A zajszűrés rejtelmei

E viszonylag rövid leírásban felvonultatjuk a leggyakoribb minőségromboló zajokat és azok jellemzőit.

A digitális hangtechnika-és zene korában már nem ismeretlen a zajszűrés, zajcsökkentés fogalma. Elsősorban régi, archív felvételek vagy magas zajszintű környezetben rögzített audioanyagok esetében bír nagy jelentőséggel, de némely esetben a zeneszerkesztéshez is szorosan kapcsolódhat. E viszonylag rövid leírásban felvonultatjuk a leggyakoribb minőségromboló zajokat, azok jellemzőit és az ellenük való védekezés, szűrés vagy eltávolítás lehetséges metódusait. A zajcsökkentés íratlan szabálya, hogy a művelet során a hasznos jelek a lehető legkisebb mértékben károsodjanak, azonban olyan esetekben, amikor a zajszint magas, előfordulhat, hogy az eredeti hanginformációkban jelentős veszteség lép fel. A mastering folyamata c. cikkben már utaltunk a zajszűrés fontosságára, ám ott csak érintőlegesen említettük meg. Mielőtt a részletekbe bocsátkoznánk, meg kell említeni, hogy a zajokat két csoportra bontjuk:

véletlenszerű v. periodikusan ismétlődő zajok (pl. pattanás), állandó zajok (pl. sercegés, hiss-zaj, hum-zaj).

Most pedig lássuk a részleteket!

Pattanások megszűntetése

Elsősorban bakelitlemezeken található hanganyaggal végzett munka során találkozhatunk vele. Legfőbb jellemzője, hogy a hangban hirtelen, de rövid ideig tartó amplitúdóváltozások jelennek meg (ld. az alábbi ábrákat). Eltávolítására több lehetőség is kínálkozik, bár látni fogjuk, hogy némelyik időigényes, s emellett még alacsony hatásfokkal is rendelkezik.

A legegyszerűbb zajszűrési módszer, az érintett szakaszokon történő vágás, vagy drasztikus hangerőcsökkentés. Ha a felvételben végig hallható pattanás, ez meglehetősen hosszú javítási folyamatot szül, s a hang folyamatosságában is érzékelhetünk hibákat. Vágásnál nem mindegy, hogy mekkora területet hasítunk ki a hangból, mivel a nem nullátmeneteknél vágott hangban újabb és újabb pattanások alakulhatnak ki. Emiatt előfordulhat, hogy túl nagyra kell állítanunk a kivágandó részt, s így már a hasznos jelek is megsemmisülhetnek. Az ábrán látható pattanás hossza 0,290 másodperc; egy ilyen intenzív és hosszú zajnál már nem eredményes a fent vázolt manuális módszer.

Számos hangszerkesztőben (vagy hozzájuk tartozó plug-in-ekben) már találkozhattunk olyan funkcióval, melyet a pattanások, vagy bakelit-zajok eltávolítására, csökkentésére dolgoztak ki. Ezek egy speciális algoritmus szerint működnek, s igen hatékonyak, az eredmény sok esetben kifogástalanná válik. Az algoritmusra igaz, hogy két lépésben végzi el a kívánt műveletet: először megkeresi azokat a pontokat, ahol hirtelen amplitúdóváltozások vannak, majd ezeket a területeket törli. A második lépésben a törölt szakasz előtt és mögött található részekből mintát véve egy becsült érték szerint újraszámolja a hullámforma adatait.

Pattanás és sercegés a hangban eltávolítás előtt...

...és eltávolítás után.

Sercegések eltávolítása

Elsősorban ez is bakelitlemezekre jellemző zaj. Ennek eltávolítására nem léteznek manuális eljárások, mivel – a pattanással ellentétben – a zaj hozzáadódik a hasznos jelhez. A sercegés egy alacsony amplitúdójú, sűrű jelfolyam, így a fenti amplitúdó-változás keresésének módszere jelen esetben sikertelen lenne. A profibb hangszerkesztő programokban azonban létezik erre is megoldás, melyet rendszerint Click and Crackle Removal-nak, DeCrackler-nek, stb. hívnak. A zajszűrő algoritmus a következőképp zajlik le: a jelet két frekvenciatartományra bontják, így a sercegés elkülönöl, s az esetek nagy részében a felső spektrumzónákban helyezkedik el. Az elkülönített jelsorozaton végrehajtják a sercegésmentesítést, majd ezután a két frekvenciatartományt újraegyesítik. (A mai hangeditorok jószívvel nevezik e funkciót Vinyl Restoration-nek.)

