Instrumenty wirtualne coraz częściej zastępują żywych wykonawców, więc z tego powodu żywi wykonawcy żywić mogą do nich urazę. Jednak wykorzystywanie ich w pracy kompozytorskiej jest bardzo pomocne – pozwalają znacznie szybciej uzyskać zadowalający efekt brzmieniowy bez konieczności organizacji sesji nagraniowej. Jest to przydatne zwłaszcza w pracy nad muzyką filmową i do multimediów, np. gier komputerowych. Niektóre instrumenty wirtualne upraszczają proces komponowania, sprowadzając go wręcz do naciśnięcia kilku klawiszy, automatyzują, wykorzystując gotowe schematy, co wywołuje czasami efekt zatracenia samej idei komponowania i zamiast twórczej kreacji od podstaw zmierza to w stronę akceptacji (lub nie) tego co zaproponował producent danej „wtyczki”. Kompozytorzy zachłysnęli się ilością wirtualnych instrumentów, odczuwają potrzebę gromadzenia coraz to nowszych brzmień, które zagwarantują świeżość tworzonych przez nich nagrań. Trwa swoista wojna producentów na najlepiej brzmiące smyczki, fortepiany, instrumenty dęte, perkusje… Do niewątpliwych plusów tej sytuacji należy to, że pojawiają się też instrumenty trudno dostępne w naturze, rozszerzające możliwości sonorystyczne, np. instrumentarium etniczne, nie wspominając już o całej gamie instrumentów, których barwa nie pochodzi od żywego, tradycyjnego instrumentuu, ale na przykład np. od syntezatorów. Instrumenty wirtualne są zatem dość ciekawym zjawiskiem socjologicznym, kulturowym i technologicznym, zmieniającym kompozytorską (i wykonawczą) rzeczywistość.
W niniejszej pracy chciałbym wskazać na jeden z pobocznych wątków tej wirtualnej rzeczywistości. Mianowicie, tzw. samplery, które dają możliwość utrwalenia wycinka historii, w tym wypadku instrumentów muzycznych -– „fotografii dźwiękowych”, tyle że… interaktywnych. W ramach programu Regionalnej Inicjatywy Doskonałości, realizowanego w Akademii Muzycznej w Bydgoszczy został uruchomiony projekt dotyczący analizy i porównania brzmienia fortepianów historycznych oraz ich współczesnych kopii. Będąc zaangażowanym w ten projekt wpadłem na pomysł, aby wykorzystać nagrane na potrzeby analityczne próbki dźwiękowe, do stworzenia wirtualnej kopii brzmień, która umożliwiałaby „zdalną” grę na historycznym fortepianie – za pomocą własnej klawiatury MIDI. Instrument, którym zająłem się w pierwszej kolejności to fortepian skrzydłowy Johann’a Friedricha Marty’ego zbudowany w Królewcu ok. 1810-1820 roku, znajdujący się w Kolekcji im. Andrzeja Szwalbego w Zespole Pałacowo-Parkowym w Ostromecku.
Praca nad wirtualnym fortepianem Marty’ego okazała się bardzo czasochłonna i usłana rozmaitymi problemami, które postaram się pokrótce przedstawić. Z wielu z nich zdawałem sobie sprawę wcześniej, gdyż zostały omówione w bardzo interesującej pracy Piotra Siedlaczka “Sampling i instrumenty wirtualne”, wydanej m.in. w jubileuszowej publikacji Uniwersytetu Muzycznego Fryderyka Chopina w Warszawie (z okazji 60-lecia kierunku reżyseria dźwięku). Jest to jedna z niewielu, jak nie jedyna, praca polskojęzyczną polskojęzyczna na ten temat. Sporo problemów okazało się ponadto specyficznych dla tego konkretnego rodzaju instrumentu z, którym pracowałem.
