面主观上更好。

我们已经在身体和灵魂中内化了这种声音,即我们最喜欢的歌曲中使用的模拟设备的特定声音印象。 那是因为我们喜欢工程师和制作人选择的歌曲和声音,它们已经成为综合美学的一部分。 创建音轨时,这些声音是您想要达到和超越的参考。

知道这一点,许多人并非巧合 音频工程师使用混合设置的工作流程已转换为类似“数字用于手术和矫正,模拟用于颜色“。 它需要两全其美,并使用不同的技术来完成他们最擅长的任务。