Virtuální nástroje

Syntetizéry: mýtus, nebo hračka? Virtuální svět nástrojů.

Globální invaze počítačů se nevyhnula ani oblasti hudebních nástrojů. Dnes už není třeba vlastnit spoustu drahých nástrojů nebo zvukových modulů. Stačí ovládací klaviatura a počítač s šikovnými simulačními programy.

Stejně jako drtivá většina ostatních programů nahrazuje a rozšiřuje možnosti svých reálných předobrazů, existují programy, které dokáží podle zadaných parametrů generovat zvuk nebo zvuk zpracovávat. První skupina se označuje virtuální instrumenty, druhá zásuvné moduly neboli pluginy. Ostrá hranice mezi instrumenty a pluginami neexistuje, mohou se vzájemně kombinovat a většina instrumentů může v sobě zahrnovat i určité formy plugin (EQ, kompresor, zkreslení, hall, echo,...). Z hlediska aplikace, v níž se používají, mezi nimi není významný rozdíl. Dnes se budeme věnovat první skupině.

Virtuální nástroje

Většina virtuálních instrumentů funguje ve formě podprogramů, které jsou vyvolány nějakou aplikací. Ta jim předává řídící data a odebírá od nich výstupní data. U virtuálních instrumentů jsou vstupními daty povely analogické midi povelům pro generování tónu nebo ovládání reálných nástrojů. Výstupní data jsou pak většinou ve formě audio streamu, který řídící aplikace dále zpracovává.


Komunikační protokoly

Protože jsou nástroje podprogramy, je zapotřebí, aby s řídící aplikací komunikovaly po nějakém obecném protokolu. Během času se vyvinulo více platforem, ale jen některé se staly jakousi všeobecně uznávanou normou. Mezi nejpoužívanější dnes patří VST, Audio Unit, RTAS, AAX a DirectX. Liší se jednak principem a z uživatelského hlediska bohužel vzájemnou nekompatibilitou. Instrumenty i pluginy musejí být vytvořeny pro konkrétní platformu. Většina aplikací podporuje pouze některé protokoly, jiné ignoruje.
Všechny virtuální nástroje mají virtuální MIDI vstup a výstup, pomocí nichž lze nejen hrát, ale i ovládat a zaznamenávat parametry. Dále mají virtuální zvukový výstup, který se po zpracování přivádí na audio výstupy zařízení (v případě počítače do zvukové karty).

Nástroje v DAW
Digital Audio Workstation (digitální zvuková pracovní stanice) je program, který umožňuje vícestopý záznam audio i midi údajů organizovaný ve stopách. Kromě jiného umožňuje i používání plugin a virtuálních instrumentů. Po jejich vložení nebo aktivaci se většinou v projektu objeví další virtuální MIDI vstup, na nějž lze směrovat MIDI data z externího masterkeyboardu nebo ze stopy DAW. Stejně tak přibude virtuální zvukový výstup, v němž se objevuje signál vygenerovaný instrumentem. Ve většině DAW lze použít více virtuálních instrumentů současně.

Host software
K používání virtuálních instrumentů během živé produkce je zbytečné využívat složité DAW. Proto existují hostovací programy, jejichž úkolem je „pouhé“ poskytnutí virtuálním nástrojům a pluginám platformu, na níž by mohly fungovat. Důležitou a nutnou vlastností hostovacích softwarů je jejich stabilita a nízká latence (co nejmenší zatěžování CPU).
I hostovací programy umožňují použití více instrumentů , nastavení jejich hlasitosti, panorámy, použití plugin (EQ, kompresor, hall, echo,...) a v případě více výstupů i přiřazení příslušnému fyzickému výstupu.

Použití většího množství instrumentů v DAW i Host aplikaci závisí zejména na výkonu počítače. Čím více nástrojů použijeme, tím pomalejší je pak odezva (viz Latence).

Standalone virtuální nástroje
Standalone program nepotřebuje žádné podpůrné ovladače, knihovny, či jiné externí moduly nebo služby. Dnes už tyto formy programů prakticky neexistují. Tímto termínem se ale označují virtuální nástroje, které ke svému fungování nepotřebují ani DAW, ani hostovací software. Většinou se jedná o jednu z forem virtuálního nástroje, který lze použít i v DAW nebo hostovacím programu.

Ukázka některých VST instrumentů.

Latence systému
Důležitou vlastností pro uživatele virtuálních nástrojů v reálném čase je latence. Data, která jsou po midi poslána systému, se musejí nějak vyhodnotit, virtuální nástroj se podle nich musí nějak zachovat a pokud možno co nejrychleji zareagovat vygenerováním příslušného tónu, zvuku, akordu,... Čas mezi přijetím povelu a faktickým zazněním tónu (dokončenou reakcí) se právě označuje jako latence (zpoždění) a uvádí se v milisekundách. Je nepřímo úměrná výkonu systému (rychlost procesoru, paměť,...) a samplovacímu kmitočtu. Čím vyšší výkon nebo vzorkovací frekvence, tím nižší latence. Naopak použití většího množství nástrojů nebo plugin latenci zvyšuje.
V reálném čase lze smysluplně používat latenci systému zhruba do 5 ms. Vyšší latence už většinou způsobuje nepříjemnou odezvu nebo přímo nemožnost použití v reálném čase.

