Текст книги "Компьютерная обработка звука"

Щелчки и всплески звука часто обнаруживаются в записях, сделанных с виниловых пластинок, или возникают в результате плохого редактирования на стыке звуковых фрагментов. Они обнаруживаются визуально как острые пики на волновой форме аудиосигнала. Функция Click Removal (Устранитель щелчков) находит эти пики и может автоматически удалить их или значительно уменьшить их слышимость.

Основной способ использования функции Click Removal состоит в том, чтобы выбрать некую область в звуковом файле, включить функциональный поиск и попробовать автоматически удалить все найденные щелчки.

Щелчки могут быть устранены методом интерполяции или методом замещения поврежденного участка звукового файла данными с другого стереоканала или же с аналогичного фрагмента записи.

Алгоритм удаления щелчков разработан таким образом, чтобы находить и удалять щелчки и всплески звука, имеющего неширокополосный спектр. Предполагается, что после устранения любых подобных сбоев будет использована функция Noise Reduction для удаления другого фонового шума.

Модуль Click Removal запускается из меню, предназначенного для размещения встраиваемых приложений DirectX (в Sound Forge – DirectX) по команде Sonic Foundry Click Removal. Откроется окно Sonic Foundry Click Removal, показанное на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Окно Sonic Foundry Click Removal

Функция Click Removal достаточно проста. Сначала выбирается Click removal method (Метод удаления щелчков): Replace (Замена) или Interpolate (Интерполяция, или Реконструкция).

С помощью Replace программа устраняет щелчки, заменяя их похоже звучащими аудиоданными из того же звукового файла. Replace – хороший метод для устранения громких щелчков и сбоев. Однако из-за множества замен при изобилии сбоев может возникать нежелательный эхо-эффект. Если это именно так, попробуйте снизить параметры настройки Slope sensitivity (Чувствительность по фронту сигнала) или используйте метод Interpolate.

Если в записи содержится громкий низкочастотный гул, настоятельно рекомендуется отфильтровать его перед использованием метода Replace.

При выборе пункта Interpolate программа пытается устранить щелчок, логически восстанавливая форму волны на его месте. Этот метод лучше всего воздействует на краткие по длительности щелчки, тогда интерполяция более точна.

Затем следует отрегулировать чувствительность, чтобы правильно настроить алгоритм на работу с обрабатываемым материалом.

Регулятором Slope sensitivity определяется, как алгоритм распознает щелчки. При малых значениях параметра алгоритм обнаруживает сбои только с крутым фронтом сигнала, а при больших – сбои и с крутым, и с пологим фронтом. Значит, чтобы обнаруживать только самые резкие щелчки, следует снижать чувствительность. Опасность слишком сильного увеличения чувствительности заключается в том, что программа повлияет и на другие аудиоданные. Внимательно слушайте предварительные результаты процесса, чтобы убедиться, что удаляются только щелчки.

Регулятором Proximity (Уровень близости) определяется, насколько близко друг от друга могут находиться щелчки. Высокие параметры настройки приведут к большему количеству находимых сбоев, а низкие заставят алгоритм тщательнее анализировать аудиоданные перед принятием решения о наличии сбоя. Параметры настройки выше 85 могут приводить к неправильному обнаружению сбоев.

Чтобы уменьшить число неправильно обнаруженных сбоев, включите опцию Extra verification when searching for clicks (Дополнительная проверка при поиске щелчков). В таком случае выполняется дополнительный анализ, чтобы предотвратить неправильное обнаружение сбоя. Если опция отключена, время обработки уменьшается, но ошибочно определенных щелчков будет больше, поэтому рекомендуется всегда устанавливать этот флажок.

Обратите внимание, что сбои, встречающиеся в первые 100 мс звучания файла, не обнаруживаются. Если в этом интервале имеются щелчки, их следует удалить вручную. Также целесообразно вставить в начало звукового файла 100 мс тишины, которые можно удалить после завершения работы со щелчками.

С того самого дня, когда Эдисон сделал первую запись звука на специальном цилиндре, нарезав на нем звуковую дорожку, в милях крошечных углублений выгравированы тысячи и тысячи часов звука. Форма этих углублений аналогична форме звуковых волн, но все равно несовершенна. Добавьте грязь, царапины, износ – и рецепт потери неоценимых исторических записей готов.

