Убавьте громкость: методы нормализации звука на телевидении

Борис Курышев, главный инженер компании Dolby в России и СНГ, осветил историю проблемы нормализации и ее современные тенденции:

— Ещё в 70-80-е годы Dolby нормализовала звук по звуковому давлению: в условиях фиксированной среды звук в студиях и кинотеатрах можно откалибровать акустически, как это делают во всем мире. Там не существует понятия «громкость», и всё основано на звуковом давлении, то есть Sound Pressure Level (SPL). Звукорежиссер работает на слух, но поскольку контрольная и воспроизводящая система имеют одинаковые условия, на выходе получается именно то, что он слышит.

Борис Курышев, главный инженер компании Dolby по России и СНГ / Фото: Виктор Вытольский

На телевидении все сложнее. Громкость звука — субъективное понятие, и основывается оно на ощущениях. Пиковые измерения позволяют судить только об амплитудных характеристиках сигнала, а не о средних уровнях, на которые мы ориентируемся. Поэтому нормализация по пикам (то, как во всём мире работали много лет), не может гарантировать однородной громкости. Для решения проблемы необходима новая система измерений, которая должна вылиться в новую систему нормализации громкости, из которой, в свою очередь, выйдет единый стандарт. Естественно, к этому стандарту нужны практические рекомендации.

Первую попытку уйти от пикового уровня и попытаться работать с неким средним уровнем предприняли в 1942 году: тогда появился волюметр (VU). Долгие годы он оставался единственным прибором, описывающим не максимальные уровни, а некие средние выбросы сигнала.

Семинар по громкости звука на ТВ / Фото: Виктор Вытольский

В 2006 году Международный союз электросвязи выпустил рекомендацию ITU R BS.1770, в которой предложил концепцию К–взвешивания, являющуюся сейчас лучшим решением с точки зрения алгоритмов измерения громкости. Все последующие стандарты, принятые в мире, базируются на ней.

В 2009 году американское телевизионное сообщество выпустио рекомендацию ATSC A/85 для установки и поддержания уровня громкости в цифровом вещании. Она предусматривает, что громкость программы есть в метаданных. Если метаданные отсутствуют, то целевой уровень громкости при трансляции телепрограмм должен равняться -24 +/-2 LKFS. Эта система до сих пор успешно действует в США. Экспериментально была определена комфортная зона прослушивания: от -5,4 до +2,4 дБ. В ней зритель не отмечает изменений громкости.

В 2010 году Европейский вещательный союз принял рекомендацию EBU R128, которая ввела уровень громкости -23 LUFS +/-1. Максимально допустимый уровень истинных пиков не должен превышать -1 dBTP. Аналоговые уровни, описанные в ITU-R BS.645, больше не рекомендуются. Это означает, что все приборы, использующие шкалы PMS и QPPM, стали неактуальны.

В 2011 году шкалы LKFS и LUFS стали идентичными. В 2014 году была обновлена рекомендация R128, которая ужесточила допуски громкости программ до +/-0,5 и разрешила уменьшать ее по задумке режиссёра.

В 2016 году рекомендация EBU R128 s1 регламентирует измерения громкости контента коротких форм и рекламных роликов: программная громкость должна составлять –23 (+/-0,5) LUFS, а кратковременная (Short-Term Loudness) не должна превышать -18 LUFS.

В этом году в США был принят Акт, который законодательно обязал американских вещателей нормализовать громкость рекламы. Это аналог российского «закона о рекламе».
 

Генеральный директор NATEXPO Александр Широких рассказал, что к разработке рекомендаций поправок в закон «О рекламе» привлекли крупнейшего в России и Восточной Европе оператора рекламного медиарынка — «Видео Интернешнл» (VI), после чего слово взял технический директор компании, Антон Петухов.

— Мы отвечаем за реализацию рекламных возможностей самых разных СМИ. В мою зону ответственности входят два блока работы. Первый — это классические ИТ в региональных и зарубежных офисах, то есть безопасность, автоматизация и поддержка пользователей. Второй — медийный блок, связанный с подготовкой, доставкой, трансляцией и мониторингом рекламных сообщений во всех средах: эфир, кабель, спутник, ОТТ. В силу своей должности я часто сталкивался с проблемой громкости рекламы, а позже нас привлекли к разработке рекомендаций по нормированию громкости как специалистов в области медийных технологий.