Aby gra na instrumencie wirtualnym (na klawiaturze MIDI) wywoływała podobne odczucia (wyłączając fizyczność instrumentu) jak na oryginale, potrzebne jest nagranie bardzo dużej ilość próbek (sampli). Barwa instrumentu zmienia się m.in. w zależności od dynamiki, siły z jaką naciskane są klawisze. Konieczne jest więc nagranie poszczególnych, pojedynczych dźwięków na kilku poziomach głośności. Im więcej – tym te zmiany barwy będą bardziej naturalne. Na szczęście poprzez zastosowanie przenikania między samplami na kolejnych poziomach lub tzw. morphingu (wykorzystywania precyzyjnych filtrów upodabniających jeden sampel do drugiego w płynny sposób) oraz uzależnienia poziomu głośności odtwarzania sampla od velocity (siły nacisku klawisza) jesteśmy w stanie osiągnąć zadowalające efekty przy czterech do sześciu 4-6 próbkach na dźwięk.
O ile w grze melodycznej lub ornamentalnej podana powyżej ilość próbek wystarcza i nie wywołuje wrażenia sztuczności, to w przypadku dźwięków często powtarzanych, np. ostinato zaczyna być dostrzegalny problem, który określa się efektem „karabinu maszynowego”. Niestety każdy dźwięk ma swoje mikroniuanse, „niedoskonałości”, które podczas powtarzania stają się zauważalne. np. specyficzny stuk klawisza, charakterystyczne wzbudzenie się rezonansu. W naturze coś takiego nie odbywałoby się za każdym razem w identyczny sposób. Twórcy instrumentów wirtualnych radzą sobie z tym np. poprzez dodawanie kolejnych sampli do tych samych poziomów dynamicznych i odtwarzanie ich np. w losowej kolejności lub schemacie zwanym Round Robin. Można też po prostu pilnować „jakości” i używać tylko sampli „sterylnych” (jak to określił w swojej pracy Peter Siedlaczek).
W przypadku fortepianu “Marty’ego” jak i ogólnie fortepianów historycznych taka sterylność jest praktycznie niemożliwa, a wręcz niepożądana. Taka informacja o niedoskonałościach instrumentu jest wartościowa dla instrumentoznawców, ale może być też przydatna np. dla koncertującego pianisty, który chciałby poznać dany instrument „zdalnie” zanim na nim zagra w rzeczywistości lub dla stroiciela, który ma zadbać o instrument. (Takie są m.in. przykładowe potencjalne zastosowania wirtualnej kopii instrumentu historycznego.) Warto wspomnieć także o specyficznym stroju – w historycznych fortepianach nie obowiązuje zasada a21=440 lub 442 Hz. Można się więc wcześniej „“osłuchać” ze specyficznym strojem danego instrumentu. Tutaj każdy klawisz ma coś charakterystycznego, ma swoją przypadłość -– na przykład strzykający mechanizm, stukający klawisz, nieodzywająca się struna, niedokładnie tłumiący tłumik, nierównomierna, wyróżniająca się barwa itp. Np. zbyt mocne uderzenia w klawisz w niektórych fortepianach natychmiast powodują jego rozstrojenie. Tak było w przypadku Marty’ego, co wpływało też na kolejność realizowania nagrań – dźwięki zagrane pianissimo najpierw, fortissimo na końcu.
Z powodu ograniczeń czasowych podczas nagrań nie zdecydowałem się na stosowanie techniki Round Robin i nagrywanie np. 25 próbek na jeden dźwięk w danej konfiguracji barwowej (Trzeba zauważyć, że fortepian Marty’ego ma aż 5 pedałów zmieniających brzmienie.) Jednak tzw. „efekt karabinu maszynowego” nie jest zbyt dokuczliwy. Tak duża ilość „przydźwięków” powoduje, że percepcyjnie przestajemy nieco doszukiwać się tej powtarzalności. Zastosowałem też kilka zmiennych, które w pewnym stopniu niwelują ten problem, np. dwustopniowe wybrzmiewanie dźwięku zależne od długości trzymania klawisza i siły nacisku oraz niezależny odgłos puszczenia klawisza. Płynne przejścia między samplami na różnych stopniach dynamicznych (crossfade’y) również sprawiają, że jest mniejsze prawdopodobieństwo na wydobycie z pomocą klawiatury MIDI dwóch identycznych dźwięków. O ile jednak charakterystyczne cechy poszczególnych dźwięków klawiszy były czymś pożądanym, to w jednym wypadku musiałem mocniej zadbać o sterylność – podczas nagrywania długich wybrzmień z wciśniętym pedałem. Obudowa fortepianu, lira i mechanizm pedału niekiedy wówczas stukały. Czasami nagrania zakłócane były przez czynniki zewnętrzne, np. koguta z sąsiadującego gospodarstwa, co wprawdzie oddawałyby naturalną aurę brzmieniową miejsca, w którym fortepian się aktualnie znajduje, jednak ta naturalność byłaby adekwatna tylko do określonej pory dnia, a w razie przedwczesnego puszczenia klawisza odgłos koguta mógłby być nienaturalnie urwany…