Функция Vinyl Restoration (Восстановитель записей с виниловых носителей) разработана для удаления из старых записей как импульсных помех (щелчков), так и широкополосных поверхностных шумов. С помощью расширенной методики фильтрации обнаруживаются и автоматически удаляются щелчки, появившиеся по причине грязи и царапин на поверхности носителя записи. Затем применяется метод, подобный функции Noise Reduction, чтобы снизить слышимость широкополосных поверхностных шумов, свойственных старым записям.

Восстановленные записи, однако, никогда не достигнут качества современных. Поэтому все внимание при обработке следует сосредоточить на их восприятии. Большинство людей не обращает внимания на некоторое шипение или приглушенный шум, возникающие при воспроизведении старых записей. Но неестественное звучание может вызывать раздражение.

Модуль Vinyl Restoration запускается из меню, которое предназначено для размещения встраиваемых приложений DirectX (в Sound Forge – DirectX) по команде Sonic Foundry Vinyl Restoration. Откроется одноименное окно, показанное на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Окно Sonic Foundry Vinyl Restoration

В верхней части окна расположен регулятор Click removal amount (Уровень числа удаляемых щелчков). Им определяется чувствительность алгоритма. Чем больше число, тем больше щелчков будет удалено. Однако программа может также удалить и материал, который требуется сохранить (например, резкий удар барабана). Если это происходит, уменьшите значение Click removal amount. Обычно приемлем уровень ниже 10.

При значении 1 будут удалены только самые громкие щелчки. При значении 20 будут обнаружены и удалены как самые слабые, так и самые громкие щелчки. Для большинства ситуаций рекомендуется устанавливать эту величину между 3 и 18, так как ниже 3 щелчки обнаруживаются крайне редко, а при значениях выше 18 за щелчки часто принимается полезный сигнал (так называемое ложное обнаружение).

Опция Reduce noise by (Понизить шум на) определяет уровень шумоподавления, который будет применен к выборке: при 0 дБ шумоподавление отсутствует, при 100 дБ оно максимально. Рекомендуемые значения – от 6 до 20 дБ. Обратите внимание на то, что шумоподавление применяется только к частотам выше значения Affect frequencies above (Воздействовать на частоты выше) и с амплитудами ниже Noise Floor (Нижний шумовой порог).

Опция Affect frequencies above может принимать значения от 100 до 10000 Гц; шумоподавление будет воздействовать только на частоты свыше этой настройки. Если при шумоподавлении удаляется слишком много высокочастотных составляющих, можно поднять эту пороговую частоту или же снизить значение Reduce noise by отдельно или вместе со значением Noise Floor.

Регуляторами Attack speed (Скорость реакции на атаку сигнала) и Release speed (Скорость реакции на затухание сигнала) устанавливается скорость реакции программы на изменения в уровне шума (в областях значений для каждой опции от 1 до 20).

Опцией Attack speed определяется, как алгоритм шумоподавления ведет себя при появлении сигнала. При очень низких значениях алгоритм не успевает реагировать на быстрые переходы, и они могут быть удалены из звука. В свою очередь, очень высокие значения могут привести к заметным искажениям при быстрой атаке сигнала.

Release speed определяет, как быстро алгоритм шумоподавления реагирует на затухание шумового сигнала. Более высокие значения могут привести к отсечению окончаний длительных медленно затухающих звуков.

Регулятор Noise Floor используется для определения того, какой сигнал является шумом, а какой нет. Шумоподавление применяется только к сигналам ниже значения Noise Floor, которые можно установить от – Inf. до -40 дБ. В большинстве случаев это значение следует оставлять в интервале от -60 до -85 дБ, в зависимости от того, насколько зашумлена запись. Для сильно зашумленных записей нижний шумовой порог надо поднять.

Чтобы получить свободную от сбоев запись, всегда можно воспользоваться модулем Sonic Foundry Click Removal до и после выполнения функции Vinyl Restoration. Иногда полезно вручную удалить самые большие сбои перед обработкой. А вот удаление поверхностного шума – это процесс, предполагающий экспериментирование, в котором параметры настройки почти всегда должны быть скорректированы в зависимости от вида конкретной записи. Рассмотрим, как это делается.

1. Установите опцию Reduce noise by в -8 дБ, Affect frequencies above – в 2000 Гц. Затем увеличивайте значение Noise Floor, пока не уменьшится высокочастотный шум.

