Специальные фильтры для борьбы с посторонними шумами

В прошлых статьях мы рассмотрели различные возможности ослабления шума и лишних звуков в аудиофайлах. Можно заметить, что легче всего ослабить фоновый шум и фоновое гудение, в то время как более сложные варианты загрязнения сигнала лечатся с большим трудом и меньшей резутльтативностью. Так, у нас есть фильтр Deconstruct, но им очень легко удалить вместе с действительно лишней «грязью» и часть полезного шума.

А что если сделать такие инструменты, которые были бы расчитаны под определённый тип искажения сигнала? Скажем, вот в микрофон задувает ветер, и образуются помехи в довольно предсказуемом диапазоне частот и достаточно предсказуемого характера. Что если сделать фильтр, который бы трогал только эти частоты и только «подозрительные» случаи в них, всё остальное оставляя в покое? Что если применить такую логику и к другим наиболее типичным загрязнениям сигнала, ограничив частоты и характер убираемых артефактов?

Такие специализированные инструменты действительно существуют, причём некоторые из них имеют весьма почтенную историю (как, например, de-esser – фильтр для борьбы с излишне громкими шипящими и свистящими призвуками, да и вообще солидная часть вокальных фильтров). К подобным проверенным временем инструментам со временем добавлялись новые. И особенно славится подобными фильтрами как раз детище компании iZotope.

Эти фильтры условно можно разделить на две группы:

1. фильтры для ослабления посторонних шумов различного происхождения и
2. фильтры, специально предназначенные для очистки звучания голоса.

Каждой из этих групп фильтров, соответственно, будет посвящена нынешняя статья и следующая за ней.

Боремся с щелчками: De-click

В прошлой статье, говоря о фильтре De-construct, мы упомянули, что он неплохо справляется с лишними щелчками в звуке (которые встречаются как в оцифровках с аналоговых носителей, так и в изначально цифровых файлах). Существует, однако, специальный фильтр, заточенный именно под эту задачу: это фильтр De-click. Как показывает практика, нет универсального рецепта, какой из этих двух фильтров работает лучше. В большинстве случаев специализированный фильтр De-click работает более аккуратно, однако в сложных случаях (например, в треках с обилием перкуссии, которую фильтр может также посчитать лишними щелчками) возможно преимущество фильтра De-construct. Лучший критерий в этом и в других спорных случаев – это Ваш слух.
В интерфейсе фильтра De-click (рис.1) обращают на себя внимание следующие элементы:

Algorithm (Алгоритм). Позволяет выбрать среди различных алгоритмов обработки сигнала. Их всего четыре:

1. Однополосный (single-band). Подходит для удаления маленьких цифровых щелчков.
2. Многополосный для работы с периодичными щелчками (Multi-band, periodic clicks). Подходит для устранения дефектов воспроизведения повреждённых лазерных дисков.
3. Многополосный для борьбы с непереодичными щелчками (Multi band, random clicks). Хорошо подходит для работы с оцифровками винила. Старается не затрагивать периодичные щелчки, отождествляя их с полезным сигналом.
4. Режим низкой задержки (Low latency). Подходит для применения в качестве эффекта в реальном времени, а также для борьбы с относительно протяжёнными щелчками (например, со звуком «слюней» в записи речи или вокала).

Справа вверху расположен регулятор чувствительности. Чем выше чувствительность, тем больше щелчков будет удалено, но также выше вероятность того, что фильтр в своей работе «перестарается».

Слева внизу расположен регулятор рабочей частоты (Frequency skew). Если регулятор отклонён влево от условного «нуля», фильтр работает с более низкими частотами, если вправо – с более высокими. Первый вариант больше подходит для борьбы с виниловым «песком», второй – для борьбы со «слюнями».

Регулятором справа внизу «Расширение щелчка» (Click widening) мы можем увеличить продолжительность того, что программа посчитает щелчком и удалит.

Наконец, флажок «Выводить только щелчки» (Output clicks only) позволяет оценить, что именно мы удаляем из нашего звука (не затронули ли чего-то лишнего).

Ещё меньше треска: De-crackle

Если отдельные щелчки воспринимаются нами как собственно щелчки, то множество щелчков, расположенных подряд или почти подряд, воспринимается уже как потрескивание. Именно для борьбы с подобным потрескиванием и был разработан фильтр De-crackle.
Так как природа потрескивания и щелчков схожа, то разработчики программы рекомендуют следующую последовательность в работе: сначала удалить самые сильные щелчки фильтром De-click, после чего уже «добить» оставшееся фильтром De-crackle.

