Šta Impulsni Odziv Jeste, a Šta Nije

Volim impulsne odzive. Koristim ih, pravim alate oko njih, i za većinu snimanja su pravi odgovor. Znači, ovo nije tekst o tome zašto je IR loš.

Ovo je tekst o tome šta IR zapravo jeste. Jer priča o IR-ovima je odlutala daleko od samog fajla. "To je Vintage 30 u 4×12." "To je baš taj kabinet." "To je prava stvar, samo tiša." Ništa od toga nije sasvim tačno. I razlika između onoga što IR jeste i onoga što ljudi misle da jeste objašnjava skoro sve frustracije koje slušam na tu temu.

Zato hajde redom: šta je u fajlu, zašto zvuči tako uverljivo, a onda mitovi, jedan po jedan, i šta tačno fali.

Kratka Verzija

• Impulsni odziv je linearan snimak jedne signalne putanje, nepromenljiv u vremenu: zvučnik, kabinet, mikrofon, njegova pozicija, pretpojačavač i prostorija, ako je uhvaćena. Izmeren na jednom nivou, u jednom trenutku.
• U onome što drži, IR je izuzetno dobar. Frekvencijski odziv, faza, karakter mikrofona i tačno mesto na membrani su unutra, i svaki put se pusti potpuno isto.
• Ne može da drži ništa što se menja sa nivoom. Pusti u IR duplo jači signal i dobiješ tačno duplo jači izlaz, istog oblika. Pravi zvučnik, pravi transformator i pravo pojačalo koje gura pravi zvučnik menjaju oblik zvuka kako pojačavaš.
• Da li je interakcija pojačala i zvučnika u fajlu, zavisi isključivo od toga kako je snimljen. Uobičajen savet za snimanje IR-a je čist, ravan tranzistorski pojačavač snage. A on krivu impedanse zvučnika skoro potpuno izbaci iz zvuka.
• Duži IR ili IR na višoj frekvenciji odmeravanja ne drži više od prave stvari. Dužina donosi detalj u niskim frekvencijama i prostoriju. Frekvencija odmeravanja ne donosi ništa što gitarski zvučnik proizvodi. Ni jedno ni drugo ne dodaje ponašanje koje zavisi od nivoa.
• Prava oprema nikad ne tretira isti signal baš isto dvaput. IR uvek tretira. Razlika je mala, ali nije nula.

Šta Impulsni Odziv Zapravo Jeste

Jedan udarac, a čuješ sve

Ideja je stara i jednostavna. Udariš sistem savršenim, beskonačno kratkim klikom i snimiš šta izađe. Taj snimak ti kaže kako sistem odgovara na sve frekvencije odjednom: koliko je svaka glasna i koliko kasni. To je impulsni odziv.

U praksi niko ne snima gitarski kabinet klikom. Klik jednostavno nema dovoljno energije da se izdigne iznad svega ostalog u prostoriji. Standardna metoda je sinusni sweep: ton koji klizi od dna audio opsega do vrha, par sekundi, kroz pojačavač snage u kabinet. Mikrofon to snimi, a onda se snimak matematički "odmota" nazad u odziv na klik koji sweep zamenjuje.

IR loader onda radi obrnuto. Radi konvoluciju tvog signala gitare sa tim fajlom: svaki odmerak tvog sviranja okine umanjenu ili uvećanu kopiju odziva kabineta, i sve te kopije se saberu. Ono što izađe je tvoja gitara, kroz baš taj snimak.

Linearno i nepromenljivo u vremenu, u jednom redu

Ceo taj trik radi samo za sistem koji poštuje dva pravila. Prvo je superpozicija:

$$h * (a x_1 + b x_2) = a\,(h * x_1) + b\,(h * x_2)$$

Znači: odziv na dva sabrana signala je zbir dva odziva. Duplo jači ulaz daje duplo jači izlaz, a oblik se ne menja. Drugo pravilo je nepromenljivost u vremenu: sistem na isti ulaz odgovara isto, bilo da ga pustiš sad ili za deset minuta.

IR nije sistem koji se samo zadesio da poštuje ta pravila. IR jeste ta pravila. Sve što u pravom rigu nije poštovalo ta pravila nema gde da živi u fajlu.

Zašto radi ovako dobro

IR zaslužuje priznanje, i to veliko.

