Auto-Tune: Algoritem za posluh

Čeprav imamo ustrezna matematična orodja že vsaj dve stoletji, sta najprej razvoj računalniških kapacitet in kasneje še pametno utelešenje algoritma šele pred 25 leti bistveno znižala letvico za vstop med pevce. Od leta 1997 lahko sorazmerno enostavno popravimo vokale in tudi instrumente, ki pojejo ali igrajo mimo tonov. Tehnologija, ki so jo ob izidu skrivali, kasneje pa je burila duhove, je že zdavnaj postala nepogrešljiva sestavina glasbenega ustvarjanja.

Antaresov Auto-Tune je eden najbolj priljubljenih programov za popravljanje tonov.

Davnega leta 1998 je Lenny Kravitz navduševal s pesmijo Fly Away, ki je bila njegov največji dotedanji uspeh. Na Billboardovi lestvici Hot 100 je tistega leta končala na 12. mestu, naslednje leto je Kravitzu prinesla grammyja za najboljši rokovski izdelek. A glasbeni sladokusci so ob predvajanju zastrigli z ušesi. V Kravitzevem glasu je prizvok kovinskosti, medtem ko je vse tone popolnoma zadel. Isti efekt, le da še bolj ekstremno, opazimo v Believe, ki ga je leta izvajala Cher. Njen glas ji skorajda ni več podoben.

Danes je beseda algoritem ena najpogosteje uporabljenih, često tudi po nemarnem. O glasbenih algoritmih v modernem pomenu besede, na primer kakor označujemo Googlovo pamet za iskanje po spletu ali Amazonov način izbora predlogov za nakup, pišemo v sosednjem članku o Spotifyju.

Tu govorimo o matematičnih algoritmih v ozkem pomenu besede, ki so bili plod dela velikih učenjakov, tako rekoč genijev, a jih danes rutinsko uporabljamo vsepovsod. Evklidov algoritem spoznamo že v srednji šoli, kmalu zatem tudi metodo bisekcije, Laplaceovo transformacijo na naravoslovnih fakultetah, podobno velja za Fourierovo transformacijo. Eden izmed najpomembnejših algoritmov, ki ga vsak dan slišimo, pa je svojo pot začel leta 1997, ko je podjetje Antares izdalo program Auto-Tune.

Dotlej je bilo snemanje plošč polno ponavljanja, saj je bilo treba odseke ali celotne skladbe ponavljati in snemati, dokler pevec ni odpel pravih tonov. Za manjše spodrsljaje je bilo mogoče uporabiti opremo, kakršen je bil prvi procesor digitalnih učinkov Eventide H910 Harmonizer, sicer pa enostavnih rešitev ni bilo. Pri nastopih v živo na koncertih pa se je vsako »fušanje« slišalo takoj, če je izvajalec seveda pel v živo in ni uporabljal playbacka. Tudi vse efekte, denimo reverb, distorzijo, saturacijo in podobno, so dodajali analogno.

Antares je z Auto-Tunom vse to spremenil. Prvi so ponudili komercialen program za popravljanje zgrešenih tonov (pitch correction), ki deluje v realnem času. Andy Hildebrand, ki se je ukvarjal z obdelavo digitalnih signalov, je leta 1996 na svojem računalniku napisal algoritem, ki je uporabljal avtokorelacijo. Predstavil ga je na NAMM Showu in nemudoma zaslovel, ker je bil bistveno boljši od dotedanjih poskusov, ki so imeli s popravljanjem človeškega glasu nemalo težav. Hildebrand ni prvi pomislil na avtokorelacijo, je pa prvi pokazal, da je s pametnim pristopom to mogoče storiti z bistveno manj računske moči, kot je veljalo dotlej. Leto dni pozneje je isti algoritem ugledal luč sveta kot Auto-Tune. Svet glasbe se je za vedno spremenil.

Robotski zven

Producenta Mark Taylor in Brian Rawling sta leta 1998 ugotovila, da Auto-Tune pri najagresivnejših nastavitvah glas popači v skoraj robotskega. V tej nastavitvi se glas kakor pri sintesajzerju sprehaja od tona do tone z robotsko natančnimi linearnimi prehodi. Taylor in Rawling sta s funkcijo namerno pretiravala v skladbi Cher Believe, ki upravičeno velja za znanilca Auto-Tuna v moderni glasbeni industriji. Precej časa so ga zato imenovali ker efekt Cher.

Leta 1999 podeljeni patent pojasnjuje osnovni princip delovanja Auto-Tuna.

Medtem ko je Cher efekt namerno uporabila prekomerno in ga ni čisto nič skrivala, je Lenny Kravitz pretiraval iz nekih drugih razlogov. A duh je ušel iz steklenice. Od leta 1998 se Auto-Tune ali podobni programi množično uporabljajo in se nikoli niso nehali. V večji ali manjši meri ga najdemo na izdelkih največjih glasbenih zvezd, od Katy Perry do slovenskih zvezdnic in zvezdnikov. Le redki pa so izvajalci, ki so iz Auto-Tuna naredili kariero. Najpomembnejši predstavnik te skupine je reper T-Pain, ki ekstremne nastavitve Auto-Tuna uporablja za spremembo vokala. Šele za njim so, nekoliko previdneje, so se funkcije začeli posluževati tudi drugi reperji, denimo Snoop Dogg in Kanye West.