Hum, hiss: hess!

Az állandó zajok csoportjába tartoznak, és igen nehéz jó eredményt elérni szűrésük kapcsán. A hum-zaj a váltóáram saját frekvenciájának megjelenése a hasznos jelfolyamban, melyet rossz árnyékolás is okozhat. A zaj 100-400 Hz közötti frekvenciasávon fedezhető fel, eltávolításához legtöbbször elegendő egy finoman hangolt equalizer is.

A hiss-zaj eltávolítása ettől bonyolultabb feladat, mivel ez a felsőbb frekvenciatartományba (8-14 kHz) ékelődik be. Leginkább magnetofonról, vagy más szalagos egységről mintavételezett hanganyagok velejárója. Mivel spektruma igen széles, így az eltávolítása is nehéz, sok esetben csak hasznos jelveszteség árán juthatunk "hallható" eredményhez. Eltávolítására – vagy inkább csökkentésére – az FFT-módszert alkalmazzák (Fast Fourier Transformation). Ebben az esetben a frekvenciát equalizerek segítségével igen keskeny és viszonylag nagy mennyiségű sávra bontják, ahol a sávokhoz egy-egy zajkapu is tartozik. Ez a módszer nagyon drasztikusan csökkentené a hasznos hanginformációt, épp ezért a művelet végrehajtása után az említett transzformációs művelettel újraképzik a csorbított tartományok hullámformáit.

Zajkapu

A viszonylag egyszerű zajmentesítő eljárások közé sorolandó. Lényege, hogy a felhasználó által meghatározott jelszint alatt lévő információk amplitúdója nullára redukálódik, míg a többi változatlan marad. A jelszintet legtöbbször decibelben kell megadni. Mivel az algoritmus nem dinamikus, így zenei felvételekhez nem ideális, hiszen a halkabb részek hangereje is nullára csökkenne. Az alábbi ábrán is jól látszik egy zenei felvételen alkalmazott zajkapu hátránya: a példában -16dB-es határértékkel használva

kisebb-nagyobb szakadások jelentek meg a hangban. Elsősorban tehát beszéd "megtisztítására" használhatjuk, vagy olyan hangfelvételeken, ahol közel azonos jelszinten tartózkodik a hasznos jelfolyam.

Zenei részlet hullámformájazajkapu előtt...

...és -16dB-es zajkaput követően.

Torzítások nélkül

A nem megfelelően megválasztott mintavételezési hangerő, túlhangosított anyag, zajos és változó hangerejű jelfolyamat, interferencia – és még sorolhatnánk... Ezek mind olyan tényezők, melyek torzításhoz v. idegen kifejezéssel clipping-hez vezetnek, a digitális jelfeldolgozásban azonban ez is könnyen orvosolható probléma. Egy digitalizált jelsorozatban akkor történik torzítás, ha sok egymás utáni minta a felbontásban értelmezett legnagyobb és legkisebb értékeket veszi fel. Ebből adódóan a torzítási pontok megkeresése is egyszerű, hiszen az algoritmus az ilyen szélsőséges maximum-és minimumértékek sorozatát kutatja fel, majd ott a pattanás-eltávolításnál használt eljárást hajtja végre.

A cikk végére érve megismerhettük a legalapvetőbb zajformákat és "ellenszerüket", azonban egy fontos dolgot még le kell szögeznünk – zajmentesítéskor a műveleteket mindig ebben a sorrendben hajtsuk végre: kezdjük a leghangosabb, legkarakteresebb zajok (pattanások) eltávolításával, ezután alkalmazzuk a sercegésmentesítést, ha szükségesnek véljük, s a hiss-hum-zajok eltávolítása legyen a legutolsó lépés. Így van esélyünk a lehető legkevesebb hasznos jelveszteség elérésére és a hanganyag eredeti minőségének megőrzésére.