ERK'2021, Portorož, 289-292 289 Odstranjevanje šuma gramofonskih plošč Aljaž Dobnik 1 , Urban Burnik 2 1 Univerza v Ljubljani, Fakulteta za računalništvo in informatiko, Fakulteta za elektrotehniko 2 Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, E-pošta: ad0958@student.uni-lj.si Povzetek. Vinilna plošča je glede na čas, ko je nastala, zagotovo pomemben mejnik. Še danes ponuja odličen zvok, ima pa nekaj neizbežnih pomanjkljivosti. Z uporabo se vinil obrablja, občutljiva je na mehanske in temperaturne vplive, kvaliteta zvoka je odvisna tudi od kvalitete samega vinila, ima omejitev pri trajanju posnetka na eni strani plošče oziroma se kvaliteta z dolžino manjša. V članku bomo opisali odstranjevanje enega najbolj nezaželenih pojavov na vinilnih ploščah, ki ga imenujemo šum. 1 Uvod Gramofonska plošča je analogni fizični nosilec zvočnega zapis v obliki okrogle plošče, izdelane iz vinila. Gramofonska igla, ki sledi kanalu, vibrira kot to narekuje njegova oblika in svoje tresljaje pretvarja v električni signal, ta pa je kasneje pretvorjen v zvok. Za kakovostno reprodukcijo je priporočljivo, da jo občasno tudi očistimo [2]. Kljub temu zaradi izrabljenosti, mehanskih poškodb, zamazanosti ali tehnologije zajema analognih podatkov s plošče kakovost zvoka pogosto ni ustrezna. Z naravo šuma je povezan pojem dinamičnega razpona gramofonske plošče. Razmerje med lastnim šumom plošče in najglasnejšim zvokom, ki ga lahko zapišemo brez popačenj, imenujemo dinamični razpon. Višji kot je, več najtišjih podrobnosti v zvoku bomo slišali. To so odzveni, odmevi in višji harmoniki, ki na primer določajo karakter posameznih glasbil. Dinamični razpon se izraža v decibelih, logaritmičnem razmerju med najnižjo in najvišjo možno ravnijo signala. V najboljšem primeru je ta za vinilno ploščo 70 dB in se z vsakim nadaljnjim predvajanjem zaradi obrabe slabša. Kaseta, na primer, ponuja precej slabši dinamični razpon, približno 50 dB, v najboljšem primeru z uporabo reduktorjev šuma tja do 70 dB. Le profesionalni analogni magnetofonski trak dosega dinamični razpon 90 dB, še vedno manj kot zmore CD [1]. V raziskavi smo obdelali karakteristične značilnosti šuma poškodovanih vinilnih plošč ter predlagali in demonstrirali postopke za njegovo odstranjevanje. Članek predstavlja posamezne korake za odstranjevanje šuma, rezultate opisanega procesa ter komentarje. 2 Orodja in postopki Za potrebe zajema in obdelave posnetkov z gramofonskih plošč smo uporabili brezplačno, vendar zmogljivo odprtokodno orodje Audacity. Program omogoča digitalno snemanje in urejanje zvoka in je na voljo za Windows, macOS, Linux in druge podobne operacijske sisteme. Kod smo že omenili, s programom Audacity poleg snemanja lahko zvok tudi obdelujemo in sicer na več načinov: - Odstranjujemo šum. - Dodajamo najrazličnejše efekte. - Znižujemo, zvišujemo glasnost. - Režemo visoke ali nizke tone. - itd. Da bi pred obdelavo čimbolj zmanjšali sistemski vpliv motenj, smo natančno opredelili potek zajema zvoka z gramofonskih plošč (zgled: ang. Sample workflow for LP digitization, [3]), ki obsega: 2.1 Čiščenje vinilne plošče Da bi očistili mikro delce prahu, ki se je zažrl na površino plošče, uporabimo mehko tkanino. To je najverjetneje najboljša metoda za čiščenje plošče, saj to vrsto nečistoče predstavljajo majhni trdni delci, ki jih je moč mehansko odstraniti s površine. Pripravimo raztopino mlačne vode, ki jo pomešamo z malo detergenta za pomivanje posode. Pri tem se skušamo izogniti, da bi zmočili etiketo, saj bi jo v tem primeru lahko nenamerno odstranili. Pralno sredstvo, ki smo ga pripravili, odplakne tudi vse mastne prstne odtise. Počasi spiramo, tako da odstranimo vse pralno sredstvo. Na koncu ploščo pomijemo z destilirano vodo, saj destilirana voda ne pušča ostankov. Ploščo za tem temeljito posušimo na zraku. 