PETELIN.RU > Статьи > Voxengo. Моделирование воздушных замков

Voxengo. Моделирование воздушных замков

Роман Петелин, Юрий Петелин

В первой части статьи мы рассказали о разработках талантливого программиста из города Сыктывкара Алексея Ванеева. В пакет Voxengo входит около четырех десятков VST-плагинов, предназначенных для преобразования цифрового звука. С двумя плагинами (Voxengo Redunoise и Voxengo Voxformer) вы теперь знакомы и, возможно, уже применяете их в тех случаях, когда необходимо избавить фонограмму от шума, не навредив при этом полезному сигналу, или придать голосу заурядного певца "звездные" черты. По-хорошему, надо бы посвятить плагинам Voxengo целый цикл статей, подобный тому, в котором был рассмотрен известный набор плагинов Waves ("Магия ПК" №12/2003 - №4/2004). Однако мы понимаем, что читатели, в отличие от телезрителей, не любят сериалов. Поэтому ограничимся рассказом еще только о двух, но тоже очень интересных продуктах Voxengo.

Речь пойдет о Voxengo Pristine Space - виртуальном сверточном ревербераторе с восемью независимыми каналами обработки, позволяющем реализовать высококачественную реверберацию, и Voxengo Impulse Modeler - программе для синтеза собственных импульсных характеристик помещений (от малых комнат до больших залов) в целях дальнейшего их использования в сверточных ревербераторах.

Эти разработки взаимосвязаны и имеют прямое отношение к популярной в наши дни теме имитации в виртуальной студии акустических условий, характерных для определенных концертных залов. Подробно данную задачу и вариант ее решения мы рассмотрели в статье "Waves IR-1 - сбылось пророчество великого утописта?". Поэтому сейчас напомним только суть дела.

Информация об акустических свойствах любого помещения содержится в его импульсной характеристике - зарегистрированном отклике на импульсный акустический сигнал. Если у вас есть библиотека импульсных характеристик, то звук, синтезированный или записанный в домашней студии, вы можете воспроизводить так, как будто он звучит совершенно в других условиях. Для того чтобы можно было воспользоваться импульсной характеристикой в подобных целях, необходимо располагать программой, которая бы выполняла особую математическую операцию - цифровую свертку обрабатываемого сигнала и импульсной характеристики. Устройства, реализующие такую обработку, часто называют конвольверами. Сверточный ревербератор и есть ни что иное, как конвольвер, дополненный средствами редактирования импульсной характеристики, сервисными функциями и элементами регулировки некоторых параметров обработки. А Voxengo Pristine Space - это очень мощный сверточный ревербератор.

Если виртуальная студия - автомобиль, сверточный ревербератор - двигатель, то импульсная характеристика - бензин, без которого двигатель работать не будет. Пока что индустрия записи импульсных характеристик реальных концертных залов и театров еще только зарождается, и пользователи испытывают недостаток в "бензине". Но можно пойти и другим путем: создавать математические модели виртуальных помещений и для них синтезировать импульсные характеристики, например, с помощью Voxengo Impulse Modeler.

Pristine Space - сверточный ревербератор для гурманов

По словам Алексея Ванеева плагин Voxengo Pristine Space был создан для удовлетворения потребности взыскательных людей, у которых на первом плане стоит качество обработки звукового сигнала. Другие разработчики аналогичных программ, экономя циклы центрального процессора, иногда, например, вместо выполнения "честной" полной свертки искусственно синтезируют хвост реверберации. Такой подход во многих случаях дает неудовлетворительные результаты: нельзя ожидать, что звучание ревербератора будет точно соответствовать свойствам импульсной характеристики, а значит и акустике моделируемого помещения. При создании алгоритма функционирования плагина Voxengo Pristine Space не ставилась цель экономии вычислительных ресурсов. Вместо этого было получено высокое качество обработки свертки при оптимальной латентности (запаздывании результата обработки).

Voxengo Pristine Space - процессор свертки с восемью каналами. Каждый канал независим от других, что позволяет использовать плагин как ревербератор для surround-систем различной конфигурации. В стереофонических проектах можно применить "истинную" стереофоническую обработку, требующую нескольких каналов свертки, где в каждом стереоканале используется собственная импульсная характеристика реверберации.

Вам понадобится хотя бы одна импульсная характеристика. Где ее взять? По адресу http://www.voxengo.com/pspace/ вы найдете и демоверсию плагина (которая превратится в полноценно функционирующую после приобретения лицензии и ввода регистрационного номера) и ссылки на источники свободно распространяемых импульсных характеристик. Скачайте и разархивируйте один из RAR-файлов. Вы обнаружите около десяти WAV-файлов - импульсных характеристик. Для экспериментов этого хватит.

