Es gibt eine große Debatte über das Thema der analogen Plugin-Emulationen. In diesem Artikel tauchen wir ein in ihre Funktionsweise und besprechen ihre Unterschiede zu rein digitalen Plugins.
Gibt es einen Musikproduzenten da draußen, der nicht Vintage-Analog-Audio-Hardware liebt? Während viele Produzenten zustimmen, dass der Klang und das Gefühl von klassischer analoger Hardware schwer zu übertreffen sind, ist die Einrichtung und Wartung der Geräte nicht immer großartig. Außerdem ist es schwierig, Platz für einen sperrigen Vintage-Synthesizer oder ein Mehrspur-Tonbandgerät zu finden.
Aus diesem Grund gibt es in letzter Zeit eine Verschiebung hin zu virtuellen analogen Plugins, die das Beste aus analogem und digitalem Klang kombinieren. Ja, diese Plugins sind komplett digital, was bedeutet, dass letztendlich nur Zahlen verarbeitet werden, um Klang zu erzeugen und zu bearbeiten, genau wie bei jedem anderen digitalen Plugin, richtig? Nun, es kommt darauf an, wie die Zahlen verarbeitet werden.
In diesem Artikel werde ich mich einem Thema widmen, das selten untersucht wurde – wie funktionieren virtuelle analoge Plugins und digitale Emulationen von klassischer Audio-Hardware eigentlich?
Was sind analoge Emulations-Plugins?
Analoge Emulations-Plugins oder virtuelle analoge Plugins funktionieren wie andere Plugins in Ihrer DAW, außer dass sie dazu entwickelt wurden, sich wie eine echte Audiogeräteeinheit zu verhalten und zu klingen.
Dies ist wünschenswert, weil analoge Hardwaregeräte hauptsächlich wegen ihres Klangs oder Charakters bevorzugt werden.
Diese Art von Plugins spielt auch in die Nostalgie der Menschen für analoge Einrichtungen vergangener Tage hinein. Dies ist ein großer Markt. Die Menschen wollen “Authentizität”, ohne das echte Gerät zu besitzen, was ironisch erscheint. Aber die Wahrheit ist, dass digitale Emulationen den originalen Einheiten meist sehr nahe kommen und auch viele Vorteile gegenüber echtem Equipment bieten.
Sie werden feststellen, dass die Ansätze von Unternehmen zu Unternehmen variieren und verschiedene Methoden unterschiedliche Auswirkungen darauf haben, wie viele der charakteristischen Merkmale der Originalgeräte das endgültige Plugin erfassen kann.
Emulations-Plugins vs. Digitale Plugins?
Es gibt eine gewisse Verwirrung darüber, wie sich Emulations-Plugins von anderen digitalen Plugins unterscheiden. Es ist vielleicht einfacher zu sagen, dass Emulationen “analoger klingen”, aber was passiert eigentlich im Code, um diesen Unterschied zu erzeugen?
Bei Emulations-Plugins wird der Code entweder die Schaltungen des Originalgeräts direkt modellieren oder eine Reihe von komplexen Gleichungen verwenden, die aus dem Originalgerät abgeleitet wurden, um die Ausgangsantwort im Vergleich zur Eingabe zu simulieren.
Im Gegensatz dazu sind “reine” digitale Plugins wie der Standard-Chorus oder EQ-Effekt Ihrer DAW in Bezug auf die Modifikation des Klangs im Code viel wörtlicher und geradliniger.
Reine digitale Plugins haben Probleme wie Aliasing, und obwohl dies mit Oversampling behoben werden kann, klingen diese Plugins im Allgemeinen nicht so aufregend wie virtuell analoge.
Wenn Sie also “transparente” Änderungen an einem Mix vornehmen möchten, sind Standard- oder digitale Plugins völlig in Ordnung. Wenn Sie jedoch einem ansonsten trockenen Aufnahme etwas Charakter verleihen möchten, sind Emulationen vorteilhaft. Aber erwarten Sie nicht, dass virtuell analoge Plugins so CPU-effizient sind wie die Standard-Plugins Ihrer DAW.
Eine kurze Geschichte der Audio-Plugins
Heutzutage sind Audio-Plugins ein fester Bestandteil aller Phasen der Musikproduktion, und nur selten wird eine Produktion komplett analog sein.
Es passiert immer noch, aber aufgrund der Bequemlichkeit, Leistung und bezahlbaren digitalen Musiktechnologie ist es für Musiker und Songwriter viel unwahrscheinlicher, diesen Weg bei ihren Kreationen einzuschlagen. Werfen wir also einen Blick auf die Entstehung der Plugins…
1975 unternahm Soundstream trotz der relativ primitiven Computer den ersten Versuch einer DAW (Digital Audio Workstation) mit ihrem Soundstream Digital Editing System.