290 2.2 Poravnava ukrivljene plošče Če je LP oziroma vinilna plošča ukrivljena, zagotovo ne bo pravilno predvajala glasbe. Da ukrivljanje odpravimo, oziroma ploščo izravnamo, potrebujemo dva kosa ravnega lepljenega lesa (iverke). Vinilno ploščo od spodaj in od zgoraj prekrijemo s tkanino, da les ne bi poškodoval plošče. Vinilno ploščo postavimo med lesene plošče in na vrh le te položimo nekaj težkega (malo večji kamen, železno ploščo, ipd.). Pustimo nekaj dni v topli sobi in za tem poizkusimo vinilno ploščo predvajati. V testnem primeru tega koraka nismo potrebovali, saj je bila vinilna plošča povsem ravna. 2.3 Nastavljanje glasnosti snemanja V orodni vrstici programa Audacity najdemo posebno okno, kjer lahko opazujemo glasnost snemanja. Okno prikazuje slika 1. Glasnost glasbe nastavimo tako, da nam okno za izravnavanje glasnosti ne pokaže rdeče barve, ko jo v glasbi prisoten najglasnejši ton (nekje med 0 in -6 dB). Glasnost lahko spreminjamo na več načinov. Lahko jo spreminjamo na zvočni kartici in sicer s potenciometrom, kjer imamo priključen mikrofon (ang. Input Gain), lahko pa jo tudi spreminjamo v programu. Če želimo glasnost spreminjati v programu, se ponovno postavimo v opravilno vrstico, kjer pa glasnost nastavljamo z drsnikom, ki ga prikazuje slika 2. V tej projektni nalogi smo za glasnost uporabljali le zvočno kartico, zato smo morali v programu nastaviti drsnika na maksimum. 2.4 Snemanje glasbe Za izvedbo snemanja smo uporabili zvočno kartico (U-PHORIA UMC22) znamke Behringer. Za predvajanje gramofonske plošče (BON JOVI, Slippery When Wet – Livin' On A Prayer) smo uporabili gramofon znamke Muse (MT-110 B). Po priklopu opreme smo najprej izvedli nastavljanje glasnosti, ki smo ga opisali v poglavju 2.3. Sledilo je snemanje posameznih skladb. Valovno obliko surovega posnetka prikazuje slika 3. Slika 3: Valovna oblika posnetka 2.5 Varnostna kopija surovega posnetka Preden izvedemo kakršno koli spreminjanje posnetka je najbolj pomembno, da ustvarimo kopijo surovega posnetka, saj se nam lahko med samim spreminjanem posnetka pripetijo določene težave, ali pa posnetek trajno spremenimo v primerjavi s surovim posnetkom. To storimo, tako da podvojimo datoteko (posnetek). Enega imamo kot kopijo, drugega pa obdelujemo. 2.6 Odstranjevanje DC odmika Normalizacija poizkuša odstraniti kakršne koli DC odmike od amplitude. Tehnično to stori tako, da poišče povprečje vseh vrednosti vzorca v izboru, nato pa odšteje to povprečno vrednost od vseh vzorcev. DC odmik lahko povzroči klike in popačenja ter omeji prostor, ki je na voljo za normalizacijo, s čimer pa se lahko omeji tudi glasnost. Za normalizacijo najprej označimo celoten posnetek, nato se v orodni vrstici postavimo na Učinki (ang. Effects) in izberemo Normaliziraj (ang. Normalize). Vrednost največje amplitude je po prevzeti nastavitvi nastavljeno na -1 dB, vendar ta vrednost daje malo prostora za učinke in predvajanje glasbe brez popačenja. Zato smo vrednost nastavili na -3 dB, da se normalizira na nižje amplitude. Normaliziranje prikazuje slika 4. Slika 4: Normalizacija 2.7 Odstranjevanje klikov in pokov Obstaja več načinov s katerimi lahko Audacity odstrani klikanje in pokanje v posnetku. Kliki in poki so posledica mehansko obrabljene vinilne plošče. S prostim očesom lahko na valovni obliki posnetka vidimo klikanje in pokanje. To so podolgovate in tanke črtice, ki »štrlijo« iz valovne oblike posnetka. Klikanje in