Александр Широких, генеральный директор NATEXPO / Фото: Виктор Вытольский

С самого начала работы с громкостью мировая индустрия столкнулась с двумя главными вопросами: как ее измерять и регулировать. Когда тракты телерадиовещания были аналоговыми, эта задача была неразрешима. При том уровне технологий не было возможности создать прибор, который бы моделировал и измерял громкость. Вместо этого использовался уровень аналогового звукового сигнала, при этом измерялась не громкость, а электрические параметры, которые на эту громкость косвенно влияли: мощность и напряжение. Существовало два типа приборов — квазипиковые измерители (QPPM) и волюметры (VU).

Это были инерционные электрические приборы со стрелочной индикацией. Им на вход подавался электрический звуковой сигнал, и при всплеске напряжения стрелка отклонялась на определенное значение в дБ. У квазипиковых измерителей время интеграции равнялось 5 мс, а у волюметров — 300 мс. Это означает, что они не фиксировали изменения, короче указанного времени.

При аналоговом телевещании регулировку уровня вручную осуществлял звукоинженер. Если он понимал, что по тракту идут превышения, а стрелка заходит на красный уровень, то подкручивал регулятор и выравнивал сигнал. На радио проблема с уровнем звука была решена аппаратно: в тракте были установлены компрессоры и лимитеры, которые сужали динамический диапазон — разницу между самым громким и самым тихим звуком, максимально увеличивая громкость радиотрансляции. Это ухудшало качество, но для радиотрансляций это было некритично.

При переходе на цифру возникла надежда, что эта проблема будет решена, но она только обострилась, так как цифровое вещание имеет более широкий диапазон. Возможностей манипуляций с сигналом стало гораздо больше. Появилась цифровая шкала в дБ относительно максимально возможного уровня сигнала. Чтобы контролировать громкость, нужно было соотнести шкалы и убедиться, что параметры цифрового сигнала меняются так же, как и по аналоговой шкале. Из-за инерционности приборов возникал брак и аналоговые измерители не улавливали краткосрочные выбросы: если в какой-то момент происходил резкий пик, то при цифро-аналоговом преобразовании возникал щелчок, что было недопустимо. Эта проблему решили при помощи безынерционные измерителей пиков (True Peak Meter): они измеряли пики в любой момент времени, позволив избежать подобного брака.

Безынерционный измеритель пиков 

Тем не менее с рекламой проблема усугубилась. Ее появление в России практически совпало с переходом на цифровые тракты. При этом у производителей рекламных материалов задача стояла самая простая — повысить внимание к своему продукту. Они, как на радио, сужали динамический диапазон, понижая качество рекламной трансляции, но повышая громкость. Бороться с этим было невозможно: во-первых, отсутствовал стандарт, а во-вторых, ролики не превышали максимальные значения по пикам. Что происходило? Самый тихий звук в ролике делали одинаковым по уровню с самым громким.  В результате вся индустрия задалась вопросом: что делать?

Все это касается «классического» телевидения, то есть телевизионного сигнала, который распространяется в классических средах: эфире, кабеле и спутнике. Тем временем, уже несколько лет как в России, так и в мире успешно развивается четвертая среда: интернет-вещание. 

В его основе лежит Unicast с доставкой и IP-протокол. ОТТ — это среда, где вы можете смотреть телеканалы в приложениях, на смарт–ТВ, на сайтах, при условии наличия интернет-соединения. Эта среда делится на два типа: линейные и нелинейные сервисы. Линейные — это, например, эфирные каналы, нелинейные — это VoD и online–кинотеатры.

И так как вся индустрия рано или поздно перейдет на интернет–вещание, уже сейчас стоит подумать, каким образом измерять громкость в этой среде. Может быть, стоит попутно решить вопрос с разработкой соответствующего ГОСТа.
 

Илья Карепин, руководитель отдела развития ТВ-технологий VI / Фото: Виктор Вытольский

В России нет цифрового эталона звуковых сигналов для сертификации цифровых приборов и программного обеспечения.  Аналоговым эталоном же является сигнал с размахом 1В. В комплексе «АСК Громкость» установлены цифро-аналоговый и аналогово-цифровой преобразователь, чтобы соответствовать именно ему. Это главная причина, по которой некоторые из существующих приборов не могут с ним конкурировать. Также в России отсутствуют правила прозрачной сертификации цифровых измерителей громкости в качестве официального средства измерения.