2. Далее можно увеличивать или уменьшать уровень шумоподавления с помощью опции Reduce noise by. При 0 дБ шумоподавления не будет. Установка значения намного выше 15 дБ зачастую приводит к нежелательным искажениям или слишком большими потерям высокочастотных составляющих.

3. Величина Reduce noise by воздействует только на шум с частотами выше Affect frequencies above. Например, если вы хотите применить шумоподавление только к самым высоким частотам, можно установить значение Affect frequencies above в 8000 Гц. Это необходимо сделать, если уровень шумоподавления, которого вы пытаетесь достичь, неблагоприятно воздействует на исходный материал.

4. После некоторого экспериментирования вы получите нужный уровень шумоподавления, нижний шумовой порог и комбинацию частот для вашей конкретной записи. Всегда придется идти на компромисс между тем, насколько вы хотите уменьшить шум и сколько высоких частот вы готовы при этом потерять. Часто самое лучшее – просто пойти на уменьшение шума.

Если после выполнения функции Vinyl Restoration остается много широкополосного шума, запуск Sonic Foundry Noise Reduction может дать существенное улучшение отношения сигнал/шум. На самом деле, если у вас есть время и терпение, выполните Vinyl Restoration без шумоподавления (0 дБ), а затем воспользуйтесь Sonic Foundry Noise Reduction. При таком методе обычно достигаются наилучшие результаты.

Шумоподавитель DeNoiser

Производитель: Steinberg.

Предполагает установленный DirectX.

DeNoiser (Шумоподавитель) удаляет широкополосный шум из любых аудиозаписей. Алгоритм, на котором основана работа данного модуля, способен отслеживать и корректировать изменения в фоновом шуме. Это означает, что шум может быть уменьшен без побочных эффектов, с сохранением в записи пространственного впечатления и яркости звука. Разработке используемых в DeNoiser методов корректировки звука предшествовало более пяти лет научных исследований.

Принцип работы шумоподавителя такой же, как и у модуля к программе Sound Forge, однако с его помощью можно удалить не все шумы.

Алгоритм действия данного приложения основывается на вычитании спектральных составляющих сигнала. Интенсивность каждой частотной полосы спектра, которая имеет амплитуду ниже определенного шумового порога, уменьшается при помощи спектрального экспандера (расширителя спектра). В результате происходит такое подавление шумов, при котором на фазу сигнала воздействие не оказывается.

Схема на рис. 3.6 иллюстрирует движение сигнальных потоков.

Рис. 3.6. Схема работы приложения DeNoiser

В первом модуле непрерывно оценивается шумовой порог поступающего сигнала. Если уровень шума постоянен или меняется медленно, то порог шумоподавителя устанавливается в значение, соответствующее найденному уровню. Фрагменты с быстрыми изменениями уровня шума остаются без изменений, чтобы поддержать живость и естественность звучания.

Системные требования, предъявляемые к компьютеру (при работе в WaveLab, с монофоническим выходом, в режиме реального времени), следующие:

• Pentium 133 МГц;

• минимум 16 Мбайт ОЗУ, рекомендуется 32 Мбайт.

И входной, и выходной сигналы могут быть как моно, так и стерео. Для работы в режиме стерео в реальном времени понадобится более мощный компьютер.

Окно DeNoiser имеет вид, показанный на рис. 3.7 (версия для WaveLab). Версии для разных программ могут несколько отличаться по дизайну, но функционально они идентичны.

Рис. 3.7. Окно DeNoiser

Большой дисплей в левой части окна DeNoiser необходим при настройке параметров. Он содержит следующие графические элементы: график спектра, спектральную оценку шумового порога и графическое представление параметра Offset (Смещение).

Темно-зеленый график спектра показывает частотный спектр воспроизводимой в настоящее время записи. По горизонтальной оси откладывается частота (в линейном масштабе), а по вертикальной – амплитуда (в логарифмическом масштабе, в децибелах).

Желтая линия – это спектральная оценка шумового порога. Его среднее значение, изменяющееся во времени, показано в числовом виде под дисплеем.

Светло-зеленая горизонтальная линия – это графическое представление параметра Offset. Ее положение должно быть откорректировано таким образом, чтобы данная линия находилась выше желтой линии шумового порога, но при этом как можно ближе к ней. Темно-зеленый график спектра поможет вам подстроить установку уровня, с тем чтобы был удален только шум, а не полезная часть сигнала (в идеале светло-зеленая линия должна находиться между желтой линией и графиком спектра).