Установите плагин на компьютер, откройте любую из имеющихся у вас программ-виртуальных студий, поддерживающих технологию VST, например, Cubase SX или SONAR (во втором случае вам потребуется задействовать программный VST-адаптер). Загрузите или импортируйте в программу файл, содержащий хотя бы один аудиотрек, на котором и будете ставить опыты. Подключите к треку плагин Voxengo Pristine Space (о том, как это делается, мы подробно рассказали в книге "Профессиональные плагины для SONAR и Cubase").

А теперь соберитесь с духом и взгляните на окно плагина Pristine Space (рис. 1). Ужас! Чего в нем только нет! Что поделать, таковы окна большинства плагинов Voxengo. Сложный интерфейс - неизбежная плата за многофункциональность, универсальность и гибкость. Кажется, что разобраться в таком нагромождении кнопок и ручек не удастся никогда. Но давайте попробуем сделать это вместе. Честное слово, инструмент стоит усилий по его освоению.

Рис. 1. Voxengo Pristine Space - настраивается почти все

Начнем с самого простого. Под надписью Voxengo отыщите кнопку File и нажмите ее. Откроется традиционное окно для загрузки файлов. Найдите папку с файлами импульсных характеристик и загрузите любой из них. В координатном поле, которое занимает правую верхнюю часть окна плагина, появится график импульсной характеристики. Ее условное название отобразится справа от кнопки File. Расположенными еще правее кнопками в виде стрелок удобно пользоваться для быстрого перехода к очередному или предыдущему файлу в выбранной папке. В принципе, уже можно, зациклив в программе-хосте фрагмент аудиотрека, включить воспроизведение и оценивать работу плагина на слух, а заодно и постепенно "прозревать".

Максимальное число процессоров свертки (слотов) восемь. А сколько из них задействовать - выбирать вам с помощью безымянной кнопки, расположенной в нижнем левом углу окна плагина. Учтите, что чем больше подключенных слотов, тем сильнее загружается процессор. Кнопкой Flow, находящейся выше, открывается схема маршрутизации сигнала в пределах одного слота. Отключенные слоты выглядят бледными.

Каждый из восьми слотов содержит индивидуальный набор элементов коммутации и регулировки. Они организованы в виде матрицы, где столбец соответствует слоту, а строки - элементам управления. Кнопками строки Slot/Chn выбирается номер слота (элементы интерфейса, относящиеся к определенному слоту, подкрашены своим цветом) и стереоканал (L или R). Кнопками строки Aud In для каждого слота выбирается источник входного сигнала. Для левой пары слотов им может быть только правый или левый стереовходы плагина (т. е. выход аудиотрека хоста). Входы каждого из остальных слотов, кроме того, можно скоммутировать с выходами любого слота, расположенного левее. Кнопками строки Aud Out для слотов выбирают выходы. Таким образом, в зависимости от возможностей звуковой карты и от коммутации слотов можно создать самые различные схемы обработки: моно; стерео с двумя каналами; параллельная обработка стереопары сигналов восемью (четыре пары) конвольверами с различными импульсными характеристиками и значениями параметров; обработка многоканального surround-трека вплоть до формата 7.1.

Регуляторами строки Dry устанавливается уровень необработанного сигнала на выходе слота, а строки Wet - обработанного. Регуляторы в столбце Main управляют аналогичными компонентами суммарного смикшированного сигнала на выходе плагина.

Кнопками строки Quality выбирается качество обработки сигнала в конвольверах. Кнопками строк S и M можно соответственно включить режим солирования для данного слота и заглушить сигнал на его выходе.

С основными элементами нижней части окна мы, пожалуй, разобрались и теперь перейдем к левой верхней области. Здесь располагаются элементы, с помощью которых осуществляется неразрушающее редактирование импульсной характеристики. Изменения при этом вносятся не в сам файл с характеристикой, а в условия ее считывания при выполнении свертки.

Используя регуляторы Offset и Length, вы можете вместо полной загруженной импульсной характеристики использовать в свертке ее определенный фрагмент. Регулятор Delay управляет выходной задержкой, а Gain усилением импульсной характеристики. Перечисленные регуляторы - общие для всех слотов. Для настройки разных слотов ими нужно пользоваться поочередно. Выбор редактируемого слота (а значит, и загруженной в него импульсной характеристики) осуществляется с помощью кнопок Slot 1 - Slot 8. Одновременно эти же кнопки выводят для отображения и редактирования на координатном поле общего пользования графики параметров, соответствующие выбранному слоту.