Es beinhaltete ein an ein Tonbandgerät angeschlossenes Analog-Digital-Wandler (ADC), das Benutzern digitale Fades und Track-Spleißungen ermöglichte.
1979 entwickelte Fairlight ihren Computer Musical Instrument (CMI) Sampler und Digital Synth. Dieses System hatte ein Festplattenrekordersystem und extrem ausgefeilte Software zur Wiedergabe von Samples. Der CMI war bei fortschrittlichen Popkünstlern der 80er Jahre wie Kate Bush und Peter Gabriel ein Hit.
Es gab weitere Entwicklungen in der MIDI-Technologie von Moog und Roland in den frühen 80er Jahren, während persönliche Computer mit jeder Innovation wie dem Commodore Amiga und Apple II immer leistungsfähiger wurden.
Aber 1985 setzte der Atari 520 ST-Computer neue Maßstäbe mit seinen integrierten MIDI-Anschlüssen. Dadurch wurde die Musikproduktion zu Hause für viele Menschen viel einfacher und zugänglicher.
Ein weiteres Ereignis im Jahr 1985 war die Veröffentlichung von Sound Designer durch Digidesign. Es wurde zum Bearbeiten von Samples für ein Keyboard entwickelt, würde aber später 1989 weiterentwickelt und zu Pro Tools werden. In dieser neuen Version konnte Pro Tools 2-Spur-Digitalaufnahmen durchführen.
Im Jahr 1992 veröffentlichte Waves Audio den ersten Audio-Signalprozessor-Plugin, den Q10 Paragraphic EQ.
Pro Tools fügte die Möglichkeit hinzu, neben seinen eigenen Plugins Plugins von Drittanbietern zu verwenden. Dadurch begannen viele neue Unternehmen sowie etablierte Marken, ihre eigenen Plugins herzustellen.
Audio-Plugins in DAWs wurden enorm beliebt, und im Jahr 2006 veröffentlichte Waves Audio eine der ersten Plugin-Analogemulationen mit ihrer SSL 4000 Collection.
Seitdem entwickeln und erweitern sich die Technologie und die Methoden, um analoge Einheiten zu emulieren, rasant.
Einige Dinge, die Sie zuerst wissen sollten
Analoge Signale haben Pegel, die kontinuierlich über die Zeit variieren. Digitale Signale können als übermittelte und/oder gespeicherte Daten beschrieben werden, die als Bytes aus 1 und 0 zusammengesetzt sind.
In der Audio-Welt ist analoger Ton das elektrische Signal, das die ursprüngliche Schallwelle repliziert. Bei einer grundlegenden analogen Aufnahme wird Schallenergie vom Mikrofon oder Gitarren-Pickup in elektrische Energie umgewandelt und dann in ein magnetisches Signal zur Bandspeicherung umgesetzt.
Später, wenn Sie das Band abspielen, wird die Aufnahme wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt, das an Ihren Verstärker und Ihre Lautsprecher gesendet wird und mechanische oder “echte” Schallwellen erzeugt, die Sie hören können.
Bei digitaler Audio wird ein Analog-Digital-Wandler (ADC) kontinuierlich Tausende winziger Proben dieses analogen Signals erfassen, um digitale “Proben” zu erstellen, die von Computern interpretiert werden können. Die Genauigkeit der konvertierten digitalen Audiodaten wird durch verschiedene Einstellungen und Komponenten des ADC bestimmt.
Die Proben werden in einem periodischen Intervall genommen, das wir als Abtastrate bezeichnen. Sie können Proben als “Pixel” für eine Wellenform anstelle eines Bildes betrachten. Die Bittiefe ist die Auflösung oder Genauigkeit der Probe, und sowohl die Bittiefe als auch die Abtastrate beeinflussen direkt die Qualität des digitalen Signals oder der Wellenform. Diese Qualitäten in einem ADC spielen also eine sehr wichtige Rolle, um sicherzustellen, dass die digitale Aufnahme eine genaue Darstellung des konvertierten analogen Signals ist.
Also, wie funktioniert analoge Emulation?
Die beiden Ansätze für analoge Emulation mit digitaler Signalverarbeitung, die ich betrachten werde, sind White-Box-Testing und Black-Box-Testing.