Параметры DeNoiser можно изменять непосредственно во время воспроизведения. Изменения вступают в силу практически сразу (в зависимости от быстродействия вашего компьютера). Это дает вам возможность экспериментировать и сделать вывод о характере взаимодействия параметров настройки. Рассмотрим эти параметры.

Bypass (Обход). Когда эта кнопка нажата, сигнал проходит через модуль без обработки. Используется, чтобы сравнить качество звука до и после обработки.

При этом частотный анализ сигнала выполняется всегда, независимо от положения переключателя, что позволяет постоянно контролировать в дисплее окна DeNoiser шумовой порог, спектр и уровень спектра.

Offset (Смещение). Этот параметр служит ограничителем, в рамках которого выполняется шумоподавление. Для оптимального шумоподавления с минимумом окраски звука этот параметр должен быть установлен чуть выше уровня шумового порога. Для удобства на графике уровень показан светло-зеленой горизонтальной линией, в то время как шумовой порог очерчивается желтой линией.

Регулятором Reduction (Уменьшение) устанавливается величина шумоподавления. Чем выше значение, тем больше шумов будет подавляться.

Регулятор Ambience (Звуковое окружение) определяет баланс между величиной шумоподавления и объемом оставляемого без изменений звука, что важно для достижения естественного звучания. При низких значениях звук может стать безжизненным, потерять яркость. С другой стороны, при высоких значениях сохраняется характер исходного звука, однако подавление шума происходит менее эффективно.

Кнопки A и B позволяют мгновенно переключиться между двумя настройками DeNoiser, чтобы испытать и сравнить разные конфигурации. Их можно также использовать для различной настройки двух фрагментов аудиозаписи. Делается это следующим образом:

1. Проведите настройку параметров модуля.

2. Щелкните по кнопке Store (Сохранить) и затем по кнопке A.

3. Выполните другой вариант настройки.

4. Нажмите кнопку Store и затем кнопку B.

Теперь оба варианта настроек сохранены и можно переключаться между ними простым нажатием кнопки A или кнопки B.

В начале работы модулю требуется краткий период времени (менее секунды) для анализа звука и установки внутренних параметров. Чтобы избежать этой паузы, надо воспроизвести короткий фрагмент записи (для того, чтобы DeNoiser определил шумовой порог), затем остановить процесс и запустить его с самого начала.

Устранитель щелчков DeClicker

Производитель: Steinberg.

Предполагает установленный DirectX.

Модуль DeClicker эффективен при борьбе со щелчками и выпадениями звуков. Работает в режиме реального времени (сразу при воспроизведении звукового файла слышен результат действия программы).

Его можно применить не только для восстановления старых записей (например, на виниловых пластинках), но и для устранения таких резких звуков, как гитарный скрежет, неожиданные помехи от плохого контакта разъемов, а также пощелкивания при сбивке синхронизации нескольких звуковых устройств. Кроме того, он способен устранить выпадения звука (характерные для записей на магнитной ленте) продолжительностью до 60 выборок.

Следует учесть, что DeClicker не предназначен для борьбы с длительными сериями коротких щелчков. Для того чтобы устранить подобного рода постоянный шум, DeClicker следует использовать совместно с шумоподавителем.

Принцип работы устройства заключается в специальном алгоритмическом анализе звукового сигнала, в результате которого и обнаруживаются щелчки. Характер и местоположение всех найденных щелчков заносятся в список.

Вид модуля DeClicker показан на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Окно встраиваемого модуля DeClicker

Чувствительность анализа регулируется параметрами Mode (Режим) и Threshold (Порог).

Затем алгоритм подавления щелчков применяется к сформированному списку. Этот процесс можно визуально наблюдать на экране дисплея DSP-Performance (Качество обработки) в окне модуля DeClicker, что помогает подстроить параметры. Звук, не определенный алгоритмом как щелчок, не будет подвергаться никакой обработке.

В большинстве случаев полезный сигнал, находящийся в зоне щелчка, будет безвозвратно утерян при удалении щелчка. Это приведет к выпадению звука. DeClicker способен автоматически реставрировать часть волны. Именно эта способность и может быть использована для восстановления звука в записях на магнитной ленте. Продолжительность таких провалов, которые еще поддаются обработке, может достигать 60 выборок (примерно одна миллисекунда при частоте дискретизации 44,1 кГц).

