Шумная борьба за оригинал: удаление помех с аудиозаписей

В понимании непосвященных пользователей редактирование звука означает конвертирование дисков в MP3 или FLAC, а также нарезку треков из образа диска с файлом разметки CUE. Самые продвинутые «профи» умеют даже делать рингтоны, вырезая из музыкальной композиции понравившийся фрагмент. Это, конечно, довольно востребованные действия, однако термин «обработка звука» хранит в себе совсем иной смысл.

Как можно изменить звук? Прежде всего, можно повлиять на частотные характеристики аудиосигнала. Частотная коррекция сродни фильтру резкости при обработке изображения — визуально объект делается четче и разборчивее, однако это не означает, что после редактирования добавились детали. При обработке частот звукового сигнала происходит примерно то же самое. Полагаю, все кто носил наушники с плеером, иногда испытывал необходимость «подкрутить эквалайзер», чтобы добавить бас или вытянуть высокие частоты. Но вот что интересно — сильно выпяченные высокие частоты увеличивали шум, который не украшал аудиотрека. Обратная процедура — подавление шума с помощью частотной коррекции — несет в себе другую проблему. Вместе с шумом исчезает определенный спектр вокала и музыки, что приводит к потере полезной информации.

Другой способ «изменения» звука — использование эффектов. На наш взгляд, подобный прием обработки звука оправдан только тогда, когда звукорежиссер работает над сведением аудиоматериала и имеет четкое представление о том, что он делает. Иногда даже фильтр искажения может заставить аудиофрагмент звучать естественно. Кроме этого, аудиофильтры часто помогают скрыть или завуалировать какие-то дефекты звуковой дорожки. Например, если в конце записанной партии инструмента слышен сторонний звук или эхо, это можно исправить, вырезав или приглушив проблемный участок и «погрузив» концовку в плавное эхо с эффектом затухания.

Есть и третий способ редактирования цифрового аудио. Именно на нем построен принцип обработки звука в большинстве современных аудиоредакторов. Для исходной записи создается волновая форма — диаграмма, по которой можно визуально проследить изменение амплитуды звука во времени. Если открыть любой аудиофайл в звуковом редакторе, например Sound Forge или Goldwave, можно увидеть, что именно такой вариант представления звука в программе выбран по умолчанию. Современные пакеты для редактирования звука позволяют вносить изменения в форму этой «синусоиды» — изменять форму пиков, сжимать или раздвигать их, удалять фрагменты и видоизменять характер кривой. Перед пользователем, который задался целью обработать звук, это открывает широкие возможности: в исходном аудиоматериале на волновой форме можно легко найти щелчки и помехи, а затем удалить их и т.д.

Шум — это одна из самых актуальных проблем, возникающих при обработке звука. Шум — это естественное явление. Он присутствует везде и во всем — на кухне журчит вода, льющаяся из-под крана, на улице шумят автомобили, в офисе гудят компьютеры и принтеры. Сопровождает шум и любую аудиозапись, будь то сообщение на автоответчике или музыкальные композиции с аудиодиска. Конечно, уровень шума во всех этих случаях различается однако, избавиться от него полностью невозможно. Природа шума бывает самая разная — от жужжания дрели до шелеста листьев, поэтому идеальный алгоритм, который бы очищал звук от шума, придумать невозможно. Кроме этого, аудиопомехи сродни пыли и царапинам на фотографии — артефакты можно «маскировать» под основной звук и делать менее заметными, а точнее неслышимыми, и можно удалить полностью.

