DE19634490A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Restaurierung historischer Tonaufnahmen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Restaurierung historischer Tonaufnahmen

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Rudolf Klopsch
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    • G11B27/031Electronic editing of digitised analogue information signals, e.g. audio or video signals
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    • GPHYSICS
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    • GPHYSICS
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    • G11B20/00Signal processing not specific to the method of recording or reproducing; Circuits therefor
    • G11B20/22Signal processing not specific to the method of recording or reproducing; Circuits therefor for reducing distortions

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Restaurierung historischer Tonaufnahmen, womit selbst bei Schellack- und Walzenaufnahmen aus der Jahrhundertwende ein Höreindruck entsteht, der vergleichbar mit modernen HiFi-Stereoaufnahmen ist.
Bei den meisten bekannten Remasteringverfahren wird die Aufnahme durch ein Rauschfiltersystem beschnitten und egalisiert. Die musikalische und technische Bearbeitung umfaßt dabei lediglich ein Entrauschen, Entklicken und dergleichen, d. h. es werden akustisch nachweisbare Störgeräusche ausgefiltert und die Aufnahme egalisiert. Dadurch wird jedoch die Aufnahme sehr blaß, klingt typischerweise sehr blechern und verliert gleichzeitig ihren räumlichen Klang.
Darüber hinaus ist es bekannt, einen räumlichen Eindruck durch die Anhebung einer Solisten- bzw. Gesangsstimme entstehen zu lassen. Die Solistenstimme wird dabei rein in der Intensität angehoben und dadurch in den Vordergrund gerückt. Diese Maßnahme mag zwar besonders beeindruckend zugunsten des Solisten wirken, entspricht aber keinesfalls der angestrebten Einbindung der Solistenstimme in das Orchester und verfremdet den Zusammenklang.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Abschwächung des Rauschens und Klickens besteht darin, die erste Aufnahme von der Originalmatritze schwach auszusteuern und dadurch die Rauschamplituden zu senken. Die schwachen Störintensitäten verschwinden, weil sie wegen der schwachen Aussteuerung nicht mehr erfaßt werden, dem Musikstück gehen gleichzeitig aber auch Originalfrequenzen verloren.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Restaurierung historischer Tonaufnahmen zu schaffen, die einen Höreindruck entstehen lassen, der möglichst nahe am Original liegt und den Ansprüchen moderner Tonaufnahmen genügt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Dadurch, daß heute von fast jedem Musikinstrument Samples zur Verfügung stehen, können die Instrumentalstimmen der historischen Tonaufnahme direkt, z. B. mit den Natursamples des betreffenden Instruments, verglichen werden. Zwischen der Frequenzanalyse einer heutigen und der historischen Aufnahme wird ein Vergleich bezüglich des Amplituden- und Inharmoniezitätsganges angestellt und fehlende Frequenzgänge der historischen Aufnahme durch Kopplung an einen Sampler zugemischt.
Mit Hilfe der Frequenzanalyse können fehlende und schwache Frequenzen von Instrumentalstimmen ergänzt bzw. angehoben und dem Original zugemischt werden. Außerdem können die nur im Schriftbild sichtbaren Originalfrequenzen, die z. B. aufgrund von Frequenzüberlagerungen der Instrumentalstimmen mit den Eigenfrequenzen des Aufnahmetrichters akustisch nicht nachzuweisen sind, erkannt und dann ergänzt bzw. angehoben und dem Klangspektrum zugeführt werden.
Der begrenzte Tonbereich der historischen Aufnahmen, der bei älteren Schellackplatten zwischen ca. 500-4000 Hz liegt, bewirkt, daß Frequenzen außerhalb dieses Bereichs meistens verzerrt, verschoben und schwach wiedergegeben werden. In der Frequenzanalyse zeigt ein Vergleich des Frequenzspektrums mit modernen Aufnahmen fehlende und schwache Frequenzen, die ergänzt bzw. angehoben und zur Erweiterung des Frequenzspektrums Samples der entsprechenden Instrumente eingesetzt werden.
Frequenzen der menschlichen Stimme, die im Original schwach ausgeprägt sind, werden ebenfalls angehoben und dem Klangspektrum, vorzugsweise über eine getrennte Tonspur, zugeführt. Bei der Bearbeitung der menschlichen Stimme werden außerdem die Obertonfrequenzen, die im höchsten Hörbereich liegen, dem Original zugemischt, um eine räumliche Öffnung und eine exakte Konsonanten-Deutlichkeit zu erreichen.
Bei der Bearbeitung der menschlichen Stimme wird soweit als möglich nach wissenschaftlichen Gesichtspunkten vorgegangen und alle noch bekannten Fakten mit berücksichtigt, die einen Hinweis auf die Stimme geben. Darunter fallen fundierte Studien über die stimmliche Ausbildung des Sängers, dessen bevorzugte Register, Stimmübungen und auch Zeugenberichte von Zuhörern, die den Sänger im Konzert erlebt haben.
Aufgrund dieser Kenntnisse wird nun die Stimme bearbeitet und eine natürliche Frequenz-Hüllkurve geschaffen, die möglichst nahe am Original liegt.
Unter Ausnutzung der Möglichkeiten der Surroundtechnik, die wiederum auf Angaben und Beschreibungen zum Originalschauplatz der historischen Aufnahme gestützt sein kann, wird ein entsprechender räumlicher Eindruck erzeugt. Virtuelle Räume werden z. B. über einen Surround-Encoder so plaziert, daß der Eindruck einer Dreidimensionalität (Pseudo-Stereo) entsteht.
In einem der ersten Verfahrensschritte wird eine Kopie vorzugsweise direkt vom originalen Tonträger, z. B. über Lichtabtastung abgenommen und über einen a/d- Wandler digitalisiert. Die direkte Tonabnahme sollte derart erfolgen, daß möglich viel Toninformation von der Vorlage aufgenommen werden kann, also z. B. an der Membran eines Grammophons, auf dem der historische Tonträger abgespielt wird.
Um jede noch vorhandene Frequenz, vor allem schwache und verzerrte Frequenzen erfassen zu können, wird im Gegensatz zu den bekannten Verfahren stark übersteuert aufgenommen.
In der folgenden Frequenzanalyse können dann die Original-Klangfrequenzen vom Rauschen getrennt und wie oben erläutert, tatsächlich fehlende und schwach ausgebildete Frequenzamplituden dem Original zugemischt, sowie die nur im Schriftbild sichtbaren Originalfrequenzen, die z. B. aufgrund von Frequenzüberlagerungen (Eigenfrequenzen des Aufnahmetrichters) akustisch nicht nachzuweisen sind, angehoben werden.
Die Dämpfung bzw. Entfernung des Rauschpegels erfolgt am einfachsten, indem das Eigen- und Grundrauschen der Aufnahme analysiert und diese Frequenzen von der Tonaufnahme ausgefiltert werden. Das Rauschspektrum des Grundrauschen ist besonders leicht aus der Leerspur der Matrize, d. h. der Spur vor dem ersten Ton der Aufnahme, abzulesen. Die Rauschfilterung kann in vorher festgelegten Frequenzbändern durchgeführt werden. Es werden z. B. Pegelgänge zwischen 12 und 17 kHz über einen Filter mit einer entsprechenden Begrenzung zur Rauschunterdrückung herausgezogen und der Aufnahme