Některé virtuální instrumenty fungují pouze na některých samplovacích kmitočtech a některé pracují pouze v reálném čase – nelze na ně aplikovat fast bounce (rychlý export). Při nerespektování těchto atributů může dojít k chybným výsledkům nebo i nestabilitě systému.

Typy virtuálních nástrojů

Elektronické nástroje
Sem spadá obecná simulace syntetizérů a jejich modulů, které nemají svůj fyzický předobraz. V drtivé většině se jedná o simulace subtraktivních, aditivních, fm nebo jiných syntetizérů. Samozřejmě se sem řadí i virtuální samplery, které používají vzorky v různých formátech (wav, aiff), nebo mohou využívat již existující zvukové banky různých norem (sf2, Akai, Yamaha, Roland,...). Nástroje většinou principy tvorby tónů příliš nekombinují, protože je možné použít více různých virtuálních instrumentů současně.
Kromě renomovaných firem se vývoji virtuálních nástrojů věnuje velké množství nadšenců, a tak lze na internetu dohledat veliké množství nástrojů, které jsou zdarma k dispozici.

Nový subtraktivní virtuální syntetizér EZ Plucker od RDGAudio.

Repliky existujících syntíků
jsou vedeny snahou emulovat přímo konkrétní nástroj, průběhy jeho oscilátorů, charakteristiky filtrů a obecně vlastnosti všech jeho obvodů. Většinou se předloze blíží i uživatelské rozhraní. Některé virtuální reissue existujících elektronických nástrojů umějí otevírat přímo banky zvuků svých předobrazů; tak lze porovnat úspěšnost tvůrců ve snaze co nejvíce se přiblížit vzoru. Při možnostech současných počítačů mohou být navíc odstraněna některá omezení, jako je například počet hlasů, množství uložených zvuků a pod.
K nejznámějším a nejpovedenějším virtuálním replikám jdou jistě zařadit reissue Prophet-5, SH-101, Polysix, Minimoog, DX7 a jiné.

Za všechny emulace syntetizéru Korg Polysix v balíku Korg Legacy.

Akustické a elektromechanické nástroje
Tady jsou tvůrci vedeni snahou o simulaci reálných akustických a elektronických procesů konkrétních nástrojů. Jedná se nejvíce o klávesové nástroje typu akustická nebo elektrická piána, clavinety, harpsichordy a spinety. Velice populární jsou simulace elektromechanických a elektronických varhan včetně rotujících reproduktorových soustav.
Poněkud samostatnou kapitolou jsou píšťalové varhany. Existují projekty, které emulují konkrétní významné světové nástroje včetně jejich registrace, simulace konkrétního reálného prostoru v místě jejich instalace a uživatelského rozhraní.

Skvělá emulace legendárních Hammond B3 od Native Instruments.

Hardwarové host stanice
Stále populárnější jsou hardwarová zařízení, která umějí hostit virtuální nástroje i pluginy různých platforem (nejčastěji VST). Kromě vysoké stability a nižší latence mají výhodu jednoduššího ovládání a mobility. Mohou se používat jako hardwarové zvukové moduly, nebo jich mohou využít mistři zvuku ve studiu nebo při live produkci pro hostování oblíbených plugin. Tak jde snadno propojit digitální svět s analogovým a vozit s sebou své oblíbené nástroje a pluginy v kompaktním balení.
Hadwarové host stanice mají většinou formu rackového modulu s několika vstupy i výstupy a s MIDI rozhraním (DIN nebo USB); pro pohodlnější ovládání jde k některým sofistikovanějším připojit monitor, klávesnici, nebo myš.

Hardwarová host stanice Receptor od firmy Muse.

Hranice mezi virtuálními nástroji a reálnými syntetizéry se postupně stírají. Digitální syntetizéry a workstations také obsahují emulace reálných elektronických, elektromechanických, či akustických procesů, nebo i konkrétních nástrojů i efektů. Dokonce i některé reálné analogové nástroje mohou při propojení s DAW fungovat jako virtuální nástroje nebo pluginy.

Příště

V příštím díle si zahrajeme na šílené vědce a výzkumníky, kteří bádají a experimentují se zvukem. Zkusíme nahlédnout do alchymistické dílny modulárních syntetizérů a prokousat se změtí kabelů, kterými vedou tajné signály.

Schéma připojení virtuálních nástrojů
Virtuální nástroje
Hardwarové host stanice