Last updated on

Dec 13, 2014

Upper page

Mastering

ПРОГРАММНЫЕ МОДУЛИ ДЛЯ МАСТЕРИНГА

Анатолий Вейценфельд, Алексей Лукин

Статья напечатана в журнале «Звукорежиссер», №7, 2007.

Oдним из важнейших этапов производства звукозаписей является финальная обработка фонограммы перед изготовлением оригинального мастер-диска, с которого на заводе компакт-дисков будет изготовлена матрица для печати тиража. Эта финальная обработка фонограммы называется мастерингом. Помимо манипуляций со звуком, на стадии мастеринга производят чисто техническую операцию по созданию «образа» компакт-диска, т. е. добавление к звуковым трекам служебной информации (ТОС, PQ-коды и т. п.)

Иногда финальную обработку звука называют «студийным мастерингом» или «премастерингом», чтобы подчеркнуть его отличие от «заводского мастеринга». Но тут надо учитывать, что и на заводе осуществляется процесс, который тоже теперь стали называть «премастерингом», — это входной технический контроль качества мастер-диска, поступившего со студии или лейбла. Подобная терминологическая путаница нередко встречается в области стремительно развивающихся цифровых технологий.

Напомним, что журнал «Звукорежиссер» постоянно уделяет внимание этой теме (К. Баранов «Мастеринг на Pro Tools» 5/1999; С. Титов «Беседы о мастеринге. Первое приближение» 8/2001; А. Субботин «Мастеринг для менеджера» 6/2002; С. Титов «Оборудование для мастеринга» 7/2002; Л. Орлов «Концептуальное решение для многоканального мастеринга», 7/2002; А. Лукин «Системы понижения разрядности в мастеринге», 1/2003; А. Лукин «Технологии мастеринга: максимайзеры», 1-2/2004; Г. Градов «Мастеринг как он есть» 8-9/2004; О. Качанко «Мастеринг в проджект-студиях и в продакшн-студиях на радио», 4/2006; А. Вейценфельд «Британский мастеринг в Москве», 10/2006; А. Лукин «Тест конвертеров частоты дискретизации»).

В своем развитии премастеринг прошел тот же путь, что и ранее приборы частотной коррекции и динамической обработки — эквалайзеры и компрессоры. Те, как известно, первоначально появились в студийной практике как чисто технические устройства: эквалайзер был призван скорректировать неравномерность АЧХ тракта записи и вещания, а динамические приборы — защитить тракт от перегрузки при радиопередачах и записи на пластинку. В этом было главное отличие эквалайзеров и компрессоров от ревербераторов, изначально предназначенных для создания художественных звуковых эффектов. Лишь со временем звукорежиссеры обнаружили, что приборы частотной и динамической обработки позволяют изменить тембровые характеристики звучания, и их также можно использовать в художественных целях для создания определенного характера звучания голоса, музыкальных инструментов и т. д.

Сходный путь прошла и финальная обработка звука. Изначально, еще в эпоху виниловых пластинок, задачей обработки готовой фонограммы после микширования было привести запись в соответствие с технологическими требованиями, предъявляемыми спецификой грампластинки: уменьшить уровень низких частот по т. н. кривой RIAA, уменьшить динамический диапазон всей фонограммы для обеспечения устойчивости движения иглы в канавке, сделать с помощью реверберации незаметными монтажные склейки и т. п.

И также лишь со временем стало ясно, что финальная обработка готовой фонограммы может существенно изменить характер всего звучания записи, может помочь скорректировать некоторые ее недостатки. Вот на этом этапе вокруг мастеринга появилось множество мифов, лучше всего отраженных в известной звукорежиссерской шутке: «Испортили при записи — поправим при сведении, не поправили при сведении — поправим при мастеринге». К сожалению, многие музыканты и продюсеры воспринимают эту шутку всерьез, возлагая на финальную обработку фонограммы задачи то ли реставрации, то ли даже реанимации… Оборотной стороной такого подхода к мастерингу является его активное неприятие многими звукорежиссерами старшего поколения, особенно работающими в области классической музыки. Они считают, что премастеринг может испортить их запись, и запрещают всякую пост-микшерную обработку звука. Надо признать, что делают они это не без оснований — случалось, что записи классической музыки попадали в руки мастеринг-инженеров, не обладающих должной музыкальной культурой, и подвергались коррекции, сильно искажавшей характер музыкального произведения.

Вообще полемика вокруг вопроса «что можно, а чего нельзя делать со звуком при финальной обработке» продолжается многие годы и, скорее всего, не имеет однозначного решения. Ведь ни один мастеринг-инженер не скажет, что его работа заключается в том, чтобы портить звук — даже если все вокруг в один голос говорят, что он именно этим и занимается…

Многие ошибочно полагают, что раз мастеринг производится для подготовки к выпуску на цифровом носителе — компакт-диске, то мастеринг — это чисто цифровой процесс. Это далеко не так — многие мастеринг-инженеры производят наиболее ответственные операции на аналоговых приборах высшего качества, а некоторые до сих пор предпочитают полностью аналоговую финальную обработку с последующей оцифровкой. Особенно знаменита в этой области «синяя» серия Focusrite, включавшая параметрический эквалайзер, компрессор и гейт. Более того, нередко инженеры мастеринга обрабатывают одну и ту же фонограмму как аналоговыми, так и цифровыми приборами, или даже комбинируют в работе аналоговые и цифровые приборы с программными средствами. О последних и пойдет речь в настоящем обзоре.

