O zvukovej úprave starých platní
Ako zachrániť zvuk histórie
V našom príspevku sa pokúsime pootvoriť dvere
do priestoru nevšednej reštaurátorskej aktivity - do odboru
reštaurovania starých zvukových nahrávok uchovaných na gramoplatniach,
či na magnetofónových pásoch a to aplikáciou moderných digitálnych
technológií. Obmedzený rozsah príspevku neumožňuje hlbší ponor do
problematiky pre svoju teoretickú náročnosť. Z tohto dôvodu
predpokladáme u čitateľa elementárnu znalosť teórie fyziky zvuku. Je
možné, že niektoré pasáže nemusia byť úplne zrozumiteľné. Preto v
závere uvádzaný zoznam literatúry hĺbavejších záujemcov o tento obor
môže naviesť na stopu vlastných pokusov o reštaurovanie, bez finančne
náročnej technológie. Ak sa nám to podarí, splníme jednu z ambícií
nášho príspevku, tj. zachrániť veľké množstvo zvukových nahrávok,
ktorými disponujú muzeijné inštitúcie,školské knižnice a rôzne zvukové
archívy, pre ich neoceniteľnú informačnú, umeleckú či didaktickú
hodnotu.
V tejto súvislosti treba pripomenúť vážnu problémovú situáciu: kým
nosiče zvuku sa dochovali v prevažne zachovalom stave, zariadenia
umožňujúce ich reprodukciu ”vyhynuli”. Ako vyriešiť tento problém ?
Pokúsiť sa reštaurovať aj reprodukčné zariadenia ? Ak by sme sa mali
venovať aj tejto problematike a pozorný čitateľ si určite všimol, že
ide o spojitý problém, museli by sme popísať celkom odlišný súbor
postupov. Východisko teda vidíme v tom, že sa nadšenému reštaurátorovi
zvuku predsa len podarí získať dobový reprodukčný prístroj, ako zdroj
signálu pre jeho ďalšie zosnímanie a reštaurovanie. V tomto zmysle je
náš príspevok dosť konkrétny, pretože podobnú anabázu sme aj my
absolvovali a celý proces v záujme zrozumiteľnosti sprístupňujeme
popisom konkrétneho riešenia, ktorého realizácia v podmienkach
múzeijnej reštaurátorskej praxe by mohla nájsť uplatnenie. Náš
experiment spočíval v reštaurovaní zvuku zo starých krehkých, často
hanlivo označovaných ”šelakových”, gramofónových platní (obrázok. 1).
obrázok 1
Nebudeme rozvádzať všetky pohnútky, ktoré nás k týmto experimentom
priviedli, stačí uviesť jednu: existuje obrovské množstvo skvostnej
hudby a nenapodobiteľnej interpretácie, ktorá sa už svojej reedície na
CD nosič prevdepodobne nedočká. Na obrázku 2 je zobrazená bloková schéma reťazca aplikovaného na celý proces reštaurovania.
obrázok 2
Šelaková doska bola reprodukovaná na dobovom gramoprístroji s perovým
pohonom taniera. Aby sme mohli zvukový signál vystupujúci z hrdla
zvukovky premeniť do elektrickej podoby na ďalšie spracovanie, je
kontaktne pripojená kapsula elektrétového mikrofónu. Jeho poslaním je
premeniť akustický tlak na elektrický signál. Na obrázku 3 je zobrazené kontaktné pripojenie mikrofónu na zvukovku.
obrázok 3
Obrázok 4 zobrazuje detail pružného uloženia mikrofónu. Tento
detail je dôležitý nielen z toho dôvodu, že eliminuje nežiadúce ruchy
vyvolané mechanickými vibráciami prístroja. Kontaktné pripojenie
prináša pre reštaurátora ďalší užitočný efekt: reálny obsah nahrávok je
zosnímaný s charakteristickým zvukom dobovej reprodukcie, čo zvyšuje
autenticitu snímku.