В фильтре доступны следующие настройки (рис. 2):
Quality – качество. Доступны три уровня: low (низкий), medium (умеренный) и high (высокий). Для обработки рекомендуется высокий уровень, а достоинство низкого уровня качества лишь в одном: возможность применять в режиме реального времени.
Strength – сила. От этой настройки зависит, насколько сильно фильтр будет подавлять треск.
Amplitude skew (управление реакцией фильтра на разных амплитудах). Сила потрескивания часто зависит от уровня сигнала. Так, в перегруженном сигнале треск появляется на больших громкостях, то есть на высокой амплитуде сигнала. В записях подобного рода целесообразно подвинуть этот движок вправо, к более высоким амплитудам. В тех же случаях, когда «трещат» более тихие моменты, может потребоваться, напротив, сместить этот движок влево.
Доступна также настройка вывода только треска (output crackle only) которую можно использовать для контроля силы работы фильтра.

Ослабляем шорохи: de-rustle

Шорохи на записи могут образовываться по разным причинам, самая частая из которых – трение чего-либо недалеко от микрофона или даже о сам микрофон. Например, микрофон-петличка может тереться об одежду, на которой он закреплён. Звук такие шорохи портят очень заметно.
Есть и другие источники шорохов: например, шум ветров в листве. И если мы посмотрим на пиктограмму фильтра de-rustle, мы увидим стилизованное изображение листочка, намекающее нам на предназначение этого фильтра.

Открыв его окно (рис. 3), мы видим ряд регуляторов настроек:
Reduction strength – сила подавления. Меньшие значения соответствуют более бережной работе фильтра и большей прозрачности итогового звука. Большие значения позволяют убирать даже очень сильные шорохи, но могут исказить звучание полезного сигнала, сделать его сдавленным и непрозрачным.
Ambience preservation – защита фоновых звуков (не шорохов) от подавления. Чем ниже значение этой настройки, тем мягче фильтр проводит границу между шорохами и фоновым окружением (соответственно, в некоторой степени ослабляются и прочие фоновые звуки). Чем выше значение, тем тщательнее фильтр старается удалять только шорохи, не трогая всё остальное.
Separation Algorithm – алгоритм отделения шорохов от полезного сигнала. Доступно три алгоритма:
1) Channel independent – независимая обработка каждого из каналов. Самый быстрый из алгоритмов, который можно использовать в случае необходимости включения фильтра в режиме реального времени.
2) Joint channel – совмещённая обработка каналов. Совмещение каналов позволяет алгоритму работать более аккуратно и в меньшей степени затрагивая полезный сигнал. Этот режим особенно эффективен при обработке стерео-файлов, в которых информация о полезном сигнале в достаточной степени присутствует в обоих каналах.
3) Advanced joint channel – самый сложный алгоритм, дающий наилучшее качества и требующий наибольших затрат со стороны работы процессора и времени обработки. Помимо совмещения каналов включает в себя дополнительные алгоритмы предобработки сигнала.
Нижний блок, посвящённый предпрослушиванию и выводу, выглядит вполне обычно, однако предпрослушивание (preview) в этом фильтре имеет одну важную особенность: из-за сложности самого фильтра оно доступно только в сниженном качестве. Об этом следует помнить, предварительно оценивая качество звука по предпрослушиванию.

De-wind против ветра, задувающего в микрофон

Шум ветра, задувающего в микрофон – очень распространённая проблема, испортившая далеко не одну аудио- и видеозапись. К счастью, искажения, вносимые ветром, затрагивают лишь определённые частоты и могут быть в них легко обнаружены. А значит, нет необходимости пропускать через фильтр все частоты сигнала: и низкие, и высокие. Достаточно ограничиться теми, которые испортил ветер.

Именно по такому принципу и работает противоветровый фильтр программы Izotope RX – de-wind.
Рассмотрим интерфейс фильтра (рис. 4).
Регулятор reduction (подавление) управляет силой работы фильтра. Чем выше уровень подавления, тем жёстче будет работать фильтр.

Crossover frequency (частота кроссовера) – устанавливает верхнюю границу работы фильтра в герцах. Всё, что выше этой частоты, фильтром затронуто не будет.

Fundamental recovery – восстановление низких гармоник, их искусственный синтез. Помогает фильтру компенсировать потерю части полезного сигнала на низких частотах.

Artifact smoothing – сглаживание артефактов. Смягчает границы перехода от обработанного сигнала к необработанному и способствует меньшей слышимости артефактов «музыкального шума», вызванного быстрыми преобразованиями Фурье, лежащим, как мы помним, в основе работы очень многих цифровых аудиофильтров.

---

Мы рассмотрели фильтры для борьбы с посторонними звуками разного происхождения. Однако существуют и особые искажения сигнала, типичные именно для записи голоса. Именно о фильтрах, позволяющих бороться с этими искажениями, мы и поговорим в следующей статье.