White-Box-Testing konzentriert sich auf die Tests der inneren Arbeit und Strukturen eines Systems, während Black-Box-Testing sich auf die Funktionalität und Modellierung der Schaltung konzentriert, ohne die internen Abläufe zu kennen.
White-Box-Testing
Der White-Box- oder Komponentenansatz beinhaltet den digitalen Wiederaufbau des analogen Schaltkreises mit Code. Dies kann auch als Komponentenansatz oder physische Schaltungssimulation bezeichnet werden.
Der erste Teil des Prozesses besteht darin, das Hardwaregerät auseinanderzunehmen und ausführliche Notizen darüber zu machen, wie jede Komponente konfiguriert ist.
Diese Komponenten und ihre Einstellungen werden in ein Software-Schaltungssimulationsprogramm eingegeben, in dem ihr Verhalten analysiert und über Code wieder aufgebaut wird. Die Codemodule werden dann so zusammengestellt wie der physische Schaltkreis verdrahtet ist.
Das Ergebnis all dieser Codierung ist, dass die Software verschiedene I/O-Plots generiert. Anhand dieser Diagramme kann eine Übertragungsfunktion abgeleitet werden, die die Erstellung einer Differentialgleichung ermöglicht. Diese Differentialgleichung beschreibt im Wesentlichen eine Reihe physikalischer Variablen, die den Eingangspegel und die Steuereinstellungen im Verhältnis zum Ausgangspegel darstellen.
Diese Differentialgleichung wird verwendet, um digitale Signalverarbeitungs-Routings zu generieren, die die Hardware emulieren.
Einige Probleme, die bei dieser Methode auftreten, sind, dass man für eine genaue Emulation genau wissen muss, wie jede Komponente funktioniert, was schwierig sein kann, insbesondere bei Vintage-Geräten, bei denen die gelieferten Schaltpläne manchmal nicht mit den klassischen Einheiten übereinstimmen.
Ein weiteres Problem bei dieser Methode ist, dass es sehr schwierig ist, die frequenzabhängigen Wechselwirkungen zwischen den Komponenten zu emulieren, was problematisch ist, wenn die endgültige Audioausgabe sehr frequenzabhängig ist.
In vielerlei Hinsicht ist es also sehr schwierig, jede kleine Einzelheit und Variable in der Emulation zu erfassen, die das Originalgerät inhärent besitzt.
Black-Box-Testing
Der andere Hauptansatz, der Black-Box-Ansatz, entwickelt den digitalen Signalprozessor von Anfang an.
Er beinhaltet das Senden verschiedener Testsignale durch die analoge Einheit. Die Eingänge und Ausgänge werden unter Verwendung verschiedener Einstellungen aufgezeichnet. Je mehr verschiedene Einstellungen gemessen werden, desto genauer ist die Emulation.
Das Ziel jeder Testsignalmessung besteht darin, eine bestimmte Eigenschaft zu messen. Die Betrachtung des Originalschaltplans und das Hören auf nichtlineares Verhalten können verwendet werden, um festzustellen, mit welchen Testsignalen begonnen werden soll.
Nachdem all diese Messungen der Eingänge im Vergleich zu den Ausgängen durchgeführt wurden, werden die resultierenden Beziehungen verwendet, um einen Code zu schreiben, der die Effekte der Hardware simuliert.
Ein Hauptproblem bei dieser Methode ist, dass aufgrund der notwendigen umfangreicheren Tests für eine bessere Genauigkeit die Entwicklung eines Plugins auf diese Weise sehr zeitaufwändig sein kann, wenn die ursprüngliche analoge Einheit kontinuierliche Einstellungen hat (und das tun die meisten).
Wie funktioniert das in der Praxis?
Bei der Entwicklung eines Audio-Plugins, das eine analoge Einheit emuliert, werden normalerweise nicht nur die White-Box- und Black-Box-Ansätze verwendet. Viele Unternehmen entscheiden sich für eine hybride Methode.
Zum Beispiel verwendet Waves Audio größtenteils die White-Box-Methode. Sie erhalten die Schaltpläne, zusätzliche technische Dokumentation und forschen nach den Standardeinstellungen in dem Zeitraum, in dem die Originaleinheit hauptsächlich beliebt war.
Die Entwickler, die White-Box-Tests durchführen, zerlegen die Einheit, ermitteln den Signalfluss und schreiben dann Gleichungen basierend darauf, wie die Komponenten wirken. Dies wird in ein Programm eingegeben.
Dann messen sie das Plugin im Vergleich zum Original in der Leistung und führen Hörtests mit Personen durch, die mit den Originalgeräten vertraut sind.