obrázok 4
Mikrofón plní dôležitú funkciu prevodníka medzi dobovým reprodukčným
prístrojom a celým ďalším reťazcom, tak ako je uvedený na blokovej
schéme. Z toho dôvodu je výber mikrofónu mimoriadne citlivá téma:
Ponuka typov mikrofónov je pomerne bohatá - tak pestro sú ale aj
diferencované ich funkčné vlastnosti. Preto voľba vhodného typu pre
naše účely nie je nevýznamná. K dôležitým technickým parametrom patrí:
- druh mikrofónu: uhlíkový, dynamický, elektrétový, kondenzátorový
- impedancia: uvádza sa v ohmoch (napr. 800 W)
- kmitočtová charakteristika: určuje citlivosť mikrofónu vo
vzťahu k snímanej frekvencii - hľadáme čo najvyrovnanejší priebeh v čo
najširšom frekvenčnom rozsahu (napr. 80 - 18 000 Hz v tolerančnom poli
± 1 db) - smerová charakteristika: určuje smer snímania, voči ktorému je mikrofón citlivý (guľová, osmičková, kardoidná, hyperkardioidná)
- maximálna prípustná úroveň akustického tlaku (určuje úroveň
tlaku zvuku, ktorý mikrofón znesie bez deštrukcie jemných konštrukčných
prvokv mikrofónu)
Pre naše účely vylúčime uhlíkové typy mikrofónov, vzhľadom
na ich nízku citlivosť a obmedzený frekvenčný rozsah. Znášajú síce
drsné zaobchádzanie, sú odolné voči otrasom a vlhkosti, nevyhovujú však
z konštrukčného princípu - pri zlej zrozumitelnosti sa na mikrofón
poklepkávalo, či do mikrofónu fúkalo, aby sa uvolnili šupinky uhlíka
(aby sa ”načechrali”) a mikrofón mohol opäť reagovať na zmeny tlaku
vzduchu. Tento hlúpy zlozvyk sa preniesol aj do doby konštrukčne
dokonalejších typov mikrofónov, čo napr. u kondenzátorových mikrofónov
môže mať priam deštrukčné následky. Jednoducho: na tento typ mikrofónov
v našich aplikáciach zabudnime. Našu pozornosť zameriame na dva typy:
dynamické mikrofóny využívajú elektromagnetickú indukciu. Z
konštrukčného hladiska sa delia na cievkové a páskové. Cievkové sú
robustné, majú prevažne guľovú charakeristiku (drobný handicap pre naše
aplikácie), neutrálne prenosové vlastnosti a sú pomerne lacné. Páskové
mikrofóny majú väčšinou osmičkovú charakteristiku, na kmitočty vyššie
ako 10 kHz sú menej citlivé, majú jasný a čistý zvukový charakter.
kondenzátorové mikrofóny využívajú pohyb metalizovanej membrány,
ktorá sa pohybuje pred pevnou elektródou. Zmenou tlaku sa mení ich
vzájomná vzdialenosť, čím sa mení kapacita takto vzniknutého
kondenzátora. Aby kondenzátor udržal náboj, musí byť napájaný externým
napätím (phantom napájaním), čo komplikuje prepojenie audioreťazca.
Citlivosťou a frekvenčným rozsahom patria ku kvalitatívnej špičke a
preto sú využívané najmä v profesionálnej štúdiovej praxi.
Špecifickým klonom kondenzátorových mikrofónov sú tzv. elektrétové mikrofóny,
ktoré nepotrebujú externé napätie. To umožnilo ich miniaturizáciu
(lavalier). Trpia jednou necnosťou - časom môže kondenzátor stratiť
elektrický náboj. Avšak v porovnaní s inými kondenzátorovými mikrofónmi
sú veľmi lacné.
Impedancia mikrofónov je ďalší dôležitý údaj. Významným
spôsobom ovplyvňuje prenosové vlastnosti mikrofónu. Rozlišujeme medzi
vysoko- a nízkoimpedančnými mikrofónmi. Vysokoimpedančný mikrofón by
mal byť pripojený čo najkratším vedením, pretože dĺžkou kábla rastie
jeho kapacita, ktorá sa neblaho podpisuje na prenose nízkych kmitočtov.
Oproti tomu nízkoimpedančné mikrofóny nie sú tak citlivé na dĺžku
prípojného kábla.
Smerová charakteristika je ďalšia dôležitá vlastnosť mikrofónu. Najčastejšie sa uvádza v smerovom diagrame (obrázok 5).
obrázok 5
V podobnom tvare je súčasťou technickej dokumentácie mikrofónu. Obrázok
charakterizuje smerové vlastnosti kardioidného mikrofónu. To znamená(a
obrázok to potvrdzuje), že mikrofón je citlivý z predného smeru v uhle
približne 90° a necitlivý zo zadného smeru. Interpretácia tejto
charakteristiky hovorí o tom, že mikrofón úplne vylučuje snímanie
zvukov zo zadného smeru, čo v našich aplikáciach je vítanou
vlastnosťou.
