Компьютерная реставрация звука

Записи звука и их возможные недостатки

Когда люди научились записывать звук, произошла настоящая музыкальная революция (подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье про аналоговый и цифровой звук).

Однако быстро обнаружилась проблема: записать звук и записать его качественно — это не одно и то же. Первые записи утопали в шумах, передавали лишь середину звукового спектра (ни басов, ни верхних частот попросту не было). Те звуки, которые всё же фиксировались на носителях, обрастали резонансами и паразитными гармониками, которых в исходном звуке не было (при этом многие родные гармоники, не паразитные, наоборот терялись). Звук терял чёткость, быстрые переходы лишались остроты атаки. Разумеется, страдал и динамический диапазон: разница между громкими и тихими звуками. Совсем тихие звуки могли быть вообще не слышны, а более громкие — звучать слишком монотонно и с перегрузками.

И все эти проблемы, кроме того, усугублялись порчей аналоговых носителей при воспроизведении и даже просто их обветшанием при хранении (такая проблема, к примеру, есть у магнитной ленты, которую долго не перематывали).

Постепенно звук научились записывать качественно (впрочем, нет предела совершенству). Сравните ранние и поздние записи, к примеру, Эллы Фитцджеральд — и вы убедитесь в том, какой большой путь прошла звукозапись за время творческой жизни этой певицы. Но ведь старые записи никуда не делись, а качество их со временем перестало устраивать многих слушателей!

Это если ещё не брать во внимание феномена любительской звукозаписи. О, это совершенно отдельная история! Кто и что (а самое главное на что) только не записывал… Но несомненно то, что наряду со множеством малоинтересных записей любительского музицирования среди гор полуразмагниченных катушек порой попадаются истинные шедевры, оценить которые по достоинству часто не позволяет, наряду с их малоизвестностью, также и качество записи. И особенно эта проблема актуальна для бывшего СССР.

Государственная монополия на звукозапись заставляла исполнителей, не имевших возможности писаться на «Мелодии», уповать исключительно на свои силы (за исключением очень редких случаев, когда удавалось записаться в какой-нибудь не «мелодийной» студии — например, местного телевидения). И если записать своими силами бардов или шансонье было делом относительно нехитрым, то для исполнителей, игравших что-то похожее на рок, дела обстояли гораздо хуже. Ведь запись группы означает фиксацию на носителе информации сразу многих инструментов, звучащих одновременно, а сделать это по определению сложнее, чем записать пение под лёгкий гитарный аккомпанемент. Бытовые магнитофоны не были приспособлены для решения подобных задач, хотя у некоторых умельцев (как правило, интересовавшихся не только музыкой, но и радиотехникой) получалось относительно неплохо записывать музыку — свою или своих товарищей. В ход шли причудливым образом переделанные или вообще самодельные устройства…

Впрочем, мы отвлеклись от основной темы. Разумеется, старыми записями проблема не исчерпывается. Записать звук с изъянами очень легко можно и сегодня (что регулярно и происходит). Как бы там ни было, но если у вас в руках есть запись, cодержание которой вам кажется ценным, а качество записи — сомнительным, у вас есть возможность эту запись улучшить. Как? Об этом и поговорим далее.

Разнообразие инструментов обработки

Значительную часть возможных недостатков аудиозаписей мы уже упомянули в первой части нашей статьи. Побороть или, по крайней мере, ослабить их можно с помощью разных инструментов обработки.

Первую группу инструментов можно, если угодно, назвать аналитической. Анализируя сигнал, они отделяют полезный сигнал от бесполезного и ослабляют последний. Эти инструменты выполняют важную техническую функцию, очищая исходный сигнал и делая его пригодным для дальнейшей более художественной обработки. К подобным инструментам относятся:

— шумоподавитель (de-noiser, noise reduction). Самый известный из подобных инструментов, очень часто используемый и, увы, довольно агрессивный. При неправильном применении убирает из записи «воздушность» и порождает эффект «звука из-под воды». При правильном применении — с использованием более сложных алгоритмов и с менее агрессивными настройками — понижает уровень фонового шума (как правило, не убирая его полностью).

— noise gate (нойзгейт, шумовой порог). Этот фильтр устанавливает порог громкости для полезного сигнала. Всё, что тише этого порога, опознаётся как шум и уводится в ноль. Всё, что громче, остаётся без изменений. Это делает его работу более бережной, чем работу шумоподавителя, однако noise gate может съедать мелкие детали между музыкальными фразами (типа звуков вдоха и выдоха у вокалиста). Чаще применяется на на записях сольных инструментов, чем на записи уже сведённой дорожки.

— фильтры паразитных звуков. Их много, и каждый из этих фильтров, как правило, специализируется на устранении той или иной группы паразитных звуков. Одни устраняют шум ветра, задувающего в микрофон, другие убирают чавкающие, «слюнявые» звуки в речи, третьи — устраняют щелчки, возникшие при проигрывании пластинки… Характерный пример такого фильтра — de-esser, ослабляющий шипящие и свистящие согласные звуки в речи. У этих фильтров также есть свои побочные эффекты. Так, убирая щелчки, можно ненароком подпортить перкуссию (например, звук малых барабанов).

