Remastering zvukových nahrávek

Odpovědět
ondra.urban
Příspěvky: 60
Registrován: 31 led 2006 09:57

Remastering zvukových nahrávek

Příspěvek od ondra.urban » 12 čer 2013 14:39

Přehled metod a softwarových prostředků pro restaurování a rekonstrukci zvukových nahrávek.

Následující článek se zabývá přehledem typů zvukových poruch a nežádoucích artefaktů ve zvukovém signálu a možnostmi jejich odstranění. Zvukový signál, ať již ve své původní analogové podobě nebo digitalizovaný, může obsahovat celou řadu neužitečných zvukových složek, které je potřeba v průběhu jeho zpracování na různých úrovních odstranit nebo alespoň potlačit. Z hlediska příčin vzniku a fyzikálních vlastností můžeme rozdělit rušivé signály dle následujího přehledu:

1. Šumy - jedná se o náhodné, tzv. stochastické signály způsobené nejčastěji termickým šumem elektronických součástek nebo pohybem magnetického pásku přes hlavy magnetofonu. Podle typu spektrálního rozložení šumu a subjektivního vjemu barvy jeho zvuku pak rozdělujeme šumy např. na bílý, růžový apod. Jelikož se jedná o širokopásmové rušivé signály, není jednoduché je potlačit nebo dokonce zcela odstranit. Laická představa o tom, že stačí od signálu se šumem jednoduše odečíst samotný šum, získaný např. z místa těsně před nebo po záznamu, je chybná. Šum je signálem náhodným a tudíž nelze determinovat přesný tvar jeho vlny - šum je pokaždé jiný.

2. Praskot - nejčastěji jej způsobují prach, případně jiné drobné nečistoty, a mechanické opotřebení u záznamu zvuku na gramofonové desce. Jedná se opět o náhodný signál s bohatým spektrálním složením, nicméně jeho časová působnost je omezená a jde tedy nikoli o signál kontinuální, jako je třeba výše zmíněný šum, ale o signál diskrétní. Jiný druh praskotu může být způsoben např. výpadky v synchronizaci digitálního signálu. Jedná-li se o impulzy náhodné, je poruchu možno hledat například v nekvalitním spoji (konektoru) digitálního signálu. V případě periodického opakování se může jednat o problém souběhu více hodinových oscilátorů nebo jejich vzájemného ovlivňování (interferenci).

3. Brum - zpravidla je způsoben zanesením části střídavého napětí v rozvodné síti do signálové trasy - nevhodné uzemnění, stínění nebo zemní smyčka. Jedná se o signál nenáhodný, alespoň co se frekvenční charakteristiky týče. Svou amplitudou může být ale signálem proměnným a to opět znemožňuje jednoduché odečtení. Potlačení tohoto rušivého signálu je možné s pomocí úzké pásmové filtrace. Zvláštními typy brumu jsou pak jiné periodické rušivé signály - např. rušení výbojek, zářivek, točivých motorů, generátorů, spínaných zdrojů, mobilních telefonů a jiných elektronických a elektrotechnických zařízení.

4. Zkreslení - jedná se o jevy spojené s omezením amplitudy užitečného signálu na analogové nebo digitální úrovni. Správnou modulací záznamu a ostatních částí elektroakustického řetězce lze těmto jevům včas předcházet, nicméně se tu a tam nechtěným omezením zejména špiček signálu neubráníme. Krátká přebuzení naštěstí lidské ucho rozpoznat nemůže, jedná-li se ale o signály poškozené v délce větší než cca 50 ms, je návrat původního tvaru vlny velmi komplikovaný, ne-li nemožný.

5. Hluk pozadí - jedná se o tu skupinu hluků a neužitečných signálů, která přímo nesouvisí s vlastnostmi a kvalitou elektroakustického řetězce. Může to být např. hluk dopravy, stavebních strojů, lidský hlas, vítr, déšť apod. Vhodným výběrem místa a času nahrávání se lze přítomnosti těchto ruchů vyhnout, mnohdy se jich ale zcela zbavit nelze a jsou přirozenou součástí prostředí - příkladem jsou třeba hluky auditoria při nahrávání koncertů.

6. Výpadky - jsou způsobeny z různých důvodů chybějící částí záznamu. Příčinou může být tzv. drop-out na magnetofonovém páse, výpadek synchronizace u digitálního přenosu, přeskočení jehly gramofonu apod. Pokud není možné pokrýt chybějící část záznamu například ze záložní kopie, je nutno přistoupit k řešení metodou střihu nebo interpolace časového průběhu signálu.