Ak by reprodukčné zariadenie malo na výstupe zvukový signál v
elektronickej podobe, je samozrejmé, že sa ďalšia reštaurátorská práca
uľahčí. Bloková schéma zobrazuje obe alternatívy a uvádza ”parametrové”
požiadavky na kvalitu elektronického signálu.
Signál postupuje do úrovňového zosilovača, ktorý obsahuje aj kompresor
signálu. Poslaním tohto prvku je zosilniť úrovňovo pomerne slabý signál
zo zdroja na požadovanú úroveň bez frekvenčnej deštrukcie pre ďalšie
spracovanie, a pomocou kompresora tento signál dynamicky vyvážiť.
Kompresor zmenšuje dynamický rozsah, čo je vhodné najmä v prípadoch,
keď dynamika signálu (tzn. rozdiel medzi najtichšími a najhlasnejšími
pasážami) je väčšia, než je schopné nasledujúce zariadenie v reťazci
spracovať. K tejto vlastnosti treba pripočítať ešte nie nepodstatný
dôvod, prečo s kompresorom vážne počítať: proces úpravy dynamiky je
spojený s akýmsi ”predčistením” signálu pred jeho ďalším spracovaním -
čiastočne potlačuje šum a zmäkčuje skreslenie, čo v konečnom dôsledku
celý proces audio restoringu a masteringu zefektívňuje 1.
Na výstupe úrovňového zosilovača dostávame signál elektrickou úrovňou a
frekvenčným rozsahom uspôsobeným pre vstup zvukovej karty počítača, kde
sa odohráva proces digitalizácie.
Proces digitalizácie zvuku
Všetký údaje, ktoré chceme spracovávať pomocou počítača, musíme
previesť do digitálneho tvaru, teda do binárnej postupnosti jednotiek a
núl. Tento proces sa nazýva digitalizácia a nevyhneme sa mu ani pri
spracovaní zvukových nahrávok.
V súvislosti s prevodom zvuku do digitálneho tvaru sa v praxi používa pojem samplovanie alebo vzorkovanie.
Zvukový
signál je v analógovej podobe spojitá krivka. Aby sme zvuk mohli
previesť na digitálne dáta, je potrebné jeho krivku kvantizovať. Tento
proces zabezpečuje tzv. AD (analóg - digitál) prevodník, ktorý je
súčasťou každej zvukovej karty počítača. AD prevodník v pravidelných
intervaloch zisťuje okamžitú hodnotu amplitúdy signálu privádzaného na
vstup zvukovej karty. Hodnota amplitúdy sa vyjadruje v určitom rozsahu
- tzv. bitové rozlíšenie 2. Interval snímania tejto hodnoty sa nazýva vzorkovacia frekvencia 3.
Čím vyššia je vzorkovacia frekvencia a bitové rozlíšenie, tým
presnejšie sa analógový signál kvantizuje. Z toho teda vyplýva, že
samplovaním nikdy nedostaneme presnú digitálnu kópiu analógového zvuku,
môžme sa mu len do istej miery priblížiť - tú mieru stanovujú práve
obmedzenia vyplývajúce z bitového a vzorkovacieho rozlíšenia.
Vzorkovacia (samplovacia) frekvencia musí byť čo najvyššia. Podľa Shannon-Kotelnikoveho teorému platí fv > 2 f max (pričom f max
je najvyššia frekvencia snímaného signálu). Pre ilustráciu: štandard
Compact Disc Digital Audio (bežné audio cd) využíva 16 bitové
rozlíšenie a 44,1 kHz vzorkovaciu frekvenciu, čím je schopný zaznamenať
22,05 kHz ako najvyššiu frekvenciu (citlivosť ľudského ucha dosahuje
rozsah max. 16 - 18 kHz).
obrázok
6: vľavo príklad nízkeho samplovacieho rozlíšenia - digitálny signál je
príliš nepresný, vpravo vysoké samplovacie rozlíšenie - digitálny
signál veľmi presne opisuje krivku analógového signálu.
