Gold Rush : Analogimallintavan ääniliitännäisen suunnittelu ja toteutus

Abstract

Työn tavoitteena oli analysoida analogisen kompressorin, putkisärön sekä suodatuksen ominaispiirteitä ja toteuttaa hankitun tiedon pohjalta digitaalinen ääniprosessori, jossa yhdistyvät kaikki kolme signaaliprosessorityyppiä. Ääniprosessori oli tarkoitus toteuttaa liitännäisenä kaikissa yleisimmissä formaateissa (VST, AU ja AAX).

Kompressorityypeistä erityisen huomion kohteena on ollut FET-kompressori. Olen tutkinut Drawmer 1968 MK2 –kompressorin toimintaa sekä mittaamalla että kuuntelemalla kompressorin vaikutusta erilaisiin syötteisiin. Tavoitteena ei ollut tehdä tarkkaa mallinnusta, vaan selvittää olennaisimmat tekijät, jotka määrittelevät kyseisen laitteen luonteen.

Tässä kompressorissa on myös putkella toteutettu ulostulon vahvistus, joka toimi eräänä esikuvana särölle. Analogisten laitteiden säröytymistä on tutkittu ja mallinnettu paljon, joten kehitystyön eri vaiheissa vertailin omaa työtäni muihin analogimallintaviin säröihin, kuten Soundtoys Decapitator ja Wave Arts Tube Saturator.

Suodattimen toteutus perustuu yksinkertaisen analogisen suodatinpiirin (RC-piiri) tunnettuun matemaattiseen malliin. Suodatinta kehitellessä ei ollut käytössä oikeaa analogista vastinetta, vaan referenssinä käytin Cytomic The Drop –suodatinta, jota pidetään yleisesti eräänä parhaista analogimallintavista suodatinliitännäisistä.

Digitaalisessa toteutuksessa on käytetty kehityksen apuna MATLAB –ohjelmaa matemaattisten mallien ja ohjelmakoodiprototyyppien arviointiin sekä kaavioiden piirtämiseen. Liitännäisen varsinainen toteutus on kirjoitettu C++ -ohjelmointikielellä.

Opinnäytetyön kirjallinen osuus käsittelee kehitysprosessia ensisijaisesti musiikkiteknologian näkökulmasta. Varsinkin ohjelmakoodiin liittyvät yksityiskohdat on pyritty pitämään minimissä, jotta sisältö olisi ymmärrettävää ensisijaisesti musiikista ja musiikkiteknologiasta kiinnostuneille lukijoille.

The objective of this final project was to analyze characteristic features of certain analog audio compressors, tube saturation and filtering and, based on the acquired knowledge, to implement a digital audio signal processor which combines the key characteristics of these device types. The aim was to produce an audio plug-in in all mainstream formats (VST, AU and AAX).

The main focus was on the FET compressor. I studied the behavior of Drawmer 1968 MK2 compressor by measuring and listening to how it behaves with varying inputs. The objective was not to make exact modelling but rather find out the most significant factors that define unique characteristics of the device.

This particular compressor also has an output stage with a vacuum tube, which was one of the reference devices for the saturation part of the plug-in. As the saturation characteristics of analog audio devices have been investigated a lot, there are plenty of other modelling saturation plug-ins on the market (e.g., Soundtoys Decapitator and Wave Arts Tube Saturator) that I used as a quality reference.

The implementation of the filter section is based on the well-known model of the RC circuit. When developing the filter I had no access to an analog counterpart, so as a reference I used Cytomic The Drop filter, which is widely acknowledged as one of the best analog modelling audio plug-ins.

In the development of digital models, I used MATLAB modelling software for plotting and evaluating the mathematical models and program code prototypes. I wrote the actual implementation of the plug-in in C++.

The written report discusses the development process mostly from the viewpoint of music technology. A special effort was made to keep the details of the program source code to the minimum in order to keep the content understandable for those primarily interested in music and music technology.