Wspomniane wcześniej 5 pięć pedałów odpowiada w fortepianie Marty’ego za następujące warianty brzmieniowe: 1. una corda 2. podniesienie wszystkich tłumików strun (sustain), 3. stłumienie uderzenia młotka o strunę jedną warstwą filcu, 4. stłumienie uderzenia młotka o strunę dwiema warstwami filcu, 5. belka uderzająca o niskie struny i dzwonek janczarski – efekt perkusyjny. Dodatkowo dostępne jest oddzielnie załączane brzmienie fagotowe (belka z pergaminową rurką, która dotyka strun w niskim i średnim rejestrze). Ponieważ standardowe 88-klawiszowe kontrolery MIDI nie posiadają tylu pedałów (maksymalnie trzy) możliwość wyboru brzmienia w moim instrumencie wirtualnym zrealizowałem za pomocą tzw. keyswitch’y – aby zmienić barwę należy jednokrotnie nacisnąć określony klawisz w dolnym, niewykorzystywanym rejestrze (fortepian Marty’ego ma 73 klawisze – od F1 do f4, więc nie było z tym problemu). Oczywiście wszelkie te dodatkowe, „okołomuzyczne” dźwięki tj. odgłosy mechanizmów naciskania, zwalniania pedału, klawiszy itp. musiały zostać dodatkowo nagrane i zaimplementowane. Do tego dochodzi jeszcze brzmienie z otwartą lub zamkniętą klapą pudła rezonansowego… Jak widać wariantów brzmieniowych do nagrania tylko tego jednego instrumentu jest mnóstwo i trzeba było w niektórych sytuacjach pójść na różnego rodzaju kompromisy, np. nie było sensu nagrywać różnych poziomów dynamicznych wariantu z filcowym moderatorem, gdyż różnic barwowych między mocnym, a słabszym uderzeniem nie stwierdziłem (poza głośniejszym stukiem palca w klawisz). Praktyka wykonawcza zresztą pokazuje, że gdy ktoś tłumi to po to by stłumić, a nie by z tym walczyć…
Sporą trudność sprawia pedał nożny odpowiadający za przytrzymanie dźwięku (sustain), podnoszący tłumiki. Struny, sąsiadujące z uderzoną struną, które zaczynają rezonować pod wpływem jej wybrzmienia, powodują, że znacznie zmienia się barwa dźwięku głównego, np. dużo mocniej słychać kwintę – ton harmoniczny, brzmienie staje się cieplejsze, mniej ostre i co ciekawe, dźwięk podstawowy niekoniecznie dłużej wybrzmiewa w porównaniu z przytrzymaniem pojedynczego klawisza aż do uspokojenia się struny. Rezonanse pozostałych strun działają nie tylko dodatnio, ale też ujemnie na wibrującą strunę, niekiedy skracając jej wybrzmiewanie, co jest nie do końca zgodne z tym, czego byśmy się spodziewali bez zagłębiania się w analizy. W tworzonym przeze mnie instrumencie zależało mi na tym, aby wciśnięcie i odpuszczenie pedału sustain zachowywało się jak najbardziej naturalnie. A zatem, aby możliwa była np. dwukierunkowa podmiana sampla “z pedałem” i “bez pedału” w trakcie trwania dźwięku z zachowaniem jego stempla czasowego. Np. niektórzy pianiści na długim akordzie stosują jednocześnie przytrzymanie klawiszy i pedał, który w pewnym momencie puszczają zachowując wciśnięcie klawiszy – takie dwustopniowe wygaszanie akordu. Na bieżącym etapie prac rozwiązałem ten problem poprzez każdorazowe odtwarzanie dwóch rodzajów sampli na raz w momencie wciśnięcia klawisza (z pedałem i bez) – wciśnięcie pedału sustain steruje ich głośnością włączając lub /wyciszając właściwą warstwę. Niestety nie jest to rozwiązanie idealne, m.in. z powodu, o którym wspomniałem wyżej – czasami dźwięk przytrzymany pedałem okazuje się krótszy niż przytrzymany klawiszem, co może spowodować, że w opisanym powyżej przypadku dźwięk niespodziewanie się nagle zgłośni lub ściszy. Dodatkowo sprawę