Test & Interview: Logidy EPSi, Faltungshall

Das Logidy EPSi im Kreise seiner großen Brüder

Georg:
Kannst du den Unterschied der Algorithmen beider Modi im EPSi erklären? Offensichtlich braucht der Modus mit niedriger Latenz zur Speaker-Cabinet-Simulation die doppelte Rechenpower (wenn man die 2×1,5 Sekunden Impulsantwortlänge der von 6 Sekunden gegenüberstellt).

Olivier:
Beide Versionen nutzen denselben Basis-Algorithmus, der für die jeweilige Anwendung optimiert wurde:

• Version 1.01 hat eine Latenz von 512 Samples, dafür eine maximale Länge von 6 Sekunden für die Impulsantwort. Die interne Verarbeitung ist Mono. Die Stereoverbreiterung wird nach der Faltung mit einem eigens entwickelten Algorithmus hinzugefügt, in etwa so, wie das auch bei algorithmischen Reverbs geschieht.
• Version C.01 benutzt ein zeitbasiertes FIR Filter, um die Latenz auf 4 Samples herunterzudrücken. Hier werden zwei Faltungskanäle berechnet, für jede Steroseite einer. Der Preis dafür ist die Reduktion der Länge der Impulsantwort um den Faktor vier. Diese Version wurde auf Wunsch von Kunden erstellt, die an Cabinet-Simulation interessiert waren. Diese Version wird auch verwendet, um die Resonanzkörper von Instrumenten nachzubilden.

Georg:
Du hast EPSi auf der NAMM 2014 vorgestellt. Ich habe erst vor Kurzem von seiner Existenz erfahren. Wie vermarktest du das Produkt und wie gut verkauft es sich? Wie sieht der typische EPSi User aus? Sind es eher Musiker, die live auftreten oder Leute in den Studios? Nutzen sie eher den Reverb-Modus oder den Cabinet-Simulation-Modus mit niedriger Latenz?

Olivier:
Das Reverb verkauft sich nicht so gut. EPSi ist ein Gitarrenpedal und es steht in Konkurrenz zu Produkten, die alle möglichen Arten von Nichtlinearitäten in ihrem Klang ausnutzen. Chorus, Shimmer, Pitch Shifting, all das taugt nicht viel in einem klassischen Mastering-Umfeld, aber unter dem Fuß eines Gitarristen rockt das voll ab. Mit der Genauigkeit der akustischen Räume des EPSi kann man keinen Blumentopf gewinnen, auch wenn der EPSi der bestklingende digitale Federhall da draußen sein dürfte.

Die Version C.01 verkauft sich um Größenordnungen besser als 1.01. Wobei der Markt für Cabinet-Simulation so langsam unübersichtlich wird.

Georg:
Kann man eine „transparente“ Impulsantwort laden und wie würde diese aussehen? Ich hatte versucht, den Frequenzgang und das Rauschverhalten vom EPSi zu messen, aber habe es nicht geschafft, solch eine „transparente“ Impulsantwort zu erstellen.

Olivier:
Das ist recht einfach. Man nennt es einen Dirac-Puls. Eine Impulsantwort mit einem Sample Länge. Aber besser nimm mehr als nur ein Sample, das könnte sonst den eingebauten Analyzer verwirren.

• Version C.01: Nimm einen Audioeditor und erzeuge 500 ms Stille. Dann setze das erste Sample auf Maximum (1.0). Abspeichern. Fertig.
• Version 1.01: Gleiches Vorgehen, aber anstelle des ersten Samples nimm das 513te Sample. EPSi ignoriert die ersten 512 Samples der Impulsantwort, um die unvermeidliche Latenz zu kompensieren.

(Anmerkung: Zu meiner Ehrenrettung sei gesagt, dass mir das mit dem Dirac Puls und dem einen Sample auf Maximum natürlich klar war. Wer aber konnte damit rechnen, dass EPSi einfach den Anfang einer jeden Impulsantwort ignoriert, um so die Latenz von 10 ms zu kaschieren. Wer seine Impulsantworten vollständig hören möchte, sollte dieses Verhalten beachten und ein wenig Stille vorne einfügen.)

Georg:
Bleibt das direkte Signal analog oder läuft es auch durch die ADC/DAC-Stufen? Was ist die Bit-Tiefe der ADC/DAC-Stufen?