pokanje je prikazano na sliki 5. Slika 1: Okno za izravnavanje glasnosti v orodni vrstici Slika 2: Drsnika za spreminjanje in sprejemanju glasnosti 291 Slika 5: Kliki in poki Klikanje in pokanje odstranimo tako, da se v orodni vrstici pomaknemo na zavihek Učinki (ang. Effects), nato pa izberemo Odstranitev prsketa (ang. Click Removal). Slika 6 prikazuje kako smo odstranili en klik, ki je dobro viden na sliki 5 (nekje na 5,8 s). Prsketanja nismo morali povsem odstraniti, saj jih program v sami valovni obliki obravnava kot del glasbe. Vse skupaj se bolje da odstraniti z postopkom za odstranjevanje šuma, kakršen je predstavljen v naslednjem poglavju. Slika 6: Odstranjeno klikanje in pokanje 2.8 Odstranjevanje šuma Če posnetek pozorno poslušamo, v njem slišimo ogromno nekega šuma, ki je sestavljen iz najrazličnejšega prsketanja in pokanja, kateri so posledice že prej omenjene poškodovane plošče ali pa poškodovane gramofonske igle. Kot posledice šuma lahko naštejemo tudi okolico, kjer smo ploščo posneli, kvaliteto mikrofona, zvočne kartice, itd. Za tem, ko smo ploščo dobro očistili, pripravili za snemanje, posneli, normalizirali in odstranili pokanje sledi še odstranjevanje šuma. Postopek je prikazan v dveh korakih: 2.8.1 Lociranje in označevanje Najprej na posnetku lociramo prisotnost šuma. V našem projektu smo to storili povsem na začetku, ko se glasba še ne predvaja. Tam je po navadi prisotnega največ šuma. Slika 7 prikazuje lokacijo (označeno od 0 do 5 s), kjer je v posnetku prisoten šum. Slika 7: Označevanje šuma 2.8.2 Odstranjevanje šuma Ko to storimo, moramo ta del posnetka analizirati. Audacity bo izdelal profil šuma in si zapomnil karakter šumenja. Odstranjevanje šuma poteka z matematičnim odštevanjem dveh krivulj, kjer dobimo zašumljen posnetek, od katerega odštejemo modeliran šum. Želene vrednosti za odstranjevanje šuma smo nastavili na (slika 8): - Odstranjevanje šuma (dB) → 20 - Občutljivost → 10 - Glajenje frekvenc (pasovno) → 5 Slika 8: Nastavljene vrednosti za odstranjevanje šuma Rezultati odstranjevanja šuma so prikazani v poglavju Rezultati. 2.9 Naraščanje glasnosti in utišanje glasnosti (ang. Fade In/Out) glasbe Sam posnetek bi lahko polepšali tudi z učinkom bledenja (ang. Fade In/Out Effect). To storimo tako, da se v orodni vrstici postavimo na zavihek Učinek (ang. Effects) in tam poiščemo Studio Fade Out učinek. Ker pa je naša glasba že bila posneta z Fade In/Out učinkom, nam tega koraka ni bilo potrebno izvesti. 2.10 Izvažanje posnetka kot WAV ali MP3 mapo Ko glasbo predelamo po naših željah, oziroma ko smo v opisanem procesu izvedli prej omenjene postopke je čas, da posnetek izvozimo v izhodni format. Izbrali smo MP3 obliko. To storimo tako, da se postavimo na zavihek Datoteke (ang.), nato pa na gumb Izvozi (ang. Export). 292 Tam lahko izberemo možnost za izvoz datoteke v MP3 obliki, lahko izvozimo tudi kot WAV ali kot OGG. 3 Rezultati Zanimivo je, da v primeru odstranjevanja pokanja in klikanja nismo uspeli odstraniti vseh pokov in klikov. To je dokaj logično, saj sam program v valovnici ne prepozna vseh pokov in klikov, oziroma upošteva, da so navedeni zvoki sestavni del glasbe, zato jih ne more odstraniti. Mislimo pa, da nam je s tem pristopom dobro uspelo odstraniti te glasne in opazne (slišne) poke in klike. Rezultat tega smo že prikazali na sliki 6. Ko pa smo se lotili odstranjevanja šuma, pokanja in klikanja z učinkom odstranjevanja šuma pa je zadeva postala veliko bolj smiselna. Šuma na začetku in med glasbo praktično ni več videti na valovni obliki, niti slišati na slušalkah ali zvočnikih. Slika 9 prikazuje valovno obliko po tem, ko