• Blisko mikrofonisan gitarski kabinet je pre svega njegov frekvencijski odziv, a taj odziv je sve samo ne ravan. Vrhovi i propadi koje zvučnik, kabinet i mikrofon nabace na signal gitare su ogromni pored bilo čega što radiš ekvilajzerom. I svi su linearni. IR ih drži sve.
• Faza je takođe unutra, ne samo nivo. Zato se dva IR-a pomešana zajedno ponašaju kao češalj filtar, tačno kao dva prava mikrofona na jednom kabinetu.
• Mikrofon je unutra. Njegov frekvencijski odziv, efekat blizine na toj udaljenosti, kako je okrenut, tačno mesto na membrani. Pomeri mikrofon dva-tri centimetra preko pravog zvučnika i visoke frekvencije se promene više nego od većine tonskih kontrola. IR zamrzne jedno takvo mesto, savršeno.
• Ponovljiv je. Isti zvuk večeras, sutra, i za dve godine kad klijent traži da se vrati miks. Nijedan pravi kabinet, mikrofon i prostorija to ne mogu da obećaju.

Za dobar deo snimanja, to je većina onoga što je bitno. I zato su IR-ovi preuzeli stvar.

Šta Svi Pogrešno Shvataju

"IR je zvučnik"

IR je linearni deo jednog zvučnika, onako kako ga je čuo jedan mikrofon, na jednom nivou.

Taj dodatak je bitniji nego što zvuči. Na malom nivou gitarski zvučnik je jako blizu linearnog. Kad ga guraš jako, nije: membrana više ne može da se pomera tačno srazmerno signalu, i zvučnik počne da dodaje svoje harmonike i da zaobljava najveće vrhove. To ponašanje je deo razloga zašto odvrnut kabinet zvuči kao odvrnut kabinet.

IR to ne drži, i to je namerno. Metoda sa sinusnim sweep-om, koju koristi većina alata za snimanje IR-a, napravljena je baš da to dvoje razdvoji. Harmonijsko izobličenje koje zvučnik napravi tokom sweep-a završi u posebnom delu rezultata, ispred linearnog odziva, i odseče se kad se fajl sređuje. Metoda namerno zadrži linearni odziv, a ostatak baci.

I još dve stvari koje fajl ne može da bude:

• IR je jedna tačka u prostoru. Membrana zvučnika postaje jako usmerena kad se talasna dužina smanji do veličine same membrane. Za zvučnik od 12 inča to je negde oko 1,4 kHz. Ispred zvučnika i trideset centimetara u stranu su dva različita tona. IR je tačno jedan od njih.
• IR je obično jedan zvučnik od četiri. Bliski mikrofon na 4×12 kabinetu čuje drajver ispred sebe. Ostala tri, koja se nikad ne izmere baš isto čak ni kad nose istu etiketu, veliki su deo onoga što čuješ kad stojiš u prostoriji.

"IR sadrži interakciju pojačala i zvučnika"

Samo ako je snimljen kroz pravi lampaški izlazni stepen u pravi kabinet. I čak i tad, samo na tom jednom podešavanju.

Impedansa zvučnika se ogromno menja kroz opseg, a pojačalo sa stvarnom izlaznom impedansom tu krivu odštampa na zvuk. Aritmetiku sam prošao u tekstu zašto reaktivna opterećenja zvuče drugačije od pravih kabineta: isti kabinet dobije oko 4,4 dB grbe u niskim frekvencijama od lampaša bez povratne sprege, a manje od 1 dB od jako spregnutog pojačala.

U tom tekstu sam opisao IR kao nešto što se snima kroz pravi izlazni stepen, jer je to slučaj u kom te zamka duplog brojanja ujede. Ali mnogo IR-ova se ne snima tako. Uobičajen savet za snimanje kabineta je čist tranzistorski pojačavač snage sa dosta hedruma, baš zato da pojačalo ne doda ništa svoje. Posledica je niže, u delu sa brojkama. Kratko: kriva impedanse zvučnika skoro nestane iz rezultata.

Isto se dešava i na strani reprodukcije. Snimaš svoj lampaš preko otpornog load box-a, ili sviraš kroz čist tranzistorski pojačavač snage, ili ideš iz procesora pravo u zvučnu karticu. U sva tri slučaja impedansa zvučnika nikad nije gurnula nazad ništa. Koji god IR da staviš posle toga, razgovor između pojačala i zvučnika se jednostavno nije desio.

"IR sadrži izlazni transformator"

IR sadrži ono što je bilo ispred mikrofona kad je snimljen. I ništa više.

IR kabineta snimljen ravnim tranzistorskim pojačavačem snage nema nikakav izlazni transformator u sebi. Nije ga ni bilo na putanji.