Heutzutage haben sie ihren Modellierungsprozess erweitert, um den Klang mehrerer Einheiten in einer Signalkette zu emulieren, da jede Einheit mit den anderen interagiert.
Die sehr beliebten Universal Audio-Plugins sind aus einem Grund teuer, insbesondere wenn ihre Emulationsmethode erklärt wird. Anstatt von Schaltungssimulation sprechen sie von “Schaltkreismodellierung”. Ihre Methode umfasst den Wiederaufbau jedes einzelnen Elements des Schaltkreises.
Sie beginnen mit dem Schaltplan, um herauszufinden, wie der Schaltkreis eigentlich funktioniert. Sie überprüfen auch alle Unterschiede zwischen der tatsächlichen Einheit und den Schaltplänen, die, wie bereits erwähnt, auftreten können.
UA gehen zuerst die einfacheren Teile des Schaltkreises an, bevor sie sich den nichtlinearen Elementen zuwenden und dann den zeitveränderlichen Abschnitten (wie sich die Wärme auf die Leistung von Röhrenverstärkern auswirken kann, je länger eine Einheit eingeschaltet ist).
Mathematischer Angriff
Wenn Sie es bis hierher geschafft haben, herzlichen Glückwunsch, aber die Erklärung der Schlussphasen dieses Prozesses ist schwierig, wenn Sie nicht mit einigen der zugrunde liegenden mathematischen Prinzipien vertraut sind.
Die Entwickler bestimmen, in welchem Bereich das Audio repräsentiert wird, wenn es durch den Schaltkreis läuft, im Zeitbereich oder Frequenzbereich. Basierend auf diesen Informationen entwickeln sie eine anfängliche Differentialgleichung.
Dann entwickeln sie eine nichtlineare Differentialgleichung, die das Verhalten des modellierten Systems in einer endlichen Anzahl von Zuständen widerspiegelt (im Wesentlichen betrachten sie, wie jeder Zustand als Funktion aller Werte und deren Ableitungen verändert wird und berücksichtigen das Verhalten und die Interaktion der Komponenten). Dies ähnelt dem “Abtasten” der Maschine, damit ihr Verhalten in Code abgebildet werden kann.
Schließlich verwenden die Entwickler Algorithmen, um das System zu vereinfachen und Redundanzen zu filtern, um es dem Computer leichter zu machen, damit zu arbeiten.
Dies geschieht, indem sie die Ordnung der Systeme reduzieren und damit auch die Anzahl der möglichen Zustände reduzieren. Natürlich kann es hier einen Kompromiss geben, aber das Ziel ist es, das Plugin so genau wie möglich zu machen, ohne zu viel aufzugeben, um es handhabbar zu machen.
Mit der anfänglichen Differentialgleichung wird sie in den diskreten Zeitbereich umgewandelt. Lineare zeitinvariante Abschnitte werden isoliert und ihre Lösung wird approximiert.
Alle verbleibenden Elemente des Systems müssen gleichzeitig gelöst werden, da alle Wechselwirkungen der Teilsysteme die Interaktion der Komponenten innerhalb der Original-Einheit widerspiegeln.
Nach all dieser Mathematik führen die Plugin-Entwickler Hörtests durch, um die Genauigkeit des Codes zu bewerten. Hierbei werden Testtöne wie Sweeps, Rauschentladungen, Dauertöne, Samples, Soloinstrumente, Vollmixe und Mehrspuraufnahmen verwendet. Diese Tests umfassen idealerweise Ingenieure, die mit der Originalausrüstung bestens vertraut sind.
Sie bestimmen, ob die Ästhetik des Plugins mit der des Originalgeräts übereinstimmt, wobei sie besonders auf die Enden der Regelbereiche achten, da sie die Abweichungen aufgrund des extremen Verhaltens am stärksten zeigen werden.
Nach den ersten Hörtests gehen sie zum DSP-Code zurück und nehmen etwaige Überarbeitungen vor und wiederholen die Hörtests und Überarbeitungen, bis sie den Punkt erreichen, an dem sie das beste Ergebnis mit dem zur Verfügung stehenden Geld und der zur Verfügung stehenden Zeit erzielt haben.
Sind analoge Einheiten ihren digitalen Emulationen überlegen?
In jedem Forum zu Themen der Audio-Technik, Musikproduktion oder ähnlichem gibt es immer die eine Frage: Analog vs. Digital? Dies führt zwangsläufig zur Erwähnung von Plugins vs. analoger Hardware. Es gibt verschiedene Meinungen dazu, und manche bringen Flamewars über dieses sogenannte “Problem” ins Spiel.