Итак, какие же операции производятся при мастеринге и с помощью каких средств?

В общем виде для финальной обработки фонограммы используются эквалайзер (как правило, параметрический), компрессор (часто 3-4-полосный, который принято называть многополосным), лимитер, дэ-эссер, эксайтер и расширитель стереобазы. Особое место среди приборов (точнее, функций) мастеринга занимает максимайзер. Финальной стадией мастеринга является приведение цифровой фонограммы к формату компакт-диска. Поскольку цифровой мастеринг осуществляется в форматах высокого разрешения 24 бит/96 кГц (иногда и 192 кГц), необходим пересчет цифрового контента в формат 16 бит/44,1 кГц, который производится с помощью приборов либо программных модулей — конвертеров разрядности и частоты дискретизации (SRC). Эта конвертация включает и функцию снижения заметности цифрового шума (dithering).

Эквалайзер — это прибор, меняющий амплитуды частотных составляющих сигнала. Основное применение эквалайзера при мастеринге — коррекция тембра фонограмм и согласование частотного баланса треков на диске. К коррекции тембра прибегают, когда в результате неудачного сведения материал обладает выраженными тембральными перекосами, снижающими художественную ценность записи, а переделать сведение невозможно. Согласование частотного баланса треков на диске нужно для устранения резких изменений общего тембра при переходе от одного трека к другому, приводящих к дискомфорту при прослушивании.

Важные характеристики цифрового эквалайзера — это его управляемость и наличие визуального контроля получаемой АЧХ и спектра сигнала. По управлению эквалайзеры делятся на графические, параметрические и параграфические. По принципу действия их можно отнести к одному из двух классов: с линейной ФЧХ и с нелинейной. Все аналоговые эквалайзеры имеют нелинейную ФЧХ. Однако линейность ФЧХ не обязательно является преимуществом. Во многих случаях разница между эквалайзерами с линейной и нелинейной ФЧХ и одинаковыми АЧХ незначительна. А в отдельных случаях (например, для узкополосных режекторных фильтров) нелинейная ФЧХ даже более предпочтительна, так как минимизирует предваряющий звон фильтра. В обоих случаях для минимизации звона рекомендуется использовать фильтры с как можно меньшими значениями добротности, то есть с плавными АЧХ.

Многополосный компрессор — это прибор, разбивающий сигнал на частотные полосы и применяющий динамическую обработку к каждой из полос по отдельности. В большинстве многополосных компрессоров используются кроссоверы с 3…5частотными полосами. При этом они могут иметь как линейную, так и нелинейную фазу. Основное назначение многополосных компрессоров — коррекция динамики отдельных составляющих микса и согласование динамики треков на диске. Применение к сложной полифонической фонограмме обычного (однополосного) компрессора может повлечь модуляцию тихих и протяжных инструментов микса (например, длинных нот струнных) громкими и импульсными (например, большим барабаном). Многополосность позволяет снизить влияние динамики инструментов друг на друга при компрессии.

Как правило, многополосные компрессоры позволяют настраивать частоты кроссовера, а также по отдельности управлять динамической обработкой в каждой частотной полосе, то есть задавать порог срабатывания, степень компрессии и скорость работы компрессора (время атаки/восстановления). Обычно скорость работы компрессора устанавливается меньшей для низкочастотных полос, чтобы снизить нелинейные искажения.

Преобразование частоты дискретизации — одна из операций, традиционно выполняемых цифровыми средствами. Для изменения частоты дискретизации в некратное число раз используется серия из повышения частоты, низкочастотной фильтрации сигнала и понижения частоты. При этом качество результата напрямую зависит от качества цифрового фильтра, используемого при передискретизации. К возможным артефактам этого преобразования можно отнести:

• частотный дисбаланс или повторы сигнала вследствие неравномерности АЧХ фильтра в полосе пропускания;
• нелинейные искажения сигнала, наложения спектра — вследствие недостаточного подавления фильтра в полосе подавления или невысокой разрядности при преобразовании;
• нечеткость стереокартины, едва заметные искажения басов — вследствие сильного «звона» фильтра (осцилляций импульсной характеристики во временной области).

Некоторые инженеры предпочитают преобразовывать частоту дискретизации наиболее «естественным» способом: воспроизводя цифровой сигнал через качественный ЦАП и записывая его с другой частотой дискретизации через качественный АЦП. На самом деле такой способ лишь привносит дополнительные искажения в сигнал. Дело в том, что внутри ЦАП и АЦП уже осуществляется цифровое изменение частоты дискретизации, часто — неоднократное. Вдобавок к этому сигнал искажается и другими звеньями преобразователей. Возможно, результат двойного ЦА/АЦ-преобразования и будет звучать чище, чем низкокачественный программный SRC-конвертер, но вряд ли сможет сравниться по качеству с лучшими программными конвертерами (например, iZotope 64-bit SRC, Weiss Saracon, Voxengo r8brain).