IR snimljen kroz pravi lampaš ima transformator, ali samo njegovu linearnu stranu, na tom jednom nivou: širinu opsega i kako obara krajeve. A ono što izlazni transformator čini zanimljivim je deo koji se menja sa nivoom. Kao što sam objasnio u tekstu o izlaznim transformatorima i prilagođenju impedanse, transformator je ono što povezuje izlazne lampe sa zvučnikom, i ima svoje granice. Za nisku notu mu treba više jezgra nego za visoku, na istom naponu. Znači, kad mu ponestane mesta, ponestane mu od bass-a naviše. Velika niska nota se sabije i procveta u harmonike, a vrh istog akorda prođe netaknut. To po definiciji zavisi od nivoa, i metoda snimanja to odseče zajedno sa ostatkom izobličenja.

Znači, ako u tvom lancu nema pravog izlaznog transformatora (simulacija samo pretpojačala, procesor bez izlaznog stepena, tranzistorski pojačavač snage), a IR je snimljen ravnim pojačavačem, taj deo pojačala jednostavno ne postoji u tvom zvuku.

"Pojačaj, i IR se ponaša kao glasniji rig"

Ovaj najviše iznenadi ljude. A direktno proizlazi iz jednačine od malopre.

Pusti u IR duplo jači signal i dobiješ tačno duplo jači izlaz: 6 dB glasnije, identičan oblik. Kad jače guraš simulaciju pojačala, simulacija menja karakter. Ali kabinetu posle nje je svejedno koliko jako udaraš. Udari ga sa +20 dB i dobiješ +20 dB.

Pravi rig na jačinu odgovara potpuno drugačije. Zvučnik dodaje svoje harmonike i zaobljava vrhove. Transformatoru ponestaje mesta od bass-a naviše. Pojačalo i zvučnik se jače guraju jedno protiv drugog. Svaka od tih stvari menja oblik zvuka, ne samo veličinu. Zato pravi kabinet zvuči drugačije na probi nego u sobi, čak i kad izbaciš uši iz jednačine. (I uši se menjaju sa nivoom. To je u tekstu zašto sve zvuči bolje glasnije, i važi podjednako za IR i za pravi kabinet.)

Nivo je ukovan i u sam snimak. Ljudi koji profesionalno snimaju IR-ove pričaju o tome koliko vremena potroše da nađu pravu jačinu za određeni zvučnik. Jer previše tiho i previše glasno daju čujno različite fajlove. Fajl koji učitaš je taj jedan nivo, zauvek.

"Duži IR, veće rezolucije, drži više od prave stvari"

I dužina i frekvencija odmeravanja nešto menjaju. Ni jedno ni drugo ne dodaje ponašanje koje zavisi od nivoa, niti život. U linearnom fajlu za to nema mesta.

Šta stvarno donose je niže, u delu sa brojkama. Kratko: dužina donosi detalj u niskim frekvencijama i refleksije prostorije, a posle jedne tačke ne donosi ništa osim prostorije. Frekvencija odmeravanja preko 48 kHz donosi sadržaj iznad 24 kHz, od zvučnika koji je ostao bez izlaza mnogo pre toga.

"Prava oprema zvuči isto, snimak za snimkom"

Ne zvuči. Prava oprema nikad ne tretira isti signal baš isto dvaput. Odgovara na to koliko jako je guraš, i na ono što je odsvirano trenutak ranije. Odsviraj isti rif dvaput kroz pravo pojačalo u pravi kabinet i ta dva snimka neće biti identični fajlovi.

Kod IR-a hoće. Daj mu iste odmerke i dobiješ iste odmerke nazad, bit po bit, svaki put. Za vraćanje miksa to je prava prednost. I prava razlika u odnosu na pravu stvar. Oboje je tačno u isto vreme.

"Blisko mikrofonisan IR je zvuk kabineta"

Blisko mikrofonisan IR je zvuk kabineta za mikrofon dva centimetra od platna. Niko ne sluša odatle.

Kad stojiš ispred pravog kabineta, čuješ zvuk sa strane, ostale zvučnike, pod i zidove, i sve to stiže u malo različitim trenucima. I osetiš ga. Na pravoj jačini kabinet pomera dovoljno vazduha da gura tebe i tvoju gitaru. A gitara odgovara: žice i telo hvataju zvuk iz zvučnika, i to menja sustain i kako nota procveta. Ta petlja ide kroz prostoriju, ne kroz signalnu putanju, i nijedan fajl je ne može držati. Ni slušalice ni studijski monitori ne mogu to da naprave. To je granica reprodukcije, ne IR-a. Ali je deo razloga zašto isti IR ume da se oseća toliko drugačije od istog kabineta.

