30 лет фундаментальных исследований и инновационных продуктов. Главное сокровище K’s Lab — это ведущая в индустрии технология физического моделирования.
Команда K’s Lab в процессе теоретических исследований. Слева направо: Такаси Мори, Кендзи Ишизука, Хаято Охита и Тошифуми Кунимото.
Мы уже познакомились с K’s Lab, уникальным коллективом, который занимается исследованиями звука, в двух предыдущих статьях: «Как диссертация 1977 года 30 лет назад привела к выдающемуся открытию в исследовательском подразделении Yamaha K’s Lab» и «Исследовательская группа Yamaha K’s Lab с высокой точностью воссоздала разработки Руперта Неве 60-х и 70-х годов». В этом третьем и последнем выпуске серии про K’s Lab мы рассмотрим некоторые из процессоров и гитарных усилителей, созданных на основе разработанной подразделением технологии моделирования аналоговых цепей (Virtual Circuitry Modeling, VCM).
Продукты, о которых идет речь в этом выпуске, — это не воссозданное классическое оборудование, а новые модели, основанные на результатах исследований K’s Lab. Мы провели интервью с исследователями, которые разработали многополосный компрессор MBC4 и четырехполосный эквалайзер Dynamic EQ4, встроенные в цифровую микшерную систему RIVAGE PM и сверхпопулярные компактные гитарные усилители серии THR. Именно на этих продуктах мы сосредоточим внимание в данной статье.
Как мы уже говорили в предыдущих выпусках, K’s Lab — это исследовательская группа во главе с научным сотрудником Yamaha доктором Тошифуми Кунимото, которая работает в главном офисе Yamaha в г. Хамамацу, Япония. Группа стала первопроходцем в новой технологии виртуального акустического моделирования в первые годы своего существования, а затем объединила усилия с легендой аудиоиндустрии Рупертом Неве, чтобы с помощью технологии моделирования воссоздать в цифровой форме ряд его наиболее известных и востребованный моделей прошлых лет. Коллектив K’s Lab уже около 30 лет занимается передовыми исследованиями и разработками звуковых технологий.
Первым нашим собеседником в рамках этой статьи стал г-н Хаято Охита, исследователь, руководивший разработкой MBC4. В университете г-н Охита участвовал в разработке технологии, которая позволила бы, среди прочего, различать звуки музыкальных инструментов и автоматически распознавать музыку для записи в нотной форме. С момента приема на работу в Yamaha он занимался научно-исследовательскими работами, связанными с VOCALOID, а в 2010 году вошел в группу K’s Lab. Г-н Охита начал работу над MBC4 приблизительно в 2013 году.
Г-н Охита начинает свой рассказ: «Многополосная компрессия уже использовалась в цифровых микшерах для создания музыки и усиления звука при живых выступлениях, но многих пользователей приводило в замешательство и даже отпугивало огромное количество органов управления, которыми, как правило, оснащены такие устройства. Использование даже простого компрессора бывает непростой задачей. Мы поставили себе целью решить эту проблему и приступили к работе над MBC4».
На упрощенной схеме ниже показан принцип работы многополосного компрессора. Входной сигнал делится на несколько полос частот, которые затем подаются на независимые компрессоры. Выходные сигналы компрессоров затем микшируются для получения конечного выходного сигнала. Многополосная компрессия помогает смешать различные звуки и сделать более гармоничным их сочетание, благодаря чему идеально подходит для сведения с целью получения естественного звучания. Также она превосходно подходит для обработки отдельных звуков, если, опять же, нужно, чтобы результат звучал естественно. Например, ее можно использовать для получения более сглаженного, сбалансированного звучания. Для этого нужно отдельно обработать гласные и согласные вокальной дорожки, атаку и резонанс корпуса гитары или бас-гитары и низкочастотные компоненты записи ударной установки.
Сложность состоит в большом количестве органов управления и (или) параметров, которые нужно понять и отрегулировать, и в необходимости контроля текущего состояния обработки. Для решения этих проблем мы улучшили графический интерфейс пользователя и применили технологию VCM, что позволило получить понятный и удобный в использовании набор параметров.
Г-н Охита добавляет: «Мы очень хотели, чтобы состояние отображалось наглядно, поэтому добавили дисплей в виде графика с выделенными разными цветами полосами частот. Мы также тщательно подобрали размер, цвет и контрастность экранного текста и органов управления. Чтобы упростить процесс регулировки, мы добавили переключатели FLAVOUR (VCA и OPTO) и HARMO, помогающие пользователям добиться желаемого звучания».
Упомянутые переключатели расположены в правом нижнем углу интерфейса. «Оттенок» VCA – это значительная компрессия с четкой регулировкой уровня, идеально подходящая для тех случаев, когда компрессию нужно точно контролировать. У варианта OPTO более длительные значения времени атаки и спада, из-за чего работа компрессора менее заметна. OPTO — это хороший выбор для получения естественного звука. Задействова переключатель HARMO, можно сделать звучание более теплым и глубоким, а также ярким, из-за чего отдельные звуки лучше сочетаются.