Skrivnostni začetki Auto-Tuna

Andy Hildebrand je začel kariero kot geofizik v Exxonu, ki je analiziral zvočne valove za zbiranje seizmoloških podatkov, kasneje pa je ustanovil lastno podjetje za svetovanje pri iskanju naftnih polj. Še preden se je lotil Auto-Tuna, je imel obilico izkušenj z analizo signalov, zaznavanjem frekvenc in njihovim moduliranjem. Že pri 40 letih je imel dovolj denarja, da bi se lahko upokojil, a je na eni izmed večerij leta 1995 neka gostja hudomušno pripomnila, da bi Hildebrand v naslednjem projektu lahko izdelal orodje, ki bi ji omogočilo peti. Hildebrand je dve leti pozneje storil prav to.

Ko je leta 1998 Auto-Tune nastal, je bil ena najbolje varovanih skrivnosti v industriji. Čeprav je Cherina pesem Believe očitno uporabljala Auto-Tune prek vseh meja, je producent Mark Taylor še leta trdil, da je efekt proizveden z orodjem DigiTech Talker. Cher sprva sploh ni vedela, da bo Taylor njen glas popačil, a ji je bil kasneje posnetek tako všeč, da ga je obdržala. V kasnejši priročnikih za uporabo je Antares tehniko poimenoval efekt Cher. Ko je bila skrivnost razkrita, so sledili Daft Punk (One More Time), Kanye West (808s & Heartbreak) in seveda T-Pain.

Danes Auto-Tune ni več skrivnost niti edini ponudnik, saj ima močno konkurenco zlasti v programu Melodyne.

Danes Auto-Tune še zdaleč ni več edini kos programske opreme za popravljanje tonov (pitch correction). Še vedno se izdatno uporablja, a enako velja tudi za konkurenco, kot je Melodyne. Ob koncu 90. let in v začetku tisočletja so bile v glasbeni industriji odmevne debate o upravičenosti uporabe teh pripomočkov, češ da ubijajo dušo glasbe in omogočajo petje tudi slabim vokalistom. Čeprav v očitkih najdemo zrno resnice, danes praktično ni več albuma, kjer ne bi bila v rabi ta tehnika.

Avtokorelacija je eden izmed načinov za iskanje periodičnosti v signalu ali podatkih.

Čeprav se Auto-Tune največkrat uporablja za popravljanje vokala, to ni nobena omejitev. Povsem enako lahko z njim popravimo zaigrane tone, denimo kakšno mimo odigrano trobento ali violino. Danes sodi med običajna orodja za hitrejše in lažje delo, predvsem pa za boljši končni rezultat. Če se efekt Auto-Tune na albumu sliši (in to ni namerno), potem so pri snemanju pretiravali. Najboljši je tedaj, ko ni opazen.

Na neki način je torej demokratiziral glasbo. Z njim se je letvica za vstop v glasbeno industrijo zagotovo znižala, a še vedno je treba znati peti. Najboljši odstotek vokalistov še vedno odstopa, vsi ostali pa zvenijo bolje, kot bi sicer. S pravilno uporabo Auto-Tuna se vokal lepo zlije z matrico in končni rezultat je pri praktično vseh pevcih boljši, kot bi bil brez. Običajno se namreč popravljajo četrtinke ali osminke tona, saj preveliko popravljanje spet vodi v robotski vokal. V zahodni glasbi smo navajeni, da morajo biti za najboljši rezultat matrice povsem točne, medtem ko za osminko ali četrtinko mimo odpet vokal skladbi daje dušo. Zlasti na koncertih.

Auto-Tune deluje v realnem času, zato se lahko uporablja tudi v živo. Albumi so od nekdaj zveneli drugače kot nastopov v živo in z Auto-Tunom se to ni spremenilo, čeprav se lahko in pogosto tudi se uporablja še na koncertih. Ni pa to nujno in v nekaterih primerih ga tudi studijski albumi ne uporabljajo. Če je vokal res poseben, zelo karizmatičen, z edinstveno barvo, potem ga bo Auto-Tune preveč »pohabil«, da bi ga bilo smiselno uporabljati. Predvsem pa Auto-Tune kljub drugačni podobi ni veliki izenačevalec (great equalizer), ki bi vsem omogočal peti karkoli. Z njim tudi ni mogoče na poljubno matrico nasneti kateregakoli vokala, saj morata biti usklajena. Na matrico Nine Simone pač ustreza le – Nina Simone.

Kako deluje Auto-Tune

Največ informacij o delovanju najdemo v patentu, ki je bil podjetju Auburn Audio Technologies podeljen 26. oktobra 1999 (patent US5973252). V njem sta opisani naprava in metoda za zaznavanje tonov (pitch detection) in popravljanje (pitch correction) pri vokalu v studiu ter pri nastopih v živo. S to metodo zvok popravimo tako, da je še vedno enak, le tone ima popravljene. Barvo glasu (timbre) določajo višji harmoniki, ki so ob osnovni frekvenci prisotni v različnih razmerjih.