Výhody digitálneho spracovania zvuku
Napriek tomu, že samplovaním získavame neúplný, ochudobnený zvukový
obraz, digitálne spracovanie zvuku má mnoho nespochybniteľných výhod
oproti analógovej editácii. K tým najdôležitejším patrí:
- nedeštruktívna editácia - každá operácia, ktorú na spracovávanom
zvuku vykonáme, je vratná, teda kedykoľvek sa vrátiť k stavu spred
niekoľkých krokov. - vizualizácia zvuku - pri editácii sa môžme orientovať nielen
podľa zvuku, ale aj podľa jeho vizuálneho zobrazenia v podobe vlnového
priebehu na monitore počítača. Horizontálna os predstavuje časový
priebeh, vertikálna amplitúdu
obrázok 7: zobrazenie vlnového priebehu celej skladby (2' 40) v merítku 1:8192
obrázok 8: zobrazenie vlnového priebehu úseku skladby (0,024 sec.) v merítku 1:1
- nestratové rozmnožovanie - každá rozmnoženina nahrávky v digitálnom formáte je 100% kópiou originálu, teda bez straty kvality
Proces digitálneho reštaurovania zvukovej nahrávky
1. Nahratie zvuku z platne, resp. z iného analógového nosiča, do počítača - v programe na spracovanie zvuku nahráme pomocou funkcie Record snímok a uložíme na disk v štandardnom formáte *.Wav.
2. Declicking - je proces, pomocou ktorého zbavíme nahrávku nežiadúceho praskania typického pre staré gramoplatne.
obrázok 9: nahrávka s praskaním
obrázok 10: detail jedného clicku
Používajú sa dve metódy declickingu:
- vystrihnutie - časový úsek, na ktorom sa „lupanec“ nachádza
jednoducho vymažeme. Aj keď sa jedná o zlomok sekundy, v konečnom
dôsledku môže mať vplyv na dĺžku nahrávky. Táto metóda sa používa pri
pomerne čistých nahrávkach s malým počtom clickov.
obrázok 11: odstránenie clicku vystrihnutím - šedý pás vyznačuje, o akú dĺžku bola nahrávka skrátená - interpolácia - miesto s „lupancom“ sa vymaže a doplní o
signál interpolovaný medzi posledným bodom amplitúdy pred clickom a
prvým bodom amplitúdy za clickom. Metóda je vhodná najmä na veľmi
poškodené nahrávky, v ktorých by vymazávanie clickov mohlo byť príliš
deštruujúce.
obrázok 12: odstránenie clicku interpoláciou - šedý pás označuje oblasť, ktorá bola interpolovaná
obrázok 13: nahrávka po odstránení praskania
3. Noise reduction - tento proces zbavuje nahrávku
zbytočného šumu. Na základe analýzy nahrávky šumu (teda ticha bez
užitočného signálu) sa vytvorí tzv. šumový profil. Porovnávaním
procesovaného signálu so šumovým profilom sa z nahrávky ekvalizáciou
odfiltrováva šum a ponecháva užitočný signál podľa vopred určeného
pomeru. Treba brať do úvahy aj fakt, že šum a užitočný signál nie sú v
spektre od seba oddelené, ale vzájomne sa interferujú. Teda každým
odstraňovaním šumu strácame aj časť užitočného signálu, preto je
nastavenie odšumovacieho pomeru vecou citlivého kompromisu. Pri
reštaurovaní starých záznamov sa najčastejšie stretneme s tzv. hnedým
alebo ružovým šumom (pozri bližšie o šumových profiloch na Wikipedii.
obrázok 14: príklad šumového profilu
4. Decrackling - pri prehrávaní platní, najmä 78 ot./min.,
vzniká aj hluk vlastného povrchu platne a jej drážok. Odstraňuje sa
obdobným spôsob ako šum pomocou špeciálnych algoritmov.
5. Mastering - po vyčistení nahrávky od praskania a šumu je vhodné ešte odstrániť niektoré jej nedostatky konvenčnými filtrami:
- ekvalizér - zvýšiť hlasitosť chýbajúcej alebo znížiť hlasitosť prebytočnej zložky spektra
- enhancer - zostrenie a detailnejšie vykreslenie celkového zvukového obrazu
- kompresor - úprava celkovej dynamiky nahrávky
- normalizácia - zrovananie celkovej úrovne nahrávky na určitú hodnotu špičiek
6. Archivácia
- napálenie nahrávky na cd
- archivovanie na harddisku počítača vo formáte MP3
- nahranie na minidisc
- distribúcia internetom
- atď.