Охита продолжает свое описание: «Все эти параметры основаны на опыте использования технологии VCM, накопленном сотрудниками K’s Lab за годы исследований. Мы не воссоздали с помощью VCM какие-либо определенные единицы оборудования, а разработали на основе технологии совершенно новые функции. Ряд инженеров звукозаписи и живых выступлений использовали процессор еще во время его разработки, так что мы смогли получить их отзывы и внести определенные поправки, чтобы улучшить удобство использования».
Как и MBC4, динамический эквалайзер Dynamic EQ4, встроенный в RIVAGE PM10, — это новый процессор, основанный на технологии VCM.
Кендзи Ишизука, исследователь, который руководил разработкой Dynamic EQ4, объясняет: «Цифровые микшерные консоли серии CL включают удобный и очень высоко оцененный пользователями двухполосной динамический эквалайзер. Но у него есть недостаток — двух полос частот в некоторых случаях недостаточно. Мы решили разработать динамический эквалайзер с четырьмя полосами, в который сохранит качество звука и удобство использования, присущее исходной версии с двумя полосами».
Как показано на схеме ниже, эквалайзер Dynamic EQ4 распределяет входной сигнал на два фильтра, один из которых подает сигнал на датчик уровня и модуль расчета усиления эквалайзера, регулирующий усиление другого фильтра. Главное преимущество такой конфигурации заключается в том, что она позволяет точно контролировать очень узкие полосы частот. Г-н Ишизука удивил нас, продемонстрировав необычное применение эквалайзера.
Г-н Ишизука продолжает: «Возможность регулировать определенные полосы частот позволяет убирать шипящие звуки («с» и «ш»), то есть выполнить задачу, для которой обычно используется деэссер. В отличие от деэссера, Dynamic EQ4 также можно использовать для удаления взрывных согласных («т», «к», «п», «д», «г» и «б»). Этот эквалайзер очень эффективно подавляет чрезмерно выделяющиеся элементы вокальной дорожки. Также с его помощью удобно организовывать частоты. Например, в результате частотного конфликта между бас-барабаном и бас-гитарой звук может стать «грязным». Dynamic EQ4 может уменьшать громкость бас-гитары только в те моменты, когда она звучит одновременно с бас-барабаном».
Таким образом, эквалайзер Dynamic EQ4 можно использовать в качестве эффекта сайдчейн для устранения частотного конфликта, аналогичного описанному выше господином Ишизукой. Для каждой полосы предусмотрены переключатели режима ABOVE и BELOW, которые можно использовать вместе с регулятором RATIO для увеличения уровня при превышении заданного уровня, в качестве аналога гейта (сигнал пропускается только при достижении заданного уровня), а также в качестве аналога компрессора (для уменьшения уровня при превышении заданного уровня).
Г-н Ишизука: «Благодаря технологии VCM мы смогли реализовать в Dynamic EQ4 регулируемый полочный фильтр. При выборе полочного режима выходящие за границу «полки» частоты не просто ослабляются, а ослабляются очень благозвучным образом, подобранным на основе наших объемных данных исследований VCM».
Краткая биографическая справка о господине Ишизуке. В университете он руководил отделом разработки систем и мог участвовать в исследованиях практически любого интересного ему направления, поэтому стал работать над цифровым управлением акустическими системами. Эта работа, а также интерес к гитарам, привели его в компанию Yamaha, где он получил должность своей мечты в подразделении K’s Lab после работы над пользовательским интерфейсом RIVAGE PM и другими проектами.
Значительная часть разработок K’s Lab в рамках технологии VCM применяется в профессиональном оборудовании, но некоторые из них доступны более широкому кругу пользователей. Один из примеров — гитарные усилители серии THR. Исследователь K’s Lab Такаси Мори руководил разработкой серии THR. Хотя господин Мори в университете в основном занимался моделированием физических свойств полупроводников — темой, которая, по сути, не связана со звуком — его первым крупным назначением в качестве сотрудника Yamaha была работа над серией THR.
Господин Мори вспоминает: «Я начал разработку прошивки усилителей THR, но затем меня перевели в K’s Lab, где я стал работать над обработкой сигналов. В отличие от других продуктов, включающих технологию VCM, на старте проекта включать VCM в усилители THR не планировалось. Изначально мы хотели создать уникальный гитарный усилитель, который выделялся бы среди неисчислимого количества уже существующих усилителей. В ходе наших обсуждений родилась идея гитарного усилителя, который органично смотрелся бы на столе. В наше время многие гитаристы во время игры смотрят Youtube или используют цифровую звуковую рабочую станцию, например, Cubase, на компьютере, поэтому нам понравилась концепция маленького усилителя, который поместится на рабочем столе, но будет выдавать аутентичный звук, как у полноразмерного усилителя.