Za določitev frekvence iz časovnega signala (zvok) se uporablja avtokorelacija. Tako imenujemo korelacijo signala s svojo kopijo, ki je časovno zamaknjena, kar je eden izmed glavnih načinov za zaznavanje ponavljajočih se vzorcev v signalih. Ton je ponavljajoč signal, ker ima določeno frekvenco, zato ga lahko z avtokorelacijo določimo. Rezultat avtokorelacije periodičnega signala je namreč vrh, ki ima točno to frekvenco.

Poenostavljeno povedano, pri korelaciji iščemo odvisnost med dvema zbiroma meritev, pri avtokorelaciji pa imamo le en zbir meritev, kot drugo spremenljivko pa uporabimo te iste meritve, a časovno zamaknjene. Za vsak časovni zamik lahko izračunamo koeficient korelacije. Pri popolnem sinusnem signalu bi bila ta vrednost 1, če bi bil zamik enak frekvenci, sicer pa 0. Pri drugih signalih pa dobimo informacijo o vseh (osnovnih in višjih) frekvencah, ki so zastopane v signalu.

Auto-Tune signal, ki je vzorčen pri 44,1 kHz – kar po Nyquist-Shannonovem izreku zadostuje za opis ljudem slišnih zvokov, ki segajo od 15 do 20.000 Hz –, avtokorelira v frekvenčnem območju od 2.756 do 50,1 Hz, kar je dovolj za opis vseh človeških vokalov (visoki C je 1.046 Hz). Pri takšni analizi je zelo hitro v kratkem oknu (window) že po nekaj nihajih mogoče ugotoviti frekvenco in jo tudi popraviti. Za nizke frekvence je to 20–50 milisekund, za visoke pa 5–20 milisekund.

Če je odpeti vokal mimo (rdeče), ga lahko programsko popravimo (črno).

Nato je treba ton še popraviti. Kam ga bomo popravili, je odvisno od vrste glasbe. Zahodna glasba temelji na teoriji in praksi iz 15. in 16. stoletja. C2 in C#2 imata osnovni frekvenci 65,4064 in 69,2957 Hz, ki sodita med dovoljene frekvence, 67 Hz pa bomo prepoznali kot »fušanje«, ker te frekvence nima noben C. Glasbena teorija nam torej pove, v katere frekvence moramo popraviti signal, da bo zahodnjaku zvenel pravilno. Če je vokal odpet zelo slabo, potem tudi Auto-Tune ni več prepričan, v kaj ga naj popravi. Če alternira med tonoma, je rezultat »tresoč« (warbling). To je lahko uporabljeno namenoma kot efekt, v večini primerov pa je znak slabega vokala.

Popravljanje tona lahko poteka v časovni ali frekvenčni domeni. Prve različice Auto-Tuna so, sodeč po patentu, uporabljale časovno domeno. Ker poznamo osnovno frekvenco v posameznem oknu (do 20 milisekund), lahko ustrezno raztegnemo ali skrčimo signal v tem oknu, kar spremeni ton. Delež popravljenega in originalnega vokala nato imenujemo razmerje med wet in dry, kar je ključni (a še zdaleč ne edini) parameter, ki ga nastavimo pri uporabi Auto-Tuna.

Prihodnost se je že zgodila

Ko je Auto-Tune postal splošno znan, je vrsto let tekla žolčna razprava, ali je njegova naprava goljufanje. V prvem desetletju tega tisočletja so številni glasbeniki menili, da bo njegova priljubljenost usahnila. Ko se to ni zgodilo, so glasno protestirali, da je njegova uporaba ušla izpod nadzora. Na podelitvi grammyjev leta 2009 je skupina Death Cab for Cutie z modrimi pentljami protestirala proti njegovi uporabi. Tudi nekateri producenti so tarnali, da pevci naivno verjamejo, da bo čudežna škatlica vsakršno »fušanje« spremenila v točen vokal.

To seveda ne drži, ker Auto-Tune resda iz povprečnega vokala naredi dobrega, a iz odličnega ustvari vrhunskega. Sčasoma se je skupnost omehčala in sprijaznila, da bo Auto-Tune ostal. Z njegovo uporabo kot izraznega sredstva, kakršno si je privoščila Cher, v resnici nihče ni imel resnih težav. Tam je Auto-Tune očiten, namenjen je efektu in ne popravljanju vokala. V drugih primerih, ko se ga rabi zmerno in po pameti, pa posnetki dejansko zvenijo bolje. Ni torej presenetljiv odnos, kot ga je imel Michael Bublé, ki je njegovo uporabo kritiziral, češ da potem vsi zvenijo kot enaki roboti, a priznal, da ga uporablja pri snemanju popglasbe.

Danes je Auto-Tune nekaj tako običajnega, kot so filtri za mikrofone. Uporabljajo ga praktično vsi, saj je z njim lahko vsa glasba pač nekoliko boljša. Navsezadnje tudi vrhunski piloti uporabljajo avtopilot, pa to ne pomeni, da ne znajo pilotirati.