True Analog Emulation: как Arturia делает плагины
В начале 2001 года компания Arturia начала работу над усовершенствованным методом эмуляции поведения культовых синтезаторов (и других клавишных инструментов). Так появилась технология TAE®, сокращение от «True Analog Emulation».
По своей сути, это комплекс методов анализа аналоговых схем классических аппаратных инструментов с их последующим точным воссозданием: учитывается, как элементы взаимодействуют друг с другом и как это влияет на звук. Как итог — более точная игра на инструменте, чем если бы он был основан на сэмплах.
Презентация технологии состоялась на выставке NAMM 2002 в Калифорнии: Arturia представила раннюю версию того, что позже станет Modular V, программной реконструкцией новаторского модульного синтезатора из 60-х годов.
Технология TAE® используется в тех случаях, когда нужно воссоздать живые качества винтажного оборудования, переводя его сложные аналоговые характеристики в цифровую среду. Это позволяет делать осцилляторы и фильтры с потрясающей детализацией: исследование инструмента теперь лишено ограничений, которые ранее ассоциировались с цифровыми плагинами.
КАК ARTURIA ЭТО ДЕЛАЕТ?
В основе TAE® лежат самые передовые DSP-технологии на сегодняшний день. Для разных задач алгоритм может быть разным, но так или иначе, Arturia используют различные сложнейшие физические и математические модели, а также симуляции аналоговых схем. Инженеры работают с оригинальным моделируемым инструментом и прислушиваются к каждому мельчайшему нюансу его звучания. Это может быть отклик регулятора частоты среза фильтра, небольшой артефакт в форме волны осциллятора или даже шум, генерируемый схемой.
Далее подбираются способы воспроизвести это поведение в цифровой области. Это требует больших усилий и хорошего знания оригинального инструмента, ведь тонкие вариации «идеального» звука никогда не бывают одинаковыми от одного синтезатора к другому. И по итогу именно это делает плагины настолько точными по отношению к оригиналу.
ОСЦИЛЛЯТОРЫ
Осцилляторы TAE® очень похожи на свои аналоговые аналоги по нескольким важным причинам.
Одна из главных причин — они работают в режиме «свободной генерации», то есть, они не сэмплируются, не основаны на волновых таблицах и не генерируются с нулевой точки при воспроизведении ноты. Каждая волноформа генерируется динамически, что больше соответствует принципу работы классических аналоговых синтезаторов прошлого и законам физики, а также обеспечивает нужный уровень «живости». Но есть и несколько других важных моментов:
- Отсутствие эффекта алиасинга на высоких частотах и на всех этапах работы (ШИМ, FM-модуляция, жёсткая синхронизация и т. д.). Без дополнительной нагрузки на процессор.
- Каждая нота живёт своей собственной жизнью: как и в нестабильных аналоговых синтезаторах. Это дарит более тёплое и насыщенное звучание.
- Формы волн слегка изогнуты, т. к. создаются за счёт имитации работы конденсатора, как и в аналоговой среде: при игре на инструментах нет ощущения «цифровой имитации».
- Реализация широтно-импульсной модуляции для любой волноформы (включая треугольную и пилообразную) без искажений: это новый уровень реализма в плагинах-эмуляторах.
ФИЛЬТРЫ
Схемы каждого фильтра моделируются таким образом, чтобы их поведение было максимально приближенным к аналоговому миру.
В Arturia это называют «прямым моделированием»: воссоздаётся характер работы не всего фильтра как цельного объекта, а каждого компонента схемы, из-за чего, например, НЧ-фильтр в Prophet-V даже «звучит» так же, со всеми тёплыми нюансами.
Взгляните на график: на нём показано возникновение гармоник на частотах, кратных резонансной частоте, когда фильтр работает в режиме самоосцилляции. Синий цвет — «идеальное поведение», чёрный — как это реализовано в оригинальном Prophet 5, красный — как ведёт себя плагин, основанный на TAE®.
Отсюда в точности те же звуковые характеристики, что и в аналоговом варианте.
СОФТ-КЛИППИНГ
В аналоговых синтезаторах резонансный фильтр использует функцию ограничения тока, которая предотвращает слишком громкий сигнал. При этом происходит явление «софт-клиппинга», которое помимо ограничения делает сигнал более резким и выразительным: это ещё один важный аспект схемотехники, который придает аналоговому синтезу его характер.
Технология TAE® эмулирует эту функцию, позволяя фильтрам переходить в режим самовозбуждения, как это делают оригинальные аппаратные синтезаторы, но мягко ограничивая уровень сигнала. Это также работает как своего рода эффект сатурации, с очень специфическим поведением.