Г-н Мори: «В итоге мы решили применить всю мощь технологии Yamaha к усилителям THR, и для этого была выбрана микросхема цифрового сигнального процессора производства Yamaha. Эта микросхема включает различные вариации технологии обработки звука, а также функцию связи по USB, поэтому выбор был обоснованным в отношении возможностей подключения к компьютерам и потребительской ценности. В акустической системе усилителя мы применили технологию звука класса Hi-Fi от аудиоподразделения Yamaha. И когда, наконец, настала пора создавать само звучание усилителя, мы выбрали модели усиления, флэнжеры, хорусы и прочие эффекты, основанные на технологии VCM, разработанной K’s Lab».
Разработка продолжалась в соответствии с такими слоганами, как «Создавайте свой звук где угодно» и «Модель с серьезным звуком усилителя, размещенного за сценой». Когда мы включили технологию VCM, то стали получать от исполнителей, пробовавших этот усилитель, такого рода отзывы: «с таким усилителем я могу играть по-настоящему» и «он действительно работает». На этом этапе разработки команда поняла, что создает не просто компактный гитарный усилитель, который можно поставить на стол, а полноценную модель, который могут использовать серьезные исполнители.
На самом деле, гитарные усилители THR — не первые устройства с технологией моделирования K’s Lab. Усилитель DG1000 1997 года выпуска включал цифровое моделирование электронных ламп и был основан на аналогичном принципе, но благодаря развитию технологии обработки сигналов этот принцип получил значительное развитие в усилителях THR.
На графике показана точка, в которой ламповый усилитель начинает выдавать искаженный сигнал. Синяя кривая представляет предыдущую модель лампового усилителя, а красная — новую модель THR.
Господин Мори продолжает: «Этот график демонстрирует, насколько продвинулось моделирование с тех пор. На нем показана точка, в которой в сигнале от лампового усилителя появляются искажения, и по ней можно понять, как изменится звук. Разница становится очевидной. Синяя кривая, представляющая предыдущую модель, по сути, до определенной точки идет по прямой. По ней видно возникновение перегрузки. Красная же кривая, представляющая модель THR, плавно изгибается после точки искажения, что означает, что звук более ровный и чистый. На графике разница может показаться незначительной, но на деле отличия в звуке очень ощутимы».
Конечно, моделированием занимается не только компания Yamaha и K’s Lab. Оно активно применяется многими производителями по всему миру. Технология VCM, разработанная K’s Lab, выделяется среди других тем, что она основана на измерениях каждой без исключения электронной лампы и детальном моделировании на уровне компонентов. В моделях K’s Lab учитываются даже такие тонкости, как незначительные различия между отдельными компонентами, которые в совокупности придают усилителю особый «характер».
Господин Мори: «Семь гитарных усилителей, четыре эффекта и компрессор, включенные в THR10 — все они смоделированы по технологи VCM. Для эффекта дилэя VCM не используется, но один из эффектов реверберации является моделью VCM. И смоделированы не только аналоговые цепи. Устройство также включает шесть моделей аппаратных кабинетов. Но сами кабинеты не новые. В основу положены модели из библиотеки K’s Lab, специально настроенные для усилителя THR».
VCM — это не просто наборы параметров, и это одна из сильных сторон технологии. Эта технология представляет собой основу, которую можно легко подстроить для получения нужного звука, что позволяет за относительно короткое время создать усилитель с таким уникальным и узнаваемым звуком, как THR.
Господин Мори: «У каждого усилителя есть свои аспекты, которые придают ему особую привлекательность, и их нужно смоделировать, как и то, каким образом каждый регулятор меняет звук. На этапе разработки продукт использовали профессиональные гитаристы, и мы сразу вносили соответствующие изменения на основе их отзывов. То, что имея на руках практически готовый продукт, мы могли выполнять значительно более углубленную регулировку, чем простая корректировка эквализации, — это, несомненно, одна из причин его успеха».
Господин Мори подводит итог: «Многие пользователи отметили, что по ощущениям это серьезный усилитель, очень похожий на аналоговый, но с полностью электронной начинкой. В наше время для воссоздания аналогового звука нужно использовать сложнейшие цифровые технологии. Еще одной важной особенностью является возможность подключения усилителя THR к компьютеру для детальной настройки. За счет этого усилители THR идеально подходят для записи музыки на компьютере, и мы уверены, что пользователи найдут для них и другие применения в своем рабочем процессе».
В серию THR входит не только компактная модель THR10 и ее вариации. Она также включает более крупную модель THR100 с отдельным предусилителем и кабинетом, которая пришлась по душе многим гитаристам.
Итак, на этом завершается наша серия из трех выпусков, в которой мы представили исследователей K’s Lab и часть технологий, созданных на основе их теоретических исследований. Мы узнали, что долгие годы фундаментальных и прикладных исследований привели к появлению множества продуктов, которые сейчас высоко ценятся во всем мире. Также теперь мы знаем о том, какой трудоемкий, но и увлекательный процесс разработки цифровых моделей на основе технологии VCM.
Часто говорят, что Япония не сильна в фундаментальных исследованиях. А на самом деле Yamaha уже более 30 лет проводит ведущие в индустрии фундаментальные исследования. Наработки K’s Lab передаются молодым исследователям, и мы не сомневаемся, что нас ждут еще более удивительные технологии и эпохальные открытия.
