Двухканальные монофонические записи. Об анализе стереопанорамы

В интернете есть довольно много стерео записей (т. е. имеющих два канала), которые однако же представляют собой моно запись, а точнее, первоисточником таких материалов является одноканальная запись. Как правило, такие записи встречаются на торрентах, в разделах собственных оцифровок (с монофонических грампластинок) и т. п., однако подобное нередко встречается и на фирменных компакт-дисках со старыми записями. Причиной всему, как правило, является либо оцифровка моно записи в режиме стерео, либо кодирование оцифрованной одноканальной записи в режиме стерео. Впрочем, в случае с компакт-дисками здесь всё довольно логично: стандарт предусматривает запись исключительно в режиме стерео.

В большинстве случаев определить монофоническую запись на слух не представляет труда, особенно в наушниках (т. к. они обладают практически полным разделение каналов, взаимопроникновение отсутствует). Однако, здесь есть некоторые нюансы, и заключаются они в том, что строго-технически такие записи во многих случаях не являются монофоническими: информация в каналах совпадает не полностью. Почему такое происходит? Во-первых, если разделение на стерео происходило при аналоговой записи (то есть было два физических канала), содержимое каналов не будет идентичным по определению: в обоих каналах будут присутствовать шумы, которые из-за своей случайной составляющей не могут быть идентичны; сюда же относятся различные фазовые задержки и прочие искажения. Если разделение на два канала происходило в цифровом виде, перед штамповкой диска, здесь теоретически тоже могут быть различия, по причине возникновения ошибок записи в том или ином канале. Единственным, пожалуй, случаем, в котором содержимое каналов будет идентично, является конвертирование моно записи в режиме стерео. Так, например, некоторые кодеки AAC всегда дают на выходе декодера двухканальный поток, независимо от того, был источник одно- или двухканальным.

Итак, какие же программные инструменты мы можем задействовать для анализа стереопанорамы? Во-первых, это могут быть различные визуализации. Здесь я ограничусь только плеером foobar2000: в случае с ним можно воспользоваться, например, VST-плагином iZotope Ozone. Вот так выглядит визуализация фазы монофонического сигнала в Ozone 5:

Эта диаграмма довольно точно отражает субъективные впечатления от прослушивания: при прослушивании моно источник звука может перемещаться исключительно по оси ближе/дальше (громче/тише), вперёд/назад, но не влево/вправо. Также обратите внимание на индикатор корреляции: он показывает стопроцентную положительную корреляцию — сигналы идентичны. Фактически мы имеем пример нулевой (ширины) стереопанорамы.

А вот, что будет, если инвертировать один из каналов:

Корреляция сменилась на стопроцентную отрицательную (сигналы в противофазе), диаграмма отображает сигнал по оси лево-право. Субъективно это воспринимается как «звук в голове», т. е. размазанный по оси, проходящей через левое и правое ухо. Это ещё один предельный случай — максимальная ширина панорамы.

А вот график настоящей стерео записи:

Фазовые сдвиги, а также корреляция, в данном случае вполне логично идут вразнобой. Руководствуясь первыми двумя примерами, можно определить ширину панорамы, визуально оценив размах диаграммы по горизонтальной оси.

А вот как раз пример того, о чем я говорил. Запись фортепианного этюда Листа, сделанная около 1960 г.:

Это оцифровка монофонической грампластинки, и стереофоническими тут по сути являются только шумы. В таких случаях диаграмма фазы как правило симметрична относительно горизонтальной оси, и её точки располагаются в непосредственной близости от этой оси.

Однако, не всегда всё так очевидно — это касается как звучания, так и визуального отображения. В записи может быть довольно много шумов, в том числе случайно возникающих, фазовых сдвигов и прочих неприятностей, которые могут вести в заблуждение. Потому расскажу об ещё одном способе, в некоторых случаях более эффективном, чем визуальная оценка фазы.

Скорей всего вы слышали о двух различных способах представления стереофонического сигнала — Left/Right и Mid/Side. Второй способ — это преобразование вида M=(L+R)/2, S=(L-R)/2. Таким образом, в первом канале будет содержаться сумма левого и правого, а во втором — их разница (конечно же всё делим на два, иначе получим слишком высокую громкость).

Так вот, для foobar2000 есть даже специальный плагин — Mid/side stereo converter —, позволяющий выполнять преобразование между этими представлениями. Им мы и воспользуемся.

Нас прежде всего интересует именно канал Side, поэтому добавляем обработчик в цепочку DSP и включаем вывод разностного канала:

Если ваша карта (или другие обработчики в цепочке) некорректно выводит монофонический сигнал (на выходе конвертера мы получаем один разностный канал), можете добавить после Mid/Side обработчик «Convert mono to stereo».

Ну а теперь слушаем: что у нас в канале Side, и что в канале Mid (переключайте настройки конвертера). В Mid мы конечно же получим сведённый в моно сигнал, а вот Side, как правило, является показателем. Если громкость и содержимое M и S примерно одинаковы, перед нами обычная стереофоническая запись. В случае с полностью монофонической записью разностный канал будет содержать тишину. В случае, если различия между каналами только в шумах, при вычитании полезная составляющая превратится в нуль, и на канале Side останутся только шумы. То есть фактически в канале Side мы слышим различия между L и R.

Конечно, лучше один раз услышать, чем сто раз прочитать, потому вот запись этюда Листа с того самого диска:

а вот содержимое канала side:

Итак, мы слышим, что при вычитании каналов уровень полезного сигнала у нас значительно снизился, а относительный уровень шумов вырос. Это говорит о том, что различия полезного сигнала в каналах незначительны (мы услышали музыку лишь потому, что громкость одного из каналов в записи чуть выше), а вот шумовой сигнал, напротив, не имеет положительной корреляции. Строго говоря, можно допустить, что шумы имеют отрицательную корреляцию, однако это практически исключено в реальных условиях, и к тому же в данном случае не имеет места, так как иначе бы в канале Mid шумы были бы меньше, чем в оригинале (компенсировали бы друг друга), а этого не происходит. Следовательно, можно заключить, что данная запись монофоническая.

На этом всё, have fun, как говорится. Да, ещё добавлю, что если вам не нравится звучание монофонических записей (оно действительно может вызывать усталость), можете включить в том же iZotope Ozone реверберацию.