Перед применением модуля DeClicker не следует обрабатывать сигнал высокочастотными фильтрами, так как в этом случае щелчки станет труднее обнаруживать.

Для работы в реальном времени в WaveLab требуется Pentium 133 МГц или выше и 16 Мбайт оперативной памяти (лучше 32 Мбайт).

Рассмотрим назначение расположенных в окне модуля органов управления.

При нажатии на кнопку Audition (Прослушивание) на выход модуля поступает только удаляемый сигнал, то есть непосредственно щелчки, а если при этом регулятор Deplop (Устранение пришлепываний) выведен из крайнего левого положения (то есть включен), то на выход подается еще и сигнал низкочастотного диапазона. Этот режим используется для диагностики качества выполняемой обработки.

Четыре режима, выбор которых можно произвести в секции Quantity – Quality (Количество – Качество), предназначены для настройки степени обработки сигнала. Чем выше номер режима, тем выше качество удаления щелчков и восстановления звука. Ну и, конечно, тем больше требуется ресурсов процессора.

Регулятором Threshold (Порог) устанавливается уровень амплитуды щелчков, начиная с которого они будут замечаться программой. В большинстве случаев DeClicker находит больше щелчков, чем вы воспринимаете на слух. Поэтому сначала устанавливается высокое значение порога, а затем при прослушивании порог надо постепенно снизить до требуемой величины, чтобы удалить именно то, что вам необходимо.

Дополнительно настраивается специальный низкочастотный фильтр Deplop (Устранение пришлепываний), который работает с сигналами частотой ниже 150 Гц. Он помогает избавиться от такой звуковой помехи, как пришлепывание, которая иногда появляется после удаления щелчков.

Кнопки секции Mode (Режим) предназначены для настройки под разные виды звукового материала. Old (Старые) используется для восстановления «антиквариата», старых записей с ограниченным содержанием высокочастотных составляющих. Standard (Стандартные) – для широкого спектра звуковых данных (этот режим надо испробовать в первую очередь). Modern (Современные) – для нынешних записей с широким частотным диапазоном.

Дисплей DSP-Performance (Качество обработки) используется при настройке параметров Threshold (Порог) и Quantity – Quality (Количество – Качество). Если кривая добирается до верха окна, значит, достигнут максимум параметра и алгоритм может не справиться со всеми щелчками, имеющимися в записи. Тогда следует снизить значение Quantity – Quality. При этом учтите, что не всякий видимый в дисплее пик волны является щелчком.

На дисплее DeClick-Performance (Качество удаления щелчков) отображаются две кривые: красным цветом показан оригинальный необработанный материал, а зеленым – сигнал после обработки. С помощью данного дисплея определяется качество обработки. Если она не выполняется (например, в записи нет щелчков), зеленая кривая накладывается на красную и полностью ее закрывает. При удалении щелчка появляется и красная кривая. В таком случае хорошо видна разница между входным и выходным сигналами (для наглядности в дисплее она представлена несколько преувеличенно).

В правой части окна расположен виртуальный индикатор уровня выходного сигнала. Фирма выпускает DeClicker как в моно-, так и в стереовариантах (на нашем рисунке изображен моновариант). Кстати, обработка каждого канала в отдельности может дать лучший эффект, поскольку и настройки соответственно будут выполняться отдельно.

Методика работы с DeClicker такова.

Сначала выберите режим распознавания записей. В большинстве случаев начинать работу надо, как уже говорилось, с режима Standard (Стандартные). Задайте параметру Quantity – Quality высшее значение (4). Threshold (Порог) выставьте в 50 %. Если такие настройки не дают приемлемого результата, поэкспериментируйте с вариантами, сравнивая их с оригиналом при включенной и отключенной кнопке Audition (Прослушивание).

При комбинировании режима Old (Старые) и крайних положений Threshold и Quantity – Quality можно достичь интересного эффекта смягчения атаки ударных и духовых инструментов.

Во время работы модуля неизбежно возникает задержка сигнала, поэтому, чтобы не возникло сдвига по фазе в стереосигнале, надо на каждый канал ставить по модулю, если применяется программа в варианте моно.

Помимо своего прямого назначения модуль можно использовать для обработки записей с заметными искажениями (с обрезанными пиками сигнала). Он может несколько сгладить обрезанные пики при помощи интерполяции сигнала.