Самый главный вопрос, который встает перед пользователями, — какой выбрать инструмент для борьбы с шумами?. Выбор инструмента для обработки звука зависит от финансовых предпочтений. Конечно, существуют профессиональные приложения, которые используют уникальные алгоритмы обработки звука и стоят тысячи долларов. Возможности специализированного ПО могут быть куда шире и не ограничиваться одним удалением шумов. Например, некоторые приложения могут удалять из звуковой дорожки определенные звуки, такие как случайный шум проезжающего автомобиля. Однако такой вариант могут себе позволить только крупные компании, скажем, киностудии, в распоряжении которых имеется достаточно солидный бюджет. Для пользователя со средним достатком довольно неплохой вариант — Sound Forge Pro или Adobe Audition. Ну, а как эконом-вариант можно предложить Audacity, только обязательно последней, пусть и бета-версии. Не стоит бояться тестового варианта редактора. На самом деле эта программа работает очень стабильно и не хуже официального релиза. Кроме того, в ней есть некоторые инструменты, которых явно недоставало в предыдущей версии.

⇡#Удаление шума в паузах между аудиотреками в Sound Forge Pro

Этот профессиональный пакет для обработки звука содержит два главных инструмента, с помощью которых можно «победить» шум. Первый называется Noise Gate. Представьте себе старенькую запись с аудиокассеты, где в паузах слышен резкий шипящий звук. Возможно, кто-то сочтет этот шум обязательным атрибутом музыки восьмидесятых и не захочет избавляться от него при оцифровке раритетных записей. Но если вы не находите в этом шуме никакой романтики, можно легко подавить его, причем, без вреда для основной композиции. Для этого используется фильтр, который убирает сигнал, если он опускается до некоторого порогового значения.

Откройте аудиофайл в Sound Forge Pro и выделите участок трека, который необходимо обработать. Теперь в меню программы выберите Effects и Noise Gate. Как и большинство других инструментов приложения, фильтр имеет несколько предустановок и возможность предварительного прослушивания результата с выбранными настройками.

⇡#Удаление фонового шума в Sound Forge Pro

Второй инструмент Sound Forge Pro для борьбы с шумами — модуль Noise Reduction, который можно вызвать из меню Tools. Присутствие шума обычно означает потерю исходной информации. Компьютер при устранении случайных помех должен каким-то образом восстановить эти данные. Однако, по большому счету, это невозможно, поскольку удаление частот, содержащих шум, приводит к потере оригинального звучания и возникновению булькающих артефактов.

Когда шум имеет случайную природу, его трудно описать математически. Другое дело — если этот шум вызван циклическими процессами, скажем, электромагнитными колебаниями. В этом случае можно предугадать, как следует откорректировать волновую форму, чтобы получить на выходе неискаженный сигнал. Для борьбы с такими «предсказуемыми» типами помех используется метод захвата фонового шума. Суть его сводится к тому, что программа записывает фрагмент "чистого" шума, а затем вычитает его из аудиозаписи. Такой фрагмент может быть очень коротким, продолжительностью менее секунды.

Sony Noise Reduction позволяет или автоматически выполнять захват шума, или делать это в ручном режиме. В режиме ручного подавления модуль генерирует картину частотного спектра и отмечает на нем контрольные точки, определяющие характер подавления шума. Те данные на графике, которые расположены над огибающей, будут оставлены без изменений. А к тем, которые расположены под ней, будет применено затухание. Соответственно, при ручном переносе контрольных точек вверх эффект подавления шумов будет сильнее, и наоборот.

Sony Noise Reduction может использовать один из четырех алгоритмов подавления помех, которые так и называются — Mode 0, Mode 1, Mode 2 и Mode 3.

По умолчанию используется режим Mode 2, который хорошо подходит для большинства случаев. Но разработчики рекомендуют всегда проверять, как программа справляется с удалением шума во всех возможных режимах, и выбирать наилучший результат.

• Mode 0, как правило, подходит для устранения шумов с низким уровнем амплитуды. Однако при его использовании увеличивается вероятность появления искажающих артефактов;
• Mode 1 похож на режим Mode 0, но при его использовании меньше шансов получить артефакты. С другой стороны, и шума он удаляет меньше;
• Mode 3 — это наиболее щадящий режим подавления шумов, при котором вероятность возникновения дефектов звука сведена к минимуму.