smo šum odstranili z učinkom odstranjevanja šuma v programu Audacity. Slika 9: Odstranjen šum Iz valovne oblike na sliki 9 je torej dobro razvidno, da smo šum skoraj popolnoma odstranili. Tudi glasba je postala nekoliko tišja, kar pa je najverjetneje posledica tega, da je program identificiral, da je pri glasnih tonih prisoten šum. Pravzaprav računski postopek tukaj ne more biti popoln, saj tudi karakter šuma ni popoln. Ker ima vzorec šuma, ki smo ga izmerili, vedno tudi nekaj podobnosti z oblikami, ki se nahajajo tudi v glasbi, ga nikoli ne bo možno popolnoma izolirati. Zaradi tega je rezultat očiščena glasba, ki zveni preveč čisto, zveni prazno, kot bi ji primanjkovalo barve. Dogajalo se je, da so bili v procesu čiščenja šuma nekateri zvoki popačeni. Program je lepo odstranil nepotrebne zvoke iz »ozadja«, le tisti najglasnejši poki so ostali slišni in sicer potiho, tako, da to ni tako velik problem. Seveda, lahko še tudi to odstranimo z označevanjem in potem pobrišemo te dele ven, ampak je to dolgotrajen in precizen postopek, saj lahko s tem skrajšamo glasbo in je potem takem lahko tempo glasbe nepravilen. 4 Zaključek Za zaključek bi lahko dejali, da smo se iz eksperimenta naučili veliko novega o samih gramofonih, gramofonskih ploščah, programu Audacity, itd. Povemo lahko, da se s samim čiščenjem vinilne plošče, torej tistim, ko uporabljamo vodo in milnico, ne odstrani šuma ampak le tu in tam kakšen mali pok ali klik. Odstranjevanje šuma s programom Audacity pa je zelo učinkovito. Sploh, ko smo sledili postopkom na spletni strani Audacity-a, smo glasbo zelo dobro predelali. Lahko rečemo, da se zdaj sliši skoraj kot iz CD- ja. Zanimivo je, da se je uporaba gramofonskih plošč z izumom CD-ja in kasete znatno pomanjšala. Ko pa je prišel na dan še Internet in vsi drugi možni predvajalniki glasbe, pa še toliko bolj. Seveda v svetu najdemo še ogromno ljudi, ki radi poslušajo glasbo iz gramofonov, s tem ciljam bolj na naše babice in dedke. Se mi zdi, da se bo uporaba gramofonov z leti spet nekoliko povečala, saj se sam »Retro« trend spet uveljavil med popularnimi. Posledično se postavlja tudi vprašanje, ali sploh odstranjevati šum s posnetkov oziroma ali šum odstranjevati v polni meri. Obstajata dva različna pogleda na to vprašanje, izpostavili pa bi radi mnenje strokovnjaka, ki pravi: "Pustite šum pri miru, zadeva se bo sama rešila po naravni poti. Človekovo uho je čudovit aparat, ki bo sprocesiral slišani signal, ga poslal kot skozi filter, vsa odštevanja bodo opravili možgani v živo, in vse dokler sega šum od izven slišnih nizkofrekvenčnih do visokofrekvenčnih valovnih dolžin, bo človek lahko užival v originalno zveneči glasbi, ne da bi šum pri tem sploh opazil." 5 Viri in literatura [1] Dranki Dak. Čiščenje in odstranjevanje šuma. [Elektronski]. Dostop na: http://racunalnikinglasba.blogspot.com/2015/07/cisc enje-in-odstranjevanje-suma.html. [10.5.2021] [2] Janez Golič. Esej: Analogno, digitalno... in glasba [Elektronski]. Dostop na http://www.rockobrobje.com/adg_e.html. [10.5.2021] [3] Sample workflow for LP digitization [Elektronski] https://manual.audacityteam.org/man/sample_workfl ow_for_lp_digitization.html#set. [10.5.2021] [4] Wikipedia. Record restoration. [Elektronski]. Dostop na: https://en.wikipedia.org/wiki/Record_restoration#Re cord_cleaning. [10.5.2021] [5] Jim Hagerman. Eliminating noise in vinyl playback systems. [Elektronski]. Dostop na: https://www.gcaudio.com/tips-tricks/eliminating- noise-in-vinyl-playback-systems/. [10.5.2021] [6] Removing Vinyl Record Noise [Elektronski]. Dostop na: https://www.youtube.com/watch?v=krWIvP9DKvc. [10.5.2021]