Что же отображается на координатном поле? Это зависит от состояния кнопок, расположенных в его левой верхней части. В большинстве режимов отображается вид импульсной характеристики, а, кроме того, одна из огибающих (графиков зависимости от времени значений соответствующего параметра): V - усиления, S - ширины стереобазы, P - панорамы, L - частоты настройки фильтра, пропускающего нижние частоты, H - частоты настройки фильтра, пропускающего верхние частоты. Если нажата кнопка E, то вместо огибающей отображается амплитудно-частотная характеристика графического эквалайзера. Для активизации влияния перечисленных параметров на результаты обработки служат кнопки группы Env Enable, расположенные под координатным полем, соответственно: Volume, St. Width, St. Pan, Lo-Pass, Hi-Pass, Equalizer. Для изменения формы любого графика на нем нужно сначала создать узловые точки (двойными щелчками левой кнопки мыши), а затем перемещать их, захватывая мышью.

Если щелкнуть на вопросительном знаке, расположенном в правом верхнем углу, то вид окна изменится. На нем останутся только те элементы, с помощью которых можно выполнить конфигурирование Pristine Space. Но тонкая настройка плагина - это отдельная история, о которой сейчас нет смысла вести разговор.

Скачивайте с сайта http://www.voxengo.com/ демоверсию плагина, осваивайте его, приобретайте лицензию и работайте в свое удовольствие. И, конечно, запасайтесь импульсными характеристиками. Ищите их в Интернет или изготавливайте сами с помощью Voxengo Impulse Modeler.

Impulse Modeler - моделирование воздушных замков

Итак, пришло время познакомиться Voxengo Impulse Modeler - программой (именно самостоятельной программой, а не плагином) для синтеза импульсных характеристик помещений.

Суть работы с Impulse Modeler сводится к следующему. На координатном поле вы должны нарисовать чертеж (в терминологии программы - дизайн) моделируемого помещения, указать места расположения источника и приемника импульсного акустического сигнала. По ходу дела необходимо определить свойства материала, из которого сделаны стены помещения, а также предметы, находящиеся в нем. После этого остается только указать папку и имя файла, в котором программе предстоит сохранить синтезированную импульсную характеристику, и нажать кнопку, запускающую процесс вычислений.

Окно программы Voxengo Impulse Modeler (рис. 2) устроено на удивление просто, поэтому найти группу File Options вам будет нетрудно. Когда вы решите, что готовы с нуля создать собственную модель помещения, нужно будет воспользоваться кнопкой New. Однако вместе с программой поставляется обширная библиотека чертежей различных помещений, которые можно использовать и по основному назначению, и в качестве наглядных пособий во время освоения программы. Для загрузки одного из проектов нажмите кнопку Load. Откроется стандартное окно загрузки, настроенное на файлы с расширением IMD, по умолчанию хранящиеся в папке C:\Program Files\Voxengo\Impulse Modeler\designs. Загрузите один из файлов. Чертеж помещения появится в координатном поле.

Рис. 2. Прозаическое окно конструктора фантастических звуковых миров

Самое время сообщить вам одну существенную подробность. Не случайно вы видите в окне программы плоский чертеж. Voxengo Impulse Modeler моделирует не трехмерную, а двумерную реверберацию. У построенного вами воздушного замка нет ни пола, ни потолка, а имеются одни лишь стены! Алексей Ванеев считает, что и такая реверберация получается достаточно убедительной. С этим можно спорить. Но не стоит этого делать. Вместо критики лучше просто поблагодарить разработчика. И без того Voxengo Impulse Modeler является уникальным инструментом. Ведь записать импульсную характеристику реального зала очень непросто. Во всяком случае, возникнет трудноразрешимая проблема шума, в то время как Impulse Modeler дает стерильно бесшумную цифровую модель.

Если же вы хотите получить еще более натуральную реверберацию - все в ваших руках. Попробуйте последовательно "изготовить" два чертежа вместо одного. Первый, как обычно, должен соответствовать сечению помещения горизонтальной плоскостью, а второй - вертикальной. В результате получатся две стереофонические импульсные характеристики, под которые нужно задействовать четыре слота плагина Voxengo Pristine Space (два слота на левый и два на правый каналы). Конечно, и это не будет точной моделью акустики трехмерного помещения, хотя бы потому, что только у параллелепипеда форма вертикального сечения не зависит от места, на которое оно приходится. Однако можно и далее усложнять модель за счет увеличения числа рассекающих плоскостей, благо Voxengo Pristine Space предоставляет в ваше распоряжение целых восемь процессоров свертки. Но столь серьезные эксперименты пока придется отложить. Ведь вы еще не знакомы с элементарными операциями, составляющими технологию построения чертежа помещения, а также позиционирования в нем источника и приемника импульсного акустического сигнала.

Начните с того, что, нажав кнопку Grid, включите отображение координатной сетки. С ней работать будет удобнее.

В принципе, почти все необходимые инструкции приведены прямо в окне программы и в тех диалоговых окнах, которыми необходимо пользоваться по ходу дела. Например, из нескольких фраз, записанных под координатным полем, вы можете узнать, как именно строится чертеж помещения.