Sprovođenje Brojki

Razdelnik, sa čistim pojačavačem za snimanje

Uzmi isti primer kabineta kao u tekstu o reaktivnim opterećenjima: 8 Ω u srednjim frekvencijama, 40 Ω na rezonanci. Napon koji stigne do zvučnika određuje razdelnik između izlazne impedanse pojačala i zvučnika:

$$V_{\text{load}} = V_{\text{source}} \cdot \frac{Z_{\text{load}}}{Z_{\text{out}} + Z_{\text{load}}}$$

Lampaš bez povratne sprege, sa $Z_{\text{out}}$ oko 8 Ω, dao je grbu od 4,4 dB na rezonanci. Sad čist tranzistorski pojačavač snage. Njegova izlazna impedansa je obično negde oko 0.1 Ω, znači faktor prigušenja blizu 80:

$$\text{mid: } \frac{8}{0.1+8} = 0.9877 \qquad \text{resonance: } \frac{40}{0.1+40} = 0.9975$$ $$20 \cdot \log_{10}\!\left(\frac{0.9975}{0.9877}\right) \approx 0.09\ \text{dB}$$

Manje od desetine decibela. Pojačalo drži napon na zvučniku skoro savršeno mirnim, šta god da impedansa zvučnika radi. Baš zato se i preporučuje za snimanje: drži pojačalo van IR-a. Ali drži van IR-a i krivu impedanse zvučnika. IR kabineta snimljen ovako je akustički odziv zvučnika, a skoro ništa od njegove električne rasprave sa pojačalom.

To nije mana IR-a. To je izbor, i to pravi izbor za fajl koji hoćeš da koristiš iza mnogo različitih pojačala. Samo moraš da znaš da interakcija mora da dođe odnekud drugde. Ili je nema.

Šta dužina i frekvencija odmeravanja stvarno donose

Dužina. Odziv blisko mikrofonisanog kabineta je kratak. Neki poznati proizvođači IR-ova namerno seku svoje fajlove na par desetina milisekundi, da izbace prostoriju i smanje kašnjenje. Da imaš osećaj: IR od 2048 odmeraka na 48 kHz traje 42,7 ms. Zvuk pređe oko 34 cm u milisekundi. Znači, refleksija od zida udaljenog dva metra stigne otprilike 12 ms posle direktnog zvuka, duboko unutar tog prozora.

Na dnu opsega dužina jeste bitna. IR ne može da opiše detalj finiji od otprilike jedan kroz sopstvenu dužinu. Znači, fajl od 42,7 ms vidi spektar u koracima od oko 23 Hz, dovoljno grubo da razmaže oblik rezonance kabineta oko 100 Hz. Duži fajlovi to drže vernije. Posle toga, dodatna dužina je rep prostorije i tišina. Fajl koji je uglavnom tišina troši procesor na svakom odmerku i ne vraća ništa.

Frekvencija odmeravanja. Fajl na 48 kHz već drži sve do 24 kHz. Celestion Vintage 30, jedan od svetlijih uobičajenih gitarskih zvučnika, ima objavljen frekvencijski opseg od 70 Hz do 5 kHz. IR na 96 kHz dodaje opseg od 24 do 48 kHz, gde zvučnik nema šta da da, a i da ima, to se ionako ne čuje. Dobar broj IR-ova na visokim frekvencijama odmeravanja uopšte nema ništa iznad granice nižeg odmeravanja: snimljeni su niže, pa preračunati naviše.

Ni jedan od ta dva broja ne pomera IR ni korak bliže zvučniku na jačini. To je druga vrsta informacije, i linearni fajl za nju nema mesto.

Šta Ovo Znači Na Radnom Stolu

Kad je IR baš pravi alat

• Tiho snimanje. Dobar IR iza dobrog pojačala ili simulacije pobedi pravi kabinet loše mikrofonisan u lošoj prostoriji. Svaki put.
• Doslednost i vraćanje miksa. Isti ton svako veče, svaku sesiju, svaki put kad se vraćaš na miks.
• Odluke posle snimanja. Menjaš kabinet, menjaš mikrofon, mešaš dve pozicije, dugo pošto je gitarista otišao kući.
• Kabineti koje nemaš. Dobro snimljen IR sjajnog kabineta u sjajnoj prostoriji ti daje nešto do čega inače nemaš kako da dođeš.

Upari IR sa načinom na koji je snimljen

Odavde dolazi većina praktičnih problema, i sve je ista greška: nešto izbrojiš dvaput, ili ga ne izbrojiš nijednom.