Olivier:
Das direkt Signal bleibt analog und läuft über ein Relais. Der Codec ist 24 Bit. Der Chip ist ein AKM AK4556 und läuft mit 44,1 kHz.

Georg:
Für die Version C.01 schlägst du diese Einstellungen vor, wenn man den Equalizer neutral einstellen will:

– Low: 0,0
– Mid: Egal, arbeitet nun als generelle Lautstärkeregelung.
– High: 0,0

Welche Einstellung schlägst du vor, wenn man das EPSi als Raum-Reverb nutzen möchte? Ich habe öfters mal Clipping erhalten bei dieser Anwendung.

Olivier:
Ein Wert von 5.0 sollte zum Verstärkungsfaktor Eins führen. EPSi versucht sich der Lautstärke der Impulsantworten anzupassen. Die Einstellungen für Verstärkungsfaktor Eins hängen daher von der Impulsantwort ab.

Georg:
Du hattest erwähnt, dass EPSi das Ergebnis einer Fingerübung war, wie weit du Code für einen einzelnen SHARC DSP optimieren könntest. Ging es hier um die Optimierung des Algorithmus durch logische/mathematische Verbesserungen oder um die Beschleunigung der Ausführung durch Tricks in C oder Assembler?

Olivier:
Der Code ist vollständig in Assembler von Grund auf entwickelt. Ich habe meine eigene FFT-Version implementiert, um mit größeren Datensegmenten arbeiten zu können, als sie üblicherweise im relativ kleinen internen Speicher abgelegt werden.

Georg:
Mir ist aufgefallen, dass in Version C.01 der direkte Pfad nicht aktiv ist. Wenn man EPSi also als Raum-Reverb nutzen möchte mit maximal 1,5 Sekunden Stereo-Impulsantworten, so muss man ein Mischpult nutzen, um trockenes und verhalltes Signal zu mischen. Würdest du eine Erweiterung von C.01 für diese Anwendung in Erwägung ziehen? Also eine weitere Option, um den direkten Pfad zu aktivieren und möglicherweise den Mix einzustellen (wobei der EQ das schon tun könnte).

Olivier:
Ich plane gegenwärtig nicht, weiter am EPSi zu arbeiten.

Georg:
Mir kam eine Idee in den Sinn: Ein Modus mit 20 kHz Sampling-Rate, eventuell reduziert auf 16 Bit, um längere Impulsantworten verwenden zu können. So könnte man eher längere Ambient-Space-Reverbs in Richtung der alten Geräte vom Schlage eines Lexicon 224 verwenden. Diese haben ja meist nur 8 kHz Bandbreite verwendet und eine niedrigere Auflösung (z.B. 12 Bit). Klanglich kann man das heute schon erreichen, wenn die Impulsantworten entsprechend gestaltet sind, aber die maximale Länge würde sich nicht ändern.

Olivier:
Klar, die Sampling-Rate könnte man reduzieren. Ich mag mir aber gar nicht vorstellen, was die „Es muss 96 kHz können“ Fraktion sagen würde … Das mit den 16 Bit geht aber nicht. Der Algorithmus braucht 32 Bit Floating-Point Verarbeitung, um das Rauschen zu unterdrücken. Es gibt keine Unterstützung von 16 Bit Floating-Point.

Georg:
Eine letzte Frage noch: Planst du weitere auf Faltung basierende Geräte, die z.B. in die Richtung von dynamischer Faltung oder der Nutzung von Voltera-Kernals gehen könnten? Ein EPSi mit mehr Leistung und besserer Bedienung? Wäre so eine dynamische Faltung dann in der Lage, den modulierten Klang der älteren Lexicon-Kisten zu reproduzieren, der dadurch kommt, dass die Abgriffe im Delay-Netzwerk über die Zeit variiert werden?

Olivier:
Gegenwärtig bin ich mit der Produktentwicklung als Berater für andere Firmen ausgelastet. Über die Zukunft von EPSi habe ich noch nicht entschieden.

Klangbeispiele

Mitgelieferte Impulsantworten

Die Preset-IRs des EPSi sind nach Kategorien sortiert. In jeder Kategorie werden vier IRs angespielt. Der vom OTO BAM Test bekannte PPG-artige Klang aus dem Modal 002 kommt zum Einsatz. Bei einigen Kategorien finden noch Signale von Klarinette, Flügel oder auch Stimme Verwendung. Das trockene Flügel-Beispiel wurde mir freundlicherweise von Peter M. Mahr überlassen, es ist mit einem Yamaha CP1 eingespielt. Die anderen Signale sind freie Fundsachen aus dem Internet.