utrudnia fakt, że w obecnym systemie MIDI pedał sustain jest praktycznie „zerojedynkowy” i dotyczy aktualnie wciśniętych klawiszy, więc nie da się zrobić osiągnąć, jak w naturze, delikatnego, stopniowego odpuszczania albo wciśnięcia pedału już po zerwaniu oderwaniu palców z klawiatury, aby uzyskać efekt „pseudo pogłosu”. Aby zmiana z barwy podstawowej na forte nie następowała zbyt gwałtownie wprowadziłem delikatne opóźnienie – krótki crossfade. Z powodu tej „zerojedynkowości” kontrolera sustain nie posiadamy też zmiennej kontrolowanej przez grającego dotyczącej głośności, z jaką ma odtworzyć się sampel mechanizmu pedału. Nie wiemy z jakim impetem wciskany jest pedał. Wyszedłem więc z założenia, że gdy ostatnio zagrany dźwięk poprzedzający wciśnięcie pedału był cichy to głośność sampla mechanizmu też odtworzy się cicho – jest to zgodne z logiką wykonawczą – gdy gramy piano to staramy się, aby mechanizmy nie przeszkadzały w odbiorze, więc traktujemy je delikatnie – i odwrotnie – gdy gramy forte to mechanizmami się nie przejmujemy, wciskamy je mocniej, z podobną ekspresją jak klawisze. Wydaje mi się, że tego rodzaju algorytm dość dobrze się sprawdza i jest lepszym rozwiązaniem niż wyłącznie pokrętło służące do globalnej zmiany głośności mechanizmów pedalizacji stosowane w większości fortepianów wirtualnych.
Jest jeszcze kilka problemów związanych z mechaniką fortepianu, której w żaden sposób nie da przełożyć się na standardowy instrument MIDI. Jest to na przykład fakt, że uderzenie struny w rzeczywistości jest poprzedzone odgłosem uderzenia w klawisz. Rozpoczęcie sampla od momentu pierwszego odgłosu, wychylenia się amplitudy, czyli od dotknięcia klawisza, a następnie przypisanie go w tej formie do klawisza, który odtworzony zostanie dopiero w momencie gdy jest wciśnięty, powoduje pewną drobną rozbieżność czasową – dźwięk w rzeczywistości jest opóźniony. A gdy dodamy do tego opóźnienie (latencję) spowodowane przez oprogramowanie i konwersję cyfrowo-analogową to wyczulony pianista może odczuwać drobny dyskomfort.
Innym problemem jest także bezwładność mechanizmów tłumienia. Im głośniejszy dźwięk tym tłumik dłużej powstrzymuje drgania struny. Tą właściwość udało mi się dość dobrze oddać, dzięki nagraniu krótkich dźwięków na różnych poziomach dynamicznych, z których pozostawione zostało jedynie wybrzmienie (release) struny, a załączenie się sampla zostało przypisane do momentu puszczenia klawisza. Właściwość ta dotyczy tylko krótkich dźwięków (gdy struna drga dostatecznie mocno, by tłumik nie dawał sobie z nią rady natychmiastowo), dlatego zastosowałem tutaj uzależnienie głośności tego sampla od czasu, który minął od wciśnięcia klawisza. Gdy klawisz przytrzymany jest dłużej to efekt tłumika zostaje wyciszony i pozostaje jedynie efekt mechaniki puszczanego klawisza. (Jest to wspomniane wcześniej dwustopniowe wybrzmiewanie.) Z tą bezwładnością mechanizmów tłumienia wiąże się jednak jeszcze jedna problematyczna właściwość, której rozwiązać zmienić nie sposób. Otóż gdy naciskamy dany klawisz wielokrotnie dostatecznie szybko – tak by tłumik nie zdążył stłumić struny całkowicie, w realnym fortepianie po pewnej chwili struna wzbudza się na tyle mocno, że zaczyna brzmieć jakby wciśnięty został pedał sostenuto – poszczególne dźwięki łączą się, słychać jedynie momenty inicjacji, ataku. W instrumencie wirtualnym jest to niemożliwe – gdy puścimy klawisz to za każdym razem dźwięk zostaje zerwany – nie ma takiego momentu, w którym dźwięki zaczynają się zacierać – taki efekt da się uzyskać tylko właśnie przez użycie pedału sostenuto – ale w tym wypadku dotyczy to całej klawiatury – wszystkich wciśniętych w momencie uruchomienia sostenuto klawiszy, a nie tylko tego/tych, które są powtarzane – np. zarówno tremolando oktawowego w lewej ręce + i melodia w prawej. Jest to problem, który w obecnej fazie realizacji obecnie pozostał jeszcze nierozwiązany.
