Будущее музыки: преодолеть стену шума

Война громкости, которую многие аудиофилы считают нападением на музыку (и уши), стала секретом полишинеля звукозаписывающей индустрии в последние 20 лет.

Слово «война» тут отсылает нас к состязанию рекорд компаний в том, как делать альбомы громче и громче. Но война громкости может гораздо больше, чем просто повышать громкость и злить поклонников — она может затормозить развитие технических качеств звука на годы вперед.

Сверхсжатие

Посмотрите на разницу между формами волн записи 20-летней давности и современной.

Так было было в конце 80-х — начале 90-х.

Так стало в современности:

Вторая волна не только больше по амплитуде, но и сильно сжата — разница между пиковыми точками и средним уровнем громкости незначительна. У современной песни кардинально уменьшен динамический диапазон — разница между громкими частями (пиками) и тихими частями звука.

Музыка, как и речь, динамична. Есть громкие и тихие моменты, которые нужны, чтобы подчеркивать друг друга и передавать больше смысла. Когда динамический диапазон песни сильно сокращен ради достижения громкости, то звук станет аналогом диалога, когда кто-то постоянно кричит, а не говорит. Почему же естественное течение музыки было принесено в жертву?

Эпоха винила

В начале 60-х рекорд-компании поняли, что громкие песни в джукбоксах привлекают больше внимания, чем тихие. Люди же субъективно оценивают громкость песни не по пиковым значениям, а по среднему. Значит, чтобы побить песни конкурентов, надо повышать общую громкость.

Физические ограничения винила не позволяют наращивать громкость бесконечно. Пластинка покрыта лаком с V-образными канавками — так нарезаются вибрации аналогового звука. Чем громче песня, там более глубокие канавки нужны, чтобы создать большие вибрации. Так как поверхность плстинки ограничена, то пришлось бы жертвовать временем звучания — широкие канавки забирают большую площадь.

Мастеринг песен под винил всегда был балансом между громкостью и временем звучания. Время звучания обычно побеждало и жертвовали громкостью — так получалось экономить на стоимости производства огромного числа виниловых дисков каждого альбома. Проще было повышать громкость на синглах — пластинках, на которых было по одной песне с каждой стороны. Но в целом, средний уровень и синглов, и альбомов был примерно одинаковым.

Пришел CD

CD появился в начале 80-х и принес много радости аудиофилам. Например, цифровой носитель убрал шум от пыли и царапин и ограничения в динамическом диапазоне. CD поддерживал диапазон до 96 Дб, в отличие от 70 Дб у винила. В начале 80-х, когда для мастеринга не было доступных цифровых технологий обработки звука, на CD записывали музыку просто с более широким динамическим диапазоном.

В отличие от винила, громкость которого зависела от физических характеристик, у CD было точное ограничение по громкости, заложенное в его стандарте — разновидности импульсно-кодовой модуляции (pulse code modulation — PCM).

PCM использовался в телефонии для оцифровки аналоговых сигналов: замерялся кусочек сигнала и его уровень записывался числом.

То, как часто производятся такие измерения, называется частотой выборки (sampling rate). Общее число уникальных уровней, которые можно хранить для каждого кусочка, определяется числом битов. Когда Sony и Phillips определяли стандарт аудило CD, то они определили частоту выборки в 44,1 кГц по 16 бит на каждый кусочек.

Пример оцифровки волны:

Самый громкий уровень (16 бит, заполненных единицами) обозначается как 0 децибелл на шкале dB full scale (dBFS). Все что тише — обозначается отрицательными числами.

К концу 80-х стали появляться мультидисковые CD-чейнджеры, и как в истории борьбы громкостей в джукбоксах, рекорд-компании хотели, чтобы их CD выделялся среди других. К концу 80-х песни на CD были усилены по громкости так, что пики подходили почти к 0 dBFS. Теперь, чтобы увеличить средний уровень так, чтобы не отрезать самые громкие части и не терять часть информации (аналог дисторшена), пришлось ужимать пики и делать компрессию.

Цифровые компрессоры легко позволяли опустить пики и поднять общий уровень песни так, что уже уменьшенные пики достигали 0 dBFS. В результате средний уровень песни увеличивался.

В 80-е мастеринг CD происходил так, что пики приходились на -6 dBFS при среднем значении от -20 dBFS до -18 dBFS для всей песни. В 90-е средний уродвень псен был около -12 dBFS. В 2000-е — около -9 dBFS. По сравнению с серединой 80-х средняя громкость выросла в 10 раз, а пиковые значения в 10 раз упали. Оверкомпрессию использовала не только большая четверка рекорд-компаний, но и независимые лейблы.

CD умер, а громкость нет

Физические носители умирают, но оверкомпрессия продолжается. Большая часть доступной в онлайне цифровой музыки была отмастерирована для CD!

Но проблема не только на стороне производства. Если слушать музыку в шумной обстановке — в машине, поезде, на работе — музыка должна быть громкой, чтобы компенсировать шум. Компрессия убирает все тихие моменты песен, поэтому слушатели теперь могут слышать все песню даже в шумной обстановке.

Может быть поэтому большинство слушателей устраивает потеря динамики в песнях. Они постоянно слушают музыку далеко не в идеальных условиях.

Некоторые музыканты продолжают выпускать альбомы и на виниле. Такие издание менее сжаты и иногда специально отмастерированы под винил.

Один из ярких примеров — альбом Stadium Arcadium группы Red Hot Chili Peppers. Сравните два кусочка:

Но иногда рекорд-компании не делают ремастеринг, а выпускают просто пониженные по громкости версии.

Ломая стену

Казалось, что еще два hi-fi формата помогут в войне с громкостью:
— DVD-Audio — 24 бит, 192 kHz стерео, диапазон 144 dB
— SACD — 1 бит, 2.82 MHz, диапазон около 120 dB

Но потенциальный выигрыш от аудио высокого качества остается незаметным, хотя технология и существует. Отчасти, hi-fi не нужен рекорд-компаниям, отчасти, самим слушателям. А аудиофилы возвращаются к винилу.

Возможно, выйти из войны громкости помогут алгоритмы нормализации, например, Replay Gain, который встроен во многие проигрыватели. Благодаря Replay Gain песни звучат на среднем уровне громкости, так что слушателю не нужно каждый раз подстраивать громкость. Replay Gain не убирает компрессию, но сглаживает громкости песен так, что эффект «крика» пропадает.

Winamp использует Replay Gain, iTunes и iPod используют свой алгоритм — Sound Check.

Что будет дальше — зависит от слушателей, которым будет дело или не будет до того, что и как они слушают.

Источник: The Future of Music
IEEE.org, Suhas Sreedhar, 1 августа 2007

✋