1xx: Rooms

107 Hotel Room.wav
108 Vintage Reflections.wav
111 Circular Room.wav
123 Mens Room.wav

2xx: Halls

204 Small Dark Hall.wav
211 Vocal Hall.wav
217 Concert Hall.wav
222 Long Wash.wav

3xx: Spaces

303 Canyon.wav
306 Parking Garage.wav
311 Arena.wav
314 Very Large Church.wav

4xx: Plates

401 Tiny Plate.wav
404 Dense Plate.wav
407 Deluxe Plate.wav
408 EMT Bright.wav

5xx: Springs

501 Bright Spring.wav
504 Dark Spring.wav
509 Deep Spring.wav
511 Dub Spring.wav

6xx: FX

602 Squeeze.wav
609 Chirp1.wav
619 Encounter.wav
622 Long Sweep.wav

Impulsantworten aus dem Netz

Wir haben keine Kosten und Mühen gescheut und das Internet nach kostbaren Impulsantworten abgesucht und die Besten davon durch das EPSi abspielen lassen.

Der Flügel wird mit diesen Impulsantworten verhallt:

emt 250 T2.2_Pre120ms_low0.5_high0
stairwell_ortf
L96, 01-02 Medium Hall C
1 Halls 18 Boston Hall A M-to-S

Hierbei handelt es sich um gesampelte High-End Hallgeräte (EMT 250, Lexicon 960L und Bricasti M7) sowie die Aufnahme eines Treppenhauses der University of York (gefunden in der Impulsantwort-Sammlung Open AIR Library).

Bei der Klarinette finden diese Impulsantworten Gebrauch:

volksbad
taj_mahal
cathedral
L96, 01-02 Medium Hall C
1 Halls 18 Boston Hall A M-to-S

Zusätzlich zu den beiden Impulsantworten von Lexicon 960L und Bricasti M7 sind nun auch drei Impulsantworten vom Quantec QRS am Start. Beim Taj Mahal Preset merkt man, dass die 6 Sekunden maximale Hallzeit vom EPSi nicht ausreichen und die Hallfahne sanft ausgeblendet wird, bevor sie tatsächlich vorbei ist.

Spezielle Impulsantworten

Mit einem Faltungshall lassen sich natürlich auch lustige Spielereien anstellen, da im Prinzip jede Audiodatei als Implusantwort verwendet werden kann. Hier im Beispiel wird ein Drumpattern vom Wersi Expander EX10R mit folgenden IRs verhallt: Zirpen einer Grille aus einem Fieldrecording ausgeschnitten. Sound einer Tür beim Zuschlagen, die Tür fällt nicht ins Schloss, sondern federt zurück. Die höchste Taste eines Kawai EP308 Electric Grand Piano angeschlagen. Selbige Taste angeschlagen, aber mit getretenem Pedal.

Vergleich Original/Kopie

Was ist der Test eines Faltungshalls ohne den Vergleich eines Samples mit dem Original? Wir haben uns etwas ganz Spezielles ausgesucht, das Ursa Major StarGate 323. Die Zeitvariation der internen Delays ist hier so organisiert, dass es zu keiner Verschmierung der Tonhöhen oder Dopplerverschiebungen kommt, auch ist das Modulationsrauschen sehr niedrig. All das wird aber durch ein gewisses Tremolo erkauft. Weil der Hall so schön ist, gibt es gleich drei Beispiele mit dem Modal 002 Sound, dem CP1 Flügel und der Klarinette.

Wir verraten erstmal nicht, was da nun was ist. Bitte genau hinhören und in den Kommentaren die Ergebnisse berichten. Auflösung folgt.

Im Rahmen des Tests wurde gleich eine Sammlung von Impulsantworten des Ursa Major StarGate 323 erstellt. Der Link zum Download findet sich am Ende des Testberichts.

Cabinet-Simulation-Modus

Neben dem Reverb-Modus kann der EPSi auch im Cabinet-Simulation-Modus betrieben werden.

Im ersten Klangbeispiel hören wir einen Padsound vom Modal 002 zuerst direkt und dann mit allen Cabinet-Presets des EPSi. Durch die etwas kniffelige Umschaltung der Sounds ist das nicht ganz im Takt möglich gewesen.