Nagrania fortepianu Marty’ego w Pałacu Starym w Ostromecku zrealizowałem za pomocą czterech par mikrofonów. Interfejs instrumentu wirtualnego pozwala na wybranie konkretnej pary, która nas interesuje lub zmiksowanie ich ze sobą. Mikrofony zlokalizowane były w następujący sposób:
1. Para bliska A-B – nad strunami,
2. Para A-B – przedzielona przegrodą z punktu widzenia pianisty,
3. Para X-Y – w średnim planie
4. Para M-S – ambientowa.
Zastosowanie kilku par mikrofonów z możliwością ich miksowania spowodowało, że konieczne było wyrównanie faz, na etapie edycji sampli, aby łączenie nie powodowało zmiany barwy – filtru grzebieniowego. Poza tym brak wyrównania czasowego np. pary ambientowej spowodowałby przy grze wykorzystującej tylko to ustawienie powstanie dodatkowego opóźnienia między wciśnięciem klawisza a dźwiękiem. Wyrównywanie faz było ponadto konieczne pomiędzy samplami poszczególnych dźwięków na różnych poziomach dynamicznych, aby w miejscach crossfade’ów tuszujących zmiany barwy nie powstawał „efekt chorusa” – rozdwojenia, rozfazowania dźwięku. Przy nagraniach sampli niezbędne jest używanie sprzętu wysokiej jakości. Ważnym parametrem jest bardzo niski poziom szumów własnych mikrofonów i przedwzmacniacza, gdyż nakładanie się na siebie większej ilości sampli powoduje, że towarzyszące nagraniom szumy dodają się do siebie. Dotyczy to także szumów otoczenia. Istotne jest także unikanie skrajnie niskich częstotliwości – przesunięcia cyfrowego amplitudy (DC Offset), dlatego stosowałem przy edycji sampli liniowy fazowo filtr dolnozaporowy 35-40 Hz. Nawet niewielkie przesunięcie przy nakładaniu się na siebie dużej ilości sampli może przeobrazić się w spory problem.
Ciekawym zwłaszcza dla wykonawców ustawieniem może być wybranie pary mikrofonów z punktu widzenia pianisty. Polecam dodać również trochę pary ambientowej. Przy tym ustawieniu naprawdę można poczuć się jak podczas gry na instrumencie Marty’ego w Pałacu w Ostromecku. Zastosowanie instrumentu wirtualnego daje jeszcze jedną możliwość – zmiany akustyki – zamiast ambientu komnaty pałacowej możemy skorzystać ze sztucznych pogłosów (najlepiej wykorzystujących odpowiedź impulsową IR) i umieścić fortepian w wybranym przez nas pomieszczeniu.
Praca nad wirtualnymi kopiami fortepianów historycznych była niezwykle interesująca i myślę, że to nie był ostatni raz, gdy zajmowałem się tym zagadnieniem. Mam również nadzieję, że ten tekst wzbudzi zainteresowanie takim sposobem utrwalenia wartościowych instrumentów różnego rodzaju (np. organów kościelnych, unikatowych instrumentów unikalnych, ludowych). Instrumenty wirtualne mogą powstawać nie tylko dla komercyjnego zysku i zapełniania kolejnych dysków twardych u wygłodniałych nowych brzmień producentów muzycznych, ale także po prostu – dla zachowania dziedzictwa muzycznego dla przyszłych pokoleń. W tym wypadku przydała się także podczas pracy nad analitycznym porównaniem historycznych fortepianów znacznie przyspieszając zauważanie rozmaitych problemów i cech charakterystycznych.