• Saznaj kako je IR snimljen. Dobri proizvođači IR-ova kažu kojim pojačavačem snage su snimali, i da li je fajl samo kabinet ili pun snimak pojačala i kabineta. Ako ne kažu, sigurna pretpostavka je samo kabinet, snimljen ravnim pojačavačem.
• Ako je IR snimljen kroz pravi lampaš u kabinet, interakcija na tom podešavanju je već u fajlu. Ne stavljaj preko toga jako obojeno reaktivno opterećenje ili opciju za impedansu zvučnika iz simulacije. To je ono dupliranje iz teksta o reaktivnim opterećenjima, i odatle dolazi onaj nazalni ton.
• Ako je IR snimljen ravnim tranzistorskim pojačavačem, u njemu nema interakcije i nema transformatora. To mora da dođe ranije u lancu: pravi lampaš u reaktivno opterećenje, ili simulacija koja modeluje izlazni stepen i opterećenje zvučnika. Ako nemaš ni jedno ni drugo, toga nema.
• Ako tvoja simulacija pojačala već ima kabinet, isključi jedan od ta dva. Dva kabineta jedan na drugom su najbrži put do kutijastog, nazalnog tona, i to i dalje čujem stalno.

Snimi kroz pravu stvar kad možeš

Ako imaš pojačalo i kabinet, najpošteniji IR svog riga praviš kroz svoj lampaš u svoj kabinet, na jačini na kojoj stvarno sviraš. I dalje neće odgovarati na promenu nivoa. Ali bar su interakcija i linearna boja transformatora one prave, podešene tamo gde ih koristiš.

A ako možeš da snimiš pravi kabinet, snimi pravi kabinet. IR je sjajna zamena. Ali je i dalje zamena.

Zašto ReactIR postoji

Sve iz dela sa mitovima je razlog zašto sam napravio ReactIR. Nisam hteo da zamenim IR-ove, previše su dobri u onome što rade. Hteo sam da zadržim IR i vratim ono što sam fajl ne može da drži: delove pojačala i zvučnika koji odgovaraju na to kako sviraš. Tvoj IR je fotografija. ReactIR ga oživljava.

Probaj Odmah

Interakcija, nacrtana. Feedback Lab pokazuje koliko krive impedanse zvučnika stigne do zvučnika za dato pojačalo. Učitaj Vox AC30 preset, pa Hiwatt, i uporedi odziv na zvučniku. Razlika između ta dva je deo zvuka koji IR kabineta snimljen ravnim pojačavačem nikad nije ni imao.

Test nivoa, na pravom rigu. Pusti isti DI snimak (reamp) kroz svoje pravo pojačalo i mikrofonisan kabinet dvaput: jednom tiho, jednom glasno, bez pomeranja mikrofona. Izjednači nivo ta dva snimka, okreni polaritet jednom i saberi ih. Šta god se ne poništi, to je deo tvog riga koji menja oblik sa nivoom. Sad uradi isto kroz IR: dve verzije se potpuno ponište, jer za IR je glasno samo veće.

Ni dva prava snimka na istoj jačini se neće potpuno poništiti. Prava oprema nikad ne tretira isti signal baš isto dvaput. Ali par tiho-glasno će ostaviti mnogo više. A slušanje onoga što ostane je najbrži način koji znam da čuješ šta IR nije.

Izvori

• Metoda snimanja sinusnim sweep-om i razdvajanje linearnog odziva od harmonijskog izobličenja: A. Farina, "Simultaneous Measurement of Impulse Response and Distortion with a Swept-Sine Technique," AES 108th Convention, 2000.
• Preporuka čistog tranzistorskog pojačavača snage sa dosta hedruma za snimanje kabineta: TONE3000, "How to Capture an Impulse Response (IR) of a Speaker Cabinet."
• Jačina pri snimanju menja rezultat, ravan tranzistorski lanac pojačanja, i IR-ovi skraćeni na otprilike 20 do 41 ms bez prostorije: intervju sa Colin Cartmell-om u Sound On Sound, "Making Great Guitar Cab IRs."
• Frekvencijski opseg Celestion Vintage 30 od 70 Hz do 5 kHz: Celestion-ova objavljena specifikacija.
• Superpozicija, nepromenljivost u vremenu i konvolucija su standardna teorija linearnih sistema. Brojke za razdelnik koriste iste okrugle vrednosti kao tekst o reaktivnim opterećenjima (8 Ω u srednjim frekvencijama, 40 Ω na rezonanci), uz pretpostavljenu izlaznu impedansu tranzistorskog pojačavača od 0.1 Ω. Stvarna pojačala variraju; red veličine ne varira.
• Brojke za usmerenost i dužinu IR-a su aritmetika: 343 m/s za brzinu zvuka, efektivni prečnik membrane 25 cm, i 2048 odmeraka na 48 kHz.

Znaj šta je u fajlu. To je Slightly Technical — ali baš to pravi svu razliku.