Anwendung mit Gitarre

Ein Gitarrist wird den EPSi sicherlich im Cabinet-Simulation-Modus nutzen wollen. Hier kommen einige Kostproben, zuerst der DI-Sound einer 80s Gibson Les Paul Custom mit BKP Aftermath Tonabnehmer von einem Laney Ironheart IRT-Studio mit viel Gain verstärkt ohne weiteres Processing vom Direkt Out des Laney aufgenommen.

Hier hört man die eingebaute Cabinet-Simulation des IRT-Studio.

Nun mit dem EPSi und der IR einer 2X12 Box mit Celestion G12M25 Speakern, Preset 108 des EPSi.

Diesmal spielt der EPSi die IR einer 4X12 Box mit Celestion V30 Speakern ab, dazu enthält die IR noch etwas Studio Ambiance, Preset 410.

Anwendung als Room-Reverb

Der Cabinet-Simulation-Modus eignet sich auch für kurze Räume, es gibt nur eine minimale Latenz und die Impulsantworten werden nun in Stereo verarbeitet. Wir hören die bekannten Beispiele durch Impulsantworten einiger Lexicon 480L Presets, jeweils Large Room, Music Club, Ricochet und Horn Plate.

Zum Abschluss ein direkter Vergleich zum Reverb-Modus, die Klarinette wird mit denselben IRs verhallt wie zuvor, Unterschied ist der Modus des EPSi.

Der Faltungsbegriff und historische Anmerkungen

Steigen wir noch kurz in die Geschichte des Faltungsbegriffes ein. Schon 1754 findet sich eine spezielle Form des Faltungsintegrals bei Jean-le-Rond D’Alembert. Jean Baptiste Joseph Fourier nutzt es 1807 in seinen Arbeiten zur Ausbreitung von Wärme in Festkörpern, die zur Formulierung der wohlbekannten Fouriertransformation führten. Die Reihe bekannter Namen ließe sich beliebig weiterführen, genannt seien Poisson, Rieman, Weierstrass und Euler, all das ohne Beschränkung der Allgemeinheit.

Die für digitale Systeme wichtige diskrete Faltung lässt sich bis auf Arbeiten von Augustin-Louis Cauchy im Jahre 1821 zurückverfolgen. Algorithmen zur Berechnung von diskreten Faltungen sind schon geraume Zeit verfügbar, man findet sie beispielsweise im auch sonst lesenswerten Buch Numerical Recipes in Fortran 77: The Art of Scientific Computing. Diese wohlschmeckenden Rezepte gibt es in verschiedenen Geschmacksrichtungen (Pascal, Fortran, C, C++) seit 1986. Alternativ findet man entsprechenden Code in der quellfreien GNU Scientific Library.

Im Französischen wurde von Vito Volterra der Begriff composition geprägt, er begründet Ende des 19. Jahrhunderts zusammen mit Eric Ivar Fredholm die moderne Theorie der Integralgleichungen. Der Begriff Faltung geht auf Gustav Doetsch und Felix Bernstein zurück, die den entsprechenden mathematischen Zusammenhang ab 1920 solcherart benannten. Dies rührt daher, dass durch Zusammenfalten der Strecke 0…t in der Mitte gerade die beiden Argumentwerte tau und t-tau zur Deckung gebracht werden. Im Englischen wurde dieser Begriff zuerst mangels Alternativen direkt übernommen. Später kam man dort 1934 über folding expression zu dem eher selten gebrauchten und sehr formalen Synonym convolution, was seither der gebräuchliche englische Begriff ist.

Im Gegensatz zu den algorithmischen Reverbs, die durch die bahnbrechenden Arbeiten von Manfred R. Schroeder ab 1962 erst möglich wurden, ist die Theorie hinter dem Faltungshall also gewöhnliches Werkzeug eines jeden Mathematikers. Ab Ende der 1960er Jahre wird im Bereich Raumakustik mit akustischer Simulationssoftware gearbeitet, ab 1993 wird der von Mendel Kleiner geprägte Begriff auralization verwendet. Vor diesem Hintergrund sind dann die Hardware-Geräte von Sony und Yamaha entstanden, die im Weiteren von Software abgelöst wurden.

Logidy EPSi bei Youtube