Die Antwort ist nicht einfach Ja oder Nein.
Es gibt externe Variablen zu berücksichtigen, wie zum Beispiel:
- Welches Musikfeld wird betrachtet
- Der Produktionswert, an dem man arbeitet
- Die Erfahrungsstufe des Benutzers
Offensichtlich wird die digitale Emulation für jemanden, der ausschließlich mit einem Computer arbeitet, ein viel besseres Geschäft sein.
Selbst für Produzenten und Ingenieure, die sich die hochgelobte Vintage-Ausrüstung leisten können, bevorzugen einige digitale Plugins mehr als die analogen Geräte, und das ist völlig in Ordnung.
Vorteile der analogen Hardware
Analoge Einheiten können einen klanglichen Charakter mit Nichtlinearität und Eigenheiten bieten, die im digitalen Bereich sehr schwer zu erfassen sind, wie Universal Audio selbst in ihrem erweiterten Emulationsprozess erklärt haben.
Verzerrung, Bandschleifen und zufälliges Rauschen sind Elemente, die in einer mathematischen Gleichung schwer quantifiziert werden können. Zum Beispiel verleiht ein Röhrenvorverstärker einem Signal einen klanglichen Charakter, der schwer zu quantifizieren oder auf andere Weise in einer überzeugenden Weise mit Software zu replizieren ist.
Analoge Einheiten lassen sich auch einfacher anpassen, da die tatsächliche Verwendung der physischen Einheit intuitiver ist als die Verwendung einer Maus. Dies gilt insbesondere für Synthesizer, die viele Parameter haben können im Vergleich zu Kompressoren oder Equalizern.
Die analoge Welt hat eine unendliche Anzahl von Ausgangspegelwerten innerhalb des Bereichs, den eine analoge Einheit möglicherweise erzeugen kann. Dies ist im digitalen Audio nicht möglich, sodass die Entwickler so viel wie möglich approximieren müssen, ohne das tatsächliche Verhalten des Plugins zu beeinträchtigen.
Vorteile digitaler Plugins
Nachdem gesagt wurde, haben digitale Plugins viele Vorteile gegenüber ihren analogen Gegenstücken, einer der offensichtlichsten Kosten. Vintage-Geräte sind viel teurer als die digitalen Plugins, die sie emulieren.
Ein einzelnes analoges Gerät (das nicht einmal vintage sein muss) kann etwa dem Gegenwert eines fortschrittlichen “alles umfassenden Bundles” auf einem Großteil der Websites der Plugin-Hersteller entsprechen.
Ein weiterer großer Vorteil digitaler Plugins ist ihre Bequemlichkeit – Sie können sie sofort herunterladen, sie nehmen keinen Platz in Ihrem Studio ein, Sie können simultan Dutzende Kopien ausführen, sie haben Voreinstellungen, die Einstellungen speichern und mit Ihrem Projekt laden usw.
Ja, digitale Plugins können manchmal dazu führen, dass eine DAW abstürzt, und Sie benötigen einen ziemlich leistungsstarken Computer, um viele gleichzeitig auszuführen, aber das Erstellen einer Signalkette mit mehreren Plugins in einem Menü ist viel schneller als das manuelle Verbinden einer Signalkette mit Kabeln.
Außerdem können Emulations-Plugins die Originalgeräte auf verschiedene Weisen erweitern und neue Funktionen hinzufügen, die den Kerncharakter der Hardware nicht verraten.
Wie in vielen Branchen ist Geld gleichbedeutend mit Zeit, und Plugins ermöglichen es Ingenieuren und Produzenten, schneller aufzunehmen, zu mischen und zu mastern.
Wie bereits erwähnt, gibt es Vor- und Nachteile bei analogen Geräten und Plugin-Emulationen. Die Vorliebe für eines gegenüber dem anderen hängt vom Benutzer, von dem, mit dem er arbeitet, und von dem, wofür er sie verwendet, ab.
Schlussgedanken
Der Markt für analoge Emulations-Plugins hat dazu geführt, dass viele Unternehmen ihre eigenen Methoden entwickeln, die aus den Black-Box- und White-Box-Methoden abgeleitet sind, aber dies sind sicherlich nicht die einzigen Ansätze, die man verfolgen kann.
Im Gegenzug erhalten die Benutzer die Möglichkeit, digitale Versionen dieser analogen Geräte zu nutzen und so eine Brücke zwischen Audio-Ingenieuren und Produzenten der älteren und neuen Generationen zu schlagen.