⇡#Удаление щелчков с аудиозаписей в Sound Forge Pro

Обычно музыкальную запись, переведенную в цифровой вид с виниловой пластинки, сопровождают треск и щелчки. В этом случае недостаточно использовать профиль шума, поскольку треск пластинки непредсказуем. В Sound Forge Pro есть специальный инструмент для устранения наиболее часто встречающихся помех при оцифровке аудиозаписей. Для его вызова выполните команду «Tools → Audio Restoration».

Помимо выбора порогового значения шума и прочих параметров подавления фонового шума, этот инструмент также дает возможность настроить подавление щелчков. За это отвечает ползунок Click Removal Amount. По умолчанию его значение установлено посередине и для большинства записей подходит оптимально. Если переместить ползунок вправо, будет удалено больше щелчков, однако при этом программа может также случайно удалить элементы основной аудиозаписи, например звук барабана.

⇡#Удаление фонового шума в Audacity

Для удаления шума в бесплатном редакторе Audacity можно использовать те же приемы, что и в случае с Sound Forge. Например, подойдет модуль «Удаление шума», написанный Домиником Маццони, собственно, одним из авторов Audacity. Чтобы воспользоваться этим фильтром, нужно выделить несколько секунд для создания профиля шума, а затем выбрать команду «Эффекты → Удаление шума».

После этого нужно нажать на кнопку «Создать модель шума» и, выделив весь обрабатываемый аудиофрагмент, снова вызвать данный фильтр. Теперь в окне с настройками можно подобрать силу подавления шума (Noise reduction), настроить чувствительность фильтра, указать частоту сглаживания и время атаки, характеризирующее реакцию фильтра на появление шумов.

Иногда метод с профилем шума не срабатывает или же запись выполнена настолько плотно, что неоткуда взять этот профиль. В этом случае можно прибегнуть к такому трюку. Чтобы получить профиль, нужно просто сделать дополнительную запись в тех же условиях, в которых был записан редактируемый материал. Далее профиль можно брать из новой записи. К сожалению, воссоздать исходные условия можно далеко не всегда, поэтому этот прием подходит не для всех случаев.

⇡#Удаление противного писка в Audacity

Если хорошо знать инструменты звуковых редакторов, можно устранять помехи, используя средства звукового редактора комплексно, а не только одним фильтром «шумодава». Предположим, вы столкнулись с еще одной разновидностью шума — постоянным писком на определенной частоте. Такой тип помех может возникнуть, например, при сильных наводках радиоаппаратуры. В этом случае используется принцип вырезания полосы частот, которая содержит нежелательный шум.

Прежде всего, для этого нужно выполнить частотный анализ трека. Чтобы получить такой график в Audacity, выполните команду «Анализ → Построить график спектра».

Теперь внимательно изучите диаграмму — частотный шум на звуковой дорожке будет виден как выпирающий горбик. Подведите курсор к этому участку, чтобы узнать точную частоту этого пика. Запомните это значение. Теперь выделите весь трек и выберите в меню программы «Эффекты → Запрос Nyquist».

В появившемся окне напишите примерно такое выражение:

• (vector (notch2 (aref s 0) 6230 50) (notch2 (aref s 1) 6230 50) ) для стереотрека,
• (notch2 s 6230 50) — если у вас одна аудиодорожка.

Число 6230 — это частота, на которой слышны помехи. Цифра 50 — это параметр, с которым вам, возможно, придется поэкспериментировать, чтобы вырезаемая частота не делала слишком заметного провала в частотном спектре аудиозаписи. Убедиться в том, что шум удален, можно как по заново сгенерированному частотному спектру, так и просто на слух.

⇡#Заключение

Использование качественной аппаратуры — дорогих микрофонов, высококлассных усилителей и т.д. — несомненно, способствует уменьшению количества шумов. Но в тех случаях, когда невозможно повлиять на качество записи, стоит вспомнить о цифровой обработке звука. И даже если полностью избавиться от сторонних помех не удастся, во многих случаях запись станет приятнее для слуха. Поэтому если вы зададитесь целью восстановить старые записи с катушечного или кассетного магнитофона, обязательно пробуйте все возможные варианты для устранения шумов, ведь, как известно, совершенству нет предела.