— наконец, несколько особняком в этой группе стоят фильтры, делящие полезный сигнал на разные компоненты для последующей изолированной обработки. Можно разложить сигнал на тональную и шумовую составляющую или изолировать транзиенты от основного сигнала. Наконец, особо продвинутые инструменты (как, например, Music Rebalance от компании Izotope в режиме separation) способны отделить вокальную часть от инструментальной, а последнюю разложить на басовую, ударную часть — и часть, включающую в себя прочие инструменты.

Вторая группа инструментов обрабатывает весь сигнал тем или иным образом, что может нести как сугубо технический, так и художественный смысл. К таким инструментам можно отнести:

— эквалайзеры. Не секрет, что часто половина недостатков записи, воспринимаемой на слух, кроется именно в неправильной эквализации — всей записи или отдельных инструментов в ней. Это может быть как простой избыток и недостаток определённых частот во всей записи, так и резонирующие, кричащие гармоники на отдельных частотах.

— компрессоры (и экспандеры). Работа компрессоров часто ошибочно отождествляется с работой лимитеров. «Пережатая», «закомпрессированная» запись — говорят об избыточно громком, «кричащем звуке». На самом деле в подобном звуке повинно избыточное использование именно лимитеров с не самыми лучшими настройками на заключительном этапе мастеринга. У компрессоров специализация несколько другая — они управляют атакой и релизом звука во всём частотном диапазоне либо в его части, «обостряя» или «сглаживая» звучание записи, что делает эти инструменты верными помощниками реставратора. Особо стоит отметить, что у некоторых компрессоров (например, у FabFilter Pro MB) предусмотрен режим «экспандера» — это своего рода «обратная» компрессия, часто востребованная при реставрации.

Третья группа инструментов — синтетическая. Они синтезируют «недостающую» часть сигнала. К ним относятся:

— сатураторы. Синтезируют дополнительные гармоники. Основаны чаще всего на имитации работы аналоговых усилителей (которые, как известно, насыщают сигнал гармониками). В зависимости от того, какую окраску мы хотим придать сигналу, мы можем обогатить его разными гармониками: чётными и нечётными, близкими и далёкими. Характер звучания от этого меняется порой самым радикальным образом.

— дизайнеры транзиентов. Усиливают транзиенты — моменты резкого перехода звуков от тихого к громкому (например, в звуках ударных инструментов или шипящих и свистящих согласных в речи).

— де-клипперы. Устраняют последствия звуковых перегрузок, «дорисовывая» недостающую часть звуковой волны.

— восстановители недостающих частот. Позволяют реконструировать недостающие частоты в сигнале. Такие «восстановленные» частоты могут быть недостаточно реалистичными (они не могут в точности повторить то, что было утрачено), но при вдумчивом применении способны улучшить качество записи в субъективном восприятии.

Это основные группы инструментов, важных для реставрации. Список далеко не исчерпывающий, но он позволяет нам наметить некоторые основные принципы реставрации, логику, по которой можно выстроить свою работу.

Принципы реставрации

В первую очередь решаются общие технические проблемы записи: частотный дисбаланс каналов относительно друг друга (и временные «выпадения» звука одного из каналов), сдвиги по фазе, сильные шумы, паразитные звуки, а также последствия «перегруза» (клиппирования). Многое из этого можно сделать в любой цифровой звуковой рабочей станции — DAW — (были бы соответствующие плагины), но есть и звуковые редакторы, специально заточенные под решение этих проблем — например, Izotope RX. В этой программе есть множество узкоспециализированных технических инструментов. В последний на 2020 год восьмой версии, к примеру, появился инструмент Wow & Flutter, исправляющий «плывущие звуки» и эффект «жёваной» плёнки (как такого инструмента не хватало раньше!)

Затем определяется баланс записи. Если исходный баланс записи нарушен, можно в том же Izotope RX (или в плагине Izotope Ozone) провести перебалансировку.

Если баланс записи нарушен не только по уровню разных инструментов, но и по их частотной эквализации, или если есть другие причины, по которым мы хотим поработать над разными группами инструментов изолированно, то мы можем применить режим separation, чтобы получить отдельные файлы для изолированной обработки.

Можно использовать и другие инструменты разложения сигнала на отдельные компоненты. Нельзя не упомянуть здесь эквалайзеры с режимами работы mid/side (как в Izotope Ozone) – для многих случаев разложить сигнал на эти две составляющие оказывается не только полезным, но и вполне достаточным для последующей изолированной обработки только этих двух звуковых дорожек.

Наконец, мы переходим в аудиоредактор с возможностью многодорожечного редактирования и импортируем в него те файлы, на которые разбили исходный сигнал. И здесь принцип работы будет точно таким же, как при любом сведении музыки в цифровой звуковой рабочей станции: возможность применять эффекты на отдельных дорожках, на группах дорожек и, наконец, на мастер-треке. Именно на этом этапе применяются эквалайзеры, компрессоры, сатураторы и т. п. — в выборе фильтров нас ограничивает лишь знания об их работе, наличие тех или иных плагинов на компьютере, да ещё ресурсоёмкость этих плагинов, помноженная на мощность вычислительных ресурсов этого компьютера.

Практическую реализацию описанного выше мы будем разбирать в рубрике Практикум реставрации звука