Чертеж помещения состоит из линий, соединяющих узловые точки (узлы). Для нанесения узла нужно использовать сочетание нажатой клавиши <Ctrl> и щелчка левой кнопкой мыши. Линяя автоматически соединяет создаваемый узел с предварительно выделенным. Для выделения узла нужно нажать <Shift> и щелкнуть на узле левой кнопкой мыши.

До начала построения чертежа следует выбрать материал, из которого будут "возводиться" стены. Перечень оперативно доступных материалов находится в поле Materials. Кнопкой Add, расположенной под ним, открывается диалоговое окно Material Editor. В нем вы можете отредактировать материал: определить его поглощающие и отражающие свойства, а также частотную характеристику поглощающей способности. Созданному материалу следует присвоить имя и ассоциировать с ним определенный цвет. Именно в него на чертеже будут окрашены стены, созданные из этого материала. Для сохранения параметров материала в файле воспользуйтесь кнопкой Save.

Теперь, допустим, вы хотите, чтобы разные участки стены были сделаны из разного материала, например, какой-то фрагмент был стеклянным. Щелкните на интересующем вас участке чертежа правой кнопкой мыши и в контекстном меню выберите команду Edit wall's properties. Откроется диалоговое окно Wall's properties. В нем как раз и имеется список Material. Выберите подходящий материал из числа только что созданных вами или импортированных в программу с помощью кнопки Load (окно Material Editor) из файла, хранящегося в папке C:\Program Files\Voxengo\Impulse Modeler\materials). Если вы хотите смоделировать открытые окно или дверь, то установите флажок Transparent. Участок стены, с которым вы работаете, утратит отражающие свойства и станет прозрачным для звука.

В окне Wall's properties имеется также флажок Recepting. Он понадобится вам для того, чтобы наделить линию, проведенную на чертеже, свойствами приемника звукового импульсного сигнала (линия станет пунктирной). При желании вы можете превратить свой воздушный замок в дом, в котором и стены имеют уши. В предельном случае все стены можно "напичкать" как бы бесконечно большим количеством микрофонов. Но это станет уже ни на что не похоже. Естественнее будет нарисовать в месте расположения виртуального слушателя внутри здания короткую пунктирную линию между двумя узлами (мономикрофон) или две пунктирные линии между тремя узлами. Во втором случае в списке Channel (окно Wall's properties) нужно для одной линии выбрать L, для другой R. Получится стереомикрофон.

Осталось только указать на чертеже место расположения виртуального излучателя импульсного сигнала. Для этого нажмите клавишу <Alt> и щелкните левой кнопкой мыши. Появится символ красного цвета, напоминающий гибрид ромашки с рупором. Раскрыв рупора соответствует характеристике направленности излучателя и редактируется с помощью левой кнопкой мыши при нажатой клавише <Shift>. Излучателей может быть несколько. Для перемещения излучателя по координатной плоскости достаточно захватить его левой кнопкой мыши.

После того как построена графическая модель помещения, а также позиционированы излучатель и приемник импульсного акустического сигнала, облик помещения хорошо бы сохранить в файле. Это же ваша личная часть работы, причем наиболее трудоемкая! Однако кнопку Save в группе File Options вы найдете только в том случае, если приобрели лицензию и зарегистрировали программу. Иначе на месте этой кнопки как раз и будет располагаться кнопка, открывающая окно, в котором следует ввести регистрационный номер. Иными словами, демоверсия программы позволяет генерировать импульсную характеристику для спроектированного помещения, но само помещение (его чертеж и свойства стен) в файле не сохраняется.

Итак, мы практически добрались до финала. Осталось только запустить процесс расчета импульсной характеристики. Для этого в главном окне нужно нажать кнопку Generate impulse file. Но генерация сразу не начнется. Сперва программа откроет окно сохранения импульсной характеристики в WAV-файле. Вы должны указать имя фай ла, путь к месту его хранения и нажать кнопку Save (Сохранить). Только после этого начнутся вычисления. Для помещений сложной конфигурации расчеты могут занять много времени. О том, что программа не зависла, а трудится в "поте интерфейса" будет свидетельствовать изменение состояния прогресс-ндикатора. Все. Импульсная характеристика готова и сохранена в WAV-файле. Для Voxengo Pristine Space она подходит "один к одному". Загружайте и пользуйтесь. Слушайте свою собственную музыку в своем собственном воздушном замке.

Рис. 3. Пример импульсной характеристики в окне редактора Adobe Audition

Если вы любопытны, загрузите WAV-файл с импульсной характеристикой в какой-либо звуковой редактор (например, в Adobe Audition), чтобы не только во всех подробностях рассмотреть, как она выглядит на сигналограмме (рис. 3), но и послушать, как звучит эхо от виртуального выстрела, прозвучавшего в виртуальном доме.