Максимайзер (мастеринговый пиковый лимитер) — это прибор для ограничения пиков сигнала с целью предотвращения перегрузки при последующем увеличении уровня сигнала. Эффективное и прозрачное ограничение пиков возможно лишь в цифровой области. Это объясняется тем, что для предотвращения искажений «клиппирования» лимитеры должны реагировать на пики сигнала с упреждением, то есть до того, как они наступят.

К важным качествам максимайзера можно отнести способность сглаживания амплитудных огибающих, применяемых к сигналу, и возможность настройки его скоростных параметров (например, времени атаки и восстановления лимитера). «Медленный» лимитер будет вносить в звук эффект «проваливания» (pumping) резких ударов, атак. А «быстрый» лимитер может вносить заметные нелинейные искажения и амплитудные модуляции в продолжительные мелодические звуки, но в то же время его искажения коротких ударов будут слабо заметны в силу низкой чувствительности слуха к кратковременным нелинейным искажениям. Поэтому скоростные характеристики лимитера важно подбирать в зависимости от конкретного материала. Лучшие лимитеры обладают возможностью автоматически подстраивать время восстановления в зависимости от «ударности» материала, одновременно снижая «проваливание» атак и нелинейные искажения продолжительных нот (например, Waves L2, iZotope IRC Limiter, Voxengo Elephant).

Еще одним важным свойством максимайзеров является возможность оценивать и ограничивать пики не только цифровой волны, но и аналоговой волны, которая будет восстановлена из цифровой. Так как пики аналоговой волны могут превышать пики соответствующей цифровой волны на 1 дБ и более, то они могут привести к перегрузке ЦАП, даже если цифровая волна была корректно ограничена. Для уменьшения этого эффекта часто рекомендуют нормализацию сигнала после лимитера не под 0 дБ, а, например, под –0,3 дБ. Но в данном случае это лишь полумера. Лимитер с возможностью ограничения «аналоговых» пиков (например, Waves L1+, iZotope IRC Limiter) справится с задачей аккуратнее.

Еще один важный аргумент для оставления некоторого зазора по уровню вблизи 0 дБ — это предотвращение клиппирования сигнала при кодировании в формат МР3 (и другие форматы психоакустической компрессии). Поскольку психоакустическая компрессия сигнала приводит к искажению формы волны, то пиковые уровни при этом могут возрасти на величину до 1 дБ и более (чем ниже битрейт, тем сильнее возможное изменение пиковых уровней). Проявляются эти искажения при декомпрессии сигнала в процессе воспроизведения: возникает клиппирование, и часто намного более заметное, чем остальные артефакты компрессии. Поэтому если предполагается возможность кодирования материала в МР3 (или другие форматы кодирования с потерями), то рекомендуется устанавливать верхнюю границу пиков сигнала примерно на –0,5 дБ (особенно если будут использоваться невысокие битрейты). Это особенно важно в связи с популяризацией «сетевого» метода распространения музыки.

Понижение разрядности цифровой записи — финальная стадия мастеринга. Обычно разрядность понижается до 16 бит при частоте дискретизации 44,1 кГц для записи на компакт-диск. На такую же частоту и разрядность рассчитано большинство МР3-кодеров. Простейший и наименее качественный способ понижения разрядности — это отсечение младших значащих битов (truncation). Он вызывает такие артефакты, как нелинейные искажения сигналов малой амплитуды и модуляция уровня шума квантования в зависимости от сигнала.

Для более качественного понижения разрядности используются технологии дитеринга (dithering) и формирования спектра шума (noise shaping). Их общее свойство заключается в том, что путем добавления к фонограмме небольшого шума они полностью устраняют нелинейные искажения и модуляции при квантовании сигнала. Преимущество методов noise shaping в том, что они позволяют распределить спектр вносимого шума в наименее слышимые частотные диапазоны (например, в ультразвук), благодаря чему снижается его заметность. Некоторые системы noise shaping формируют спектр шума не оптимально или излишне агрессивно, что может приводить к неприятной окраске шума. Поэтому нелишним будет проверить звучание системы снижения разрядности, прослушав после квантования усиленный фрагмент сигнала с очень низким уровнем.

При мастеринге важно соблюдать правильную последовательность операций. Снижение разрядности — это всегда самый последний этап, ведь любые операции над фонограммой со сниженной разрядностью либо повышают ее разрядность, либо приводят к автоматическому truncation или dithering. Операция по изменению частоты дискретизации может существенно изменить пиковые уровни сигнала, поэтому нет смысла выполнять ее после лимитирования. Верный порядок операций таков: SRC, частотная коррекция (эквализация), компрессирование, лимитирование (или использование максимайзера), снижение разрядности. В некоторых программных модулях функции максимайзера и снижения разрядности совмещены, но алгоритмически они выполняются в верном порядке.