Uvedený výčet základních ruchů shrnuje ty nejčastější případy, kdy je užitečný signál doprovázen některým ze signálů nežádoucích. V analogových dobách byl např. šum nedílnou součástí záznamu zvukového signálu. Tehdejší metody jeho potlačení dosáhly pomyslného vrcholu vývoje v systémech Dolby. Například nejdokonalejší studiový systém Dolby SR (Spectral Recording) by byl schopen svými vlastnostmi v některých ohledech konkurovat současnému digitálnímu záznamu.

Jiný příklad historických pokusů co nejvíce potlačit nežádoucí signály je opět dílem Dolby Laboratories - přístroj s názvem CAT 43. Tentokrát se nejedná o systém potlačení vlastního šumu záznamu, ale externích ruchů pozadí např. při záznamu filmového reálného zvuku scény. V současné době existuje celá řada dostupných softwarových nástrojů pro jejich odstraňování a potlačování. Uveďme ty nejznámější z nich se stručným shrnutím základních vlastností.

iZotope RX 2
Tento produkt pochází z nabídky americké společnosti iZotope z Bostonu. Systém RX existuje aktuálně ve druhé generaci a dvou verzích - základní a tzv. Advanced. Základní balík obsahuje jak stand-alone, tak plug-in verze všech obsažených procesorů a to ve formátech RTAS, AU a VST. Obsaženy jsou tyto nástroje: Denoise pro potlačení šumu, Declip pro rekonstrukci přebuzeného signálu, Declick a Decrackle (odstranění větších, resp. menších lupanců a praskotu), dále Spectral Repair pro přesné čištění ve frekvenční oblasti a Remove Hum - potlačovač síťového brumu.
Obrázek
Verze Advanced přidává navíc vylepšený modul Denoise s adaptabilním módem, modul Deconstruct, který rozkládá zvuk na tónové a šumové složky, podporu externích plug-in modulů v řetězci zpracování atd. Výhodou produktů iZotope RX 2 je podpora jak stand-alone, tak plug-in módu. V režimu stand-alone je program velmi přehledným audioeditorem s možností dávkového zpracování procesů. Plug-in verze zase přijde vhod v DAW aplikaci a to jak v destruktivním (např. Avid Audio Suite), tak nedestruktivním (real-time) režimu. Produkty iZotope řady Reconstruction, ale i další nástroje např. pro mastering, se objevují ve zjednodušené podobě také jako součást instalace produktů jiných výrobců - za všechny jmenujme třeba Sony Sound Forge.
Zájemce o bližší seznámení se s produkty iZotope řady RX odkazuji na samostatnou recenzi.

Waves Restoration
Známý izraelský výrobce plug-in modulů všech formátů pro DAW má ve své nabídce balík rekonstrukčních nástrojů, které je ale možné zakoupit také samostatně. Sada obsahuje moduly Z-Noise, X-Noise, X-Hum, X-Click a X-Crackle. Názvy prozradí samy, jakým problematickým druhem signálu se jednotlivé moduly zabývají.
Obrázek
Modulům Z-Noise a X-Noise nechybí možnost načtení profilu šumu pro optimální nastavení vícepásmového filtru. Z-Noise pracuje s pěti pásmy a nabízí oproti variantě X-Noise detailnější nastavení a další funkce. Při zpracování v DAW Pro Tools opět můžeme volit mezi realtime nebo Audio Suite režimem. Nechybí ale samozřejmě také podpora VST a AU formátů. Do oblasti rekonstukce a restaurování nahrávek směřují také další produkty firmy Waves - W43 je např. virtuální kopií přístroje Dolby CAT 43.

Algorithmix
Mezi méně rozšířené, nicméně pokročilé nástroje patří NoiseFree, ScratchFree a reNOVAtor firmy Algorithmix. První dva zmíněné jsou plug-in moduly VST/DirectX pro PC - NoiseFree pro potlačení šumu, ScratchFree pro odstranění lupanců při přepisu gramofonových desek. Stand-alone verze není dostupná.
Produkt reNOVAtor je spektrálním rekonstrukčním nástrojem. Podporuje obě hlavní počítačové platformy (Windows i Mac OS) a celou řadu DAW aplikací včetně ProTools. K dispozici je také jednoduchý editor AlgoEdit pro stand-alone provoz.
Obrázek
Obrázek
Obrázek
MAGIX
Německá firma MAGIX má také v oblasti remasteringu co nabídnout a to od jednoduchého balíku Audio Cleaning Lab přes DAW Samplitude až po svou vlajkovou loď - DAW aplikaci Sequoia. DAW programy firmy Magix vynikají mezi ostatními tím, že je např. umožněno spektrální čištění ruchů a jiných artefaktů přímo v editačním okně, na stopě. Není tedy třeba vřazovat plug-in modul, vše je pohotově dostupné v režimu spektrálního zobrazení.
Obrázek
CEDAR
Produkty firmy CEDAR jsou známy nejen ze softwarové oblasti. Naopak, jejími prvními počiny na poli rekostrukce audiosignálu v reálném čase (!) byla stand-alone hardwarová zařízení DeClicker, DeCrackler a DeHisser. Na svou dobu převratná zařízení vykonala mnoho práce již v devadesátých letech minulého století a to v těch studiích, která si tyto výkonné stroje mohla dovolit. Portfolio firmy se hardwaru nevzdává, nicméně k dispozici jsou i softwarové varianty odvozené od svých hardwarových protějšků.
Obrázek
K dispozici je např. CEDAR Studio for ProTools, které svým názvem napovídá, že je zaměřeno na konkrétní DAW aplikaci. Pokročilejšími sadami nástrojů jsou pak verze CEDAR for Pyramix (DAW aplikace firmy Merging Technologies) a CEDAR for SADiE (jiné profesionální DAW systémy). Ty obsahují mj. legendární a mnoha cenami ověnčený systém ReTouch, který se stal průkopníkem spektrálního čištění. Odstranit například ruchy otáčení not nebo vrzající židle ve znějící hudbě je pro ReTouch hračkou.