Zvuková ukážka
Programové prostriedky pre audio restoring (pre operačný systém Windows)
- Dart Pro 32
- samostatná špeciálna aplikácia pre obnovu nahrávok
- SoundForge
- aplikácia na všeobecnú prácu so zvukovou nahrávkou podporujúca prídavné plugin moduly cez rozhranie DirectX
- WaveLab
- aplikácia na všeobecnú prácu so zvukovou nahrávkou podporujúca prídavné plugin moduly cez rozhranie DirectX a VST
- Sonic Foundry Click Removal
- prídavný plugin modul na rozhranie DirectX - odstraňovanie praskania
- Sonic Foundry Noise Reduction
- prídavný plugin modul na rozhranie DirectX - odstraňovanie šumu
- Sonic Foundry Vinyl Restoration
- prídavný plugin modul na rozhranie DirectX - súbor algoritmov pre celkové reštaurovanie zvukovej nahrávky
Poznámka na záver:
- pri editácii treba dávať pozor, aby amplitúda neprekročila úroveň 0
db, inak bude signál skreslený (narozdiel od analógovej editácie, kde
signál môže prekročiť 0 db bez skreslenia) - úpravy ako Noise Reduction alebo Declicking sú stratové algoritmy. Odstránenie šumu alebo praskania znamená aj stratu časti užitočného signálu. Nastavenie pomeru závisí od konkrétneho prípadu a je vždy kompromisné.
- postup uvedený v tejto práci vystihuje len zlomok zvukárskej
disciplíny označovanej ako audio restoring. Profesionálne zvládnutie
tohto „remesla“ sa v zahraničí študuje ako samostatný univerzitný
odbor. Naviac cena technického vybavenia profesionálnych restoring
štúdii dosahuje astronomické čísla 4.
Našim cieľom bolo ukázať jednoduchú a ekonomicky nenáročnú cestu ako v
primeranej kvalite uchovať starú audio nahrávku pre budúcnosť.
Použitá literatúra
- Forró, D.: Domácí nahrávací studio. Praha: Grada, 1996.
- Technics kolekcia 2001 - produktový katalóg. Bratislava: Panasonic Slovakia, 2001.
- Svoboda, J.: Příručka techniky hifi. Praha: SNTL, 1984.
Internetové odkazy pre demoverzie programov
Sound Forge, SF Click Removal, Noise Reduction, Vinyl Restoration: http://www.sonicfoundry.com
Dart Pro 32: http://www.tracetek.com
WaveLab: http://www.steinberg.com
1 technologický proces úprav zvukovej nahrávky, ktorý
nasleduje po mixáži nahrávky do jednej stereostopy. V reštaurátorskej
praxi je táto fáza opísaná v časti Proces digitálneho reštaurovania
zvukovej nahrávky, bod 5, tohto príspevku. (návrat do textu)
2 napr. 8 bitové rozlíšenie umožňuje celý rozsah amplitúdy kvantizovať len v škále 28 = 256;
naproti tomu 16 bitové rozlíšenie kvantizuje ten istý rozsah v škále 216 = 65536 (návrat do textu)
3 okrem toho, že vzorkovacia frekvencia určuje presnosť
priebehu nasamplovanej krivky, determninuje aj zloženie frekvenčného
spektra digitálneho obrazu zvuku. Platí pravidlo, že najvyššia
harmonická frekvencia sa rovná 1 vzorkovacej frekvencie. Napr. v praxi
často používaná vzorkovacia frekvencia 44 100 Hz dokáže zaznamenať
najvyššiu harmonickú frekvenciu v hodnote 22 050 Hz. (návrat do textu)
4 pre ilustráciu: profesionálny hardvérový systém pre audio
restoring zn. CEDAR, skladajúci sa zo samostatných modulov Declicker,
Dehisser, De Crackler a Azimuth Corrector, stojí približne € 60 000.
Pri tom napríklad, špičková elektrónková tzv. hi-end zostava pre domáce
použitie vychádza okolo € 10 000. (návrat do textu)
- Verzia pre tlač
- Ak chcete pridať komentáre, tak sa musíte prihlásiť alebo zaregistrovať.