Илья Карепин, руководитель отдела развития ТВ-технологий VI: 

— Одно из возможных решений проблемы — нормализация уровня громкости во время приема рекламных роликов. Этот вариант нам не подходит, так как повторная нормализация недопустимо снижает качество звука. Лучше сделать всё сразу и правильно. Другой вариант — установка процессора управления громкостью, но снабдить ими полторы тысячи каналов — задача неподъёмная даже для VI.

Илья Карепин, руководитель отдела развития ТВ-технологий VI / Фото: Виктор Вытольский

Наше решение — централизованная нормализация рекламных материалов по алгоритмам, разработанным совместно с Jünger Audio, и доставка нормализованных роликов для всех сред распространения. Нами разработан собственный измеритель уровня громкости рекламы, отвечающий методике ФАС.

Дмитрий Шейкин, технический директор компании «Телерент» / Фото: Виктор Вытольский​

Дмитрий Шейкин, технический директор компании «Телерент», представил этот инструмент. Он получил название HTS SMART AIR и использует программные компоненты Европейского вещательного союза (EBU). Эта система производит автоматический расчет и визуализацию интегральной громкости для каждого события эфирного плейлиста, а также обладает функцией производства печатных отчётов из всех доступных описательных данных. Инструмент проводит сравнение измерений, сделанных на рекламном блоке, а также за 300 секунд до и после него, то есть следует методике ФАС. В программном обеспечении устройства есть функция, которая автоматически показывает значение выделенного объекта и промежутков по пять минут до и после. В результате виден перепад громкости между выделенными объектами. Система успешно используется на Первом канале.

Портативный измеритель громкости серии TM-3 и TouchMonitor фирмы RTW (слева), звуковые процессоры Jünger Audio (справа) / Фото: Виктор Вытольский

На данный момент производители ведут обсуждение возможной сертификации HTS SMART AIR в качестве средства измерения с ВНИИФТРИ и ВНИИМС, где зарегистрирован и сертифицирован прибор «АСК Громкость». 

Ещё один отечественный прибор представил Андрей Бурцев, заместитель генерального директора по региональному развитию компании «Тракт» (Санкт-Петербург) Он показал участникам первый российский аппаратный измеритель уровня и громкости звука ТР-702. Устройство может измерять громкость и уровень сигнала в каждом аудиоканале по следующим показателям:

Результаты измерений отображаются на сенсорном экране устройства.

 Измеритель уровня и громкости звука ТР-702 (производитель — компаня «Тракт») / Фото: Виктор Вытольский

Более 150 измерителей громкости ТР-702 находятся в эксплуатации на теле- и радиокомплексах ВГТРК, НТВ и других компаний. Еще 370 находятся в производстве.

Ван Баласундарам, европейский системный инженер / Фото: Виктор Вытольский

Европейский системный инженер Ван Баласундарам представил подразделение Volicon компании Verizon Digital Media Services. Оно предлагает интеллектуальную глобальную систему отслеживания громкости Media Intelligence Platform (MIP), которая предоставляет следующие услуги: отслеживание уровня громкости, нормализация сигнала, замер пиков, замер параметров по EBU, ATSC, подготовка спецификаций и прочее. Виктор Каспаров, директор по продажам в России и СНГ, продемонстрировал ролик, рассказывающий о ее работе. Он указал, что MIP располагается на серверах заказчика и не является облаком: доступ фирмы в систему открывается только для модернизации.

Система MIP подразделения Volicon компании Verizon Digital Media Services / Фото: Виктор Вытольский

Пути мониторинга громкости во время производства указал Артур Подзорски, менеджер по продажам в странах Центральной и Восточной Европы компании TSL. По его словам, перепады громкости образуются

Традиционный нормализатор громкости в целом справляется с задачей ее выравнивания, но при этом практически всегда портит динамический диапазон программы.

Артур Подзорски, менеджер по продажам в странах Центральной и Восточной Европы компании TSL / Фото: Виктор Вытольский

Далее были представлены решения TSL: приборы серий PAM и MPA.