Závěrem
Provedli jsme malý průzkum dostupných prostředků pro rekonstrukci a remastering zvukových nahrávek, které obsahují nežádoucí rušivé signály. Výčet není zdaleka úplný, ale snažil se postihnout ty nejznámější z nich. Závěrem je vhodné uvést několik doporučení a rad pro výběr vhodného nástroje.

Především je nutno provést rozhodnutí, zda chceme pracovat ve stand-alone režimu, nebo v prostředí DAW za pomoci plug-inu. Jediným cenově přijatelným produktem, který nabízí obě varianty, je iZotope RX. Práce ve stand-alone vs. plug-in režimu nabízí různý komfort. Pokud nechceme být rozptylováni možnostmi DAW a hodláme se plně soustředit na rekonstrukci stereofonních souborů např. před finálním masteringem, je stand-alone režim vhodným pomocníkem. Jindy se naopak hodí práce uvnitř DAW - kupříkladu tehdy, chceme-li porovnávat různé fáze a stupně zpracování mezi sebou nebo se zaměřovat pouze na ojedinělé poruchy. Pak není nutné načítat jednotlivé soubory do stand-alone editoru, ale vše pohodlně obstaráme přímo v DAW.
Kromě užitku, který nám všechny možné algoritmy pro čištění a opravu poškozených nahrávek nabízejí, se nevyhneme nutnosti optimalizovat algoritmy zpracování tak, aby se naopak nezačaly objevovat jiné nežádoucí zvukové artefakty. Příkladem může být známé „kvákání“ či „zvonění“ jakožto důsledek přehnaného potlačení šumu. Některé operace se navíc doporučuje provádět tzv. víceprůchodově, tedy například po malých krůčcích. Důležitá je také volba správného pořadí jednotlivých rekonstrukčních operací. Pravidlem bývá, že postupujeme od větších poruch k menším.

Ať tak či onak, rekonstruovat audiozáznamy každopádně vyžaduje mnoho času, trpělivosti a úsilí. Nelze očekávat, že vše vyřeší jediný softwarový balík za pár tisíc korun. Ten, kdo chce dosáhnout profesionální kvality, musí sáhnout přece jen hlouběji do kapsy. Výhoda dražších prostředků a nástrojů nespočívá pouze v propracovanosti vlastních algoritmů, ale také v pohodlnosti, rychlosti a spolehlivosti ovládání.

Ondřej Urban
PROFIL AUTORA: MgA. Ing. Ondřej Urban Ph.D.
Vystudoval ČVUT (obor Radiolektronika se zaměřením na elektroakustiku), HAMU (obor Zvuková tvorba) a Konzervatoř Jaroslava Ježka (obor skladba). Od roku 2000 působil nejprve jako externí pedagog oboru Zvuková tvorba na HAMU a jako vědecký pracovník v oboru Hudební akustiky (tamtéž). V současné době je docentem na katedře Hudebního zvuku HAMU a vedoucím Zvukového studia HAMU. Ve své profesi se zabývá zvukovou a hudební režií nahrávek pro CD, film, divadlo, ale i dalších zvukových forem (zvuková koláž, znělka, rozhlasový spot atd.). Je tvůrcem mnoha nahrávek (přes 35 titulů na CD) z oblasti hudby vážné i populární. Ve své vlastní tvorbě se zabývá převážně kompozicí hudby elektronické nebo elektroakustické a to jak autonomní, tak užité. Věnuje se hře a improvizaci na klavír a varhany.

Odpovědět