Эквалайзеры и фазы
Эквалайзер является базовым инструментом при обработке звука. Им пользуются все продюсеры, но не каждый знает, как именно он работает и почему существуют мифы про него.
Мы не будем сегодня говорить, как "нужно" эквализировать, потому что исключительно правильной методики для этого нет. Если звучит красиво и вам нравится, значит, всё сделано правильно. Будет рассматриваться лишь техническая составляющая эквалайзера, а также пара интересных нюансов при эквализации.
Что такое фаза
В различных материалах часто упоминают, что при "излишней" эквализации портится фаза звука, но мало кто говорит, почему так происходит и какие у этого последствия. Для начала выясним, что такое фаза.
Согласно ресурсу wikisound, фаза - это положение звуковой волны относительно нулевой амплитуды в определённый момент времени.
Как эквалайзер работает со звуком
Для того, чтобы изменять звук, эквалайзеру приходится подмешивать копию входного сигнала с задержкой / опережением фазы, которая зависит от изменяемой вами частоты и уровня дБ*. Именно поэтому громкость изменяется.
Говоря простым языком, эквалайзер меняет фазу для того, чтобы влиять на громкость (АЧХ).
Обычно внутри плагина изменения фазы не отображаются, но во встроенном в REAPER эквалайзере мы можем видеть, что на самом деле происходит.
Чтобы продемонстрировать изменение фаз, мы взяли синус на частоте 130гц (белая точка) и применили к нему эквализацию с картинки ниже. Стоит точка на частоте 1240гц с усилением 20дБ. Как можно видеть по оранжевой полоске, фаза воспроизводится с видимым опережением, при этом громкость изменилась незначительно.
Плохо ли то, что фаза в принципе изменяется? Нет. Более того, вы это очень вряд ли услышите, только при внушительных изменениях. На картинке снизу наглядно показано, как эквалайзер повлиял на фазу и начало нашего синуса.
Обстоятельство, при котором точно стоит обратить внимание на фазовые изменения - фильтры High Cut и Low Cut.
Чем ниже частота, тем ниже добротность* (далее - Q) фильтра стоит выбирать в связи с пост-звоном, и тем, какое количество фазовой информации этот фильтр затрагивает. Однако это не касается сигнала, которого не слышно. На сверх низких частотах, ~10гц и ниже, можно спокойно делать очень резкие срезы - это ни на что не повлияет.
Звон* эквалайзера
Если вы выберете высокое значение Q на эквалайзере и будете обрабатывать им сигнал, то услышите характерный призвук. Это называется пост-звон. Возьмём небольшой отрезок из нашего синуса выше и применим к нему brickwall фильтр на частоте 80гц.
На бесплатном анализаторе s(M)exoscope он выглядит следующим образом:
Применяем эквалайзер и видим эффект пост-звона:
Чем сильнее срез, тем больше пост-звона вы получите. При обычной эквализации его не слышно, потому что он настолько незначительный, что перекрывается обрабатываемым сигналом.
Как сохранить фазу эквализируемого сигнала
Для того чтобы максимально сохранить фазу сигнала и "естество" звука, следует использовать мягкие штрихи, брать shelf-фильтры вместо обрезных там, где это возможно, ослаблять "ненужные" частоты (потому что при уменьшении громкости, искажений/звона меньше).
Если вы сделаете визуально одинаковую эквализацию разными фильтрами, например shelf-ом замените обрез - это ничего не изменит. Суть именно в том, чтобы работать более аккуратно с частотами и громкостью
Пример обычного увеличения громкости:
Пример ослабления частот вместо усиления:
Shelf-фильтр вместо обрезного:
Также стоит упомянуть, что без необходимости/желания вырезать нижние частоты на звуках, где он не создаёт проблем, нет смысла. Shelf-фильтра на -30дБ как на скрине выше будет более, чем достаточно. Вырезать что-то стоит тогда, когда ничего не спасает.
Линейно фазовый эквалайзер
В какой-то момент был придуман алгоритм, который призван решить проблемы, вносимые обычным эквалайзером, его назвали линейно* фазовым.
Работает он по следующему принципу:
Сигнал эквализируется как обычно, но затем компенсирует задержки фаз в обе стороны. Это добавляет значительное отставание звука и требует намного больше ресурсов для вычислений, чем обычный эквалайзер, поэтому использовать его, например, во время живых выступлений не получится...
Касательно задержек*, современные DAW вовсю компенсируют их автоматически. Например, на форуме Image-Line сказано, что FL Studio с версии 20.7 способна делать это автоматически. Также на это способен уже упомянутый в статье REAPER. В Ableton Live есть ручной режим компенсации задержек, не известно, работает ли это автоматически. Особенно сильно жаловались пользователи Studio One, не первый год жалующиеся на то, что разработчики с этим ничего не делают.
Пост-звон в линейном эквалайзере никуда не делся, а также за счёт всех компенсаций задержек он дублируется в начало сигнала и воспроизводится раньше, чем наш звук. Явление назвали пред-звон*.
На этой страничке мы нашли отличный тест пред-звона в режиме линейного эквалайзера, и прикладываем его к тексту, чтобы показать зависимость от параметров в нашей статье
Был взят square* импульс длиной 20мс, потому что на нём чётко видно, как съедается транзиент* сигнала из-за пред-звона.
Влияние усиления и ослабления громкости на пред-звон
Была зафиксирована постоянная Q*=1, для демонстрации, что усиление производит более заметный звон, чем срез.
Пиковый* эквалайзер с усилением 20 дБ:
Пиковый эквалайзер с усилением 10 дБ:
Пиковый эквалайзер с усилением -20 дБ:
Пиковый эквалайзер с усилением -10 дБ:
Влияние частоты на пред-звон
При усилении 15 дБ и Q=1 произведён тест, показавший, что более низкие частоты производят более заметный звон.
Пиковый эквалайзер на частоте 100 Гц:
Пиковый эквалайзер на частоте 500 Гц:
Пиковый эквалайзер на частоте 2500 Гц:
Влияние Q на пред-звон
При усилении в 15дБ и постоянной частоте 200гц демонстрируется, что более высокие значения Q делают звон более заметным.
Взаимосвязь между Q и пред-звоном сложна. Увеличение Q удлиняет его продолжительность, но уменьшает амплитуду.
Продолжительность звона, как правило, представляет собой большую проблему, но вы должны внимательно прослушивать Q там, где много атак (снейр, кик, хеты)
Кстати, вот как "звенит" наш кусочек синуса в линейном режиме.
Исходя из небольших тестов выше, можно сделать вывод, что использовать такой эквалайзер, например, на мастере - очень тонкая работа. Если ваш трек не насыщен атаками, или вас не пугает этот звон - дерзайте 😁.
Итог
Эквалайзеры - это супер мощный и необходимый каждому продюсеру инструмент, но очень сложный по своему устройству. Без знания, как он работает, очень легко потеряться в процессе написания и сведения музыки, потому что эквализация очень сильно влияет на весь ваш творческий процесс. Как говорится, это база.
Стоит ещё раз повторить, что не стоит пугаться фаз, их изменений и всего, что мы описали в этой статье. Главное - экспериментируйте и ищите свой звук. Не важно, каким способом и методами вы к нему пришли!
Терминология, используемая в статье*
дБ (dB) - уровень звука.
Транзиент - переходной процесс сигнала. Обычно так называют сверхбыстрые всплески громкости в начале каждого звука.
Добротность - (Q - quality) в контексте статьи обозначает величину наклона на фильтрах эквалайзера.
На фото пример большой добротности (слева), и маленькой (справа).
Звон - Он же Ringing (пост-звон) и Pre-ring (пред-звон)
Задержка - в контексте DAW подразумевалась технология PDC (plugin delay compensation)
Линейно фазовый эквалайзер - Он же режим Linear Phase в плагине Pro Q3.
Square импульс - Импульс квадратной формы волны (Square wave). Одна из основных волн в синтезе цифрового звука.
Пиковый эквалайзер - тип фильтра Peak, он же Bell фильтр.