Андрей Ресенчук, консультант московского представительства фирмы Tektronix по видеопродукции, представил конфигурации для измерения громкости в приборах семи- и восьмитысячных серий, новые генераторы звука, программные средства измерения громкости и сохранения результатов измерений при работе с файловым контентом Aurora & Hydra и систему контроля ТВ-вещания Sentry.

Андрей Ресенчук, консультант московского представительства фирмы Tektronix по видеопродукции

Современные решения по контролю громкости рекламных блоков от Imagine Communications представил Константин Ванаг, директор по продажам в России, Белоруссии, Азербайджане и странах Центральной Азии: модули Selenio и программный модуль AERO Loudness Control в рамках универсального решения «Телеканал в коробке – Versio 3.0».

Константин Ванаг,  директор по продажам   Imagine Communications

Обзор продуктов Linear Acoustic и Minnetonka Audio предоставил Сергей Соколов, генеральный директор «Дигитон Системс» (Санкт-Петербург).

Сергей Соколов, генеральный директор «Дигитон Системс» (Санкт-Петербург) / Фото: Виктор Вытольский

Анализатор громкости компании «Теком» показал Алексей Долгов, заместитель директора, R&D.

Никита Степанов, исполнительный директор «СтудиТек» представил измерительное оборудование и ПО фирмы RTW.

Оборудование и ПО Jünger Audio представил Кристоф Харм, старший менеджер по международным продажам и Максим Зырянов, ведущий специалист отдела исследований и разработок. 

Олег Шпиленко, ведущий специалист «СтудиТек», сказал, что задачу регулировки уровня громкости решить можно, в том числе и по требованиям ФАС, но при существующих нормах невозможно сохранить всю красоту контента. Этими словами он вызвал аплодисменты в зале.

Олег Шпиленко, ведущий специалист «СтудиТек» / Фото: Виктор Вытольский​

Сергей Львович Мишенков, доктор технических наук и профессор МТУСИ, так прокомментировал сложившуюся ситуацию:

— Меня это мероприятие радует. Собралось столько людей, которые переживают не за рекламу, а за проблему регулирования громкости. Она преследует меня с 1962 года. Постоянно предпринимаются попытки подменить настоящее человеческое воздействие автоматикой. У меня сохранились фонограммы эфирных программ 1956 – 1957 года. Тогда авторегуляторов на радио практически не было. Знаете, насколько лучше звучание было тогда, чем после нормализации сигнала? 

Сергей Львович Мишенков, доктор технических наук и профессор МТУСИ / Фото: Виктор Вытольский

Фирма Jünger Audio сейчас демонстрировала ролик, снятый с помощью её нормализатора. Там выступают четыре сотрудника, но все они говорят одинаковыми голосами, не только по громкости, но и по тембру, даже женский голос чем-то смахивает на голоса этих мужчин. Если раньше на радио пытались как-то нормализовать сигнал — сверху, чтобы не было нелинейных искажений, а снизу, чтобы перекрыть шумящие каналы — то сейчас зачем?

Качество цифровых каналов выше, а мы стараемся его пережать. Уровень -22 дБ был установлен ещё в 70-е годы, обновлен в 90-е, в Советском Союзе, а потом и в России. Там была оговорена мощность, которая сейчас, с переходом на кривую К, ближе всего отражает громкость. Не кривая, которая отражает спад верхов и низов, а линейка с небольшим подъёмом после 3 кГц. Если бы этот старый ГОСТ выдерживали (а для этого есть измерители, мы их тогда делали), то и громкость рекламы не была бы такой.

Еще одна проблема: большее издевательство делать рекламные вставки перед концом фильма, когда бегут титры, где перечислены все, кому бухгалтерия должна перечислить деньги. Это пренебрежение и к людям, которые работают на телевидении, и к тем, кто его смотрит.

От автора добавлю, что раздражение зрителей вызывает не столько перепад громкости, сколько сам факт прерывания. Я поддерживаю предложение «Первого канала» законодательно оставить только требования рекомендации EBU R 128 s1, а чтобы сгладить факт прерывания, предлагаю обязательно давать объявление о начале рекламного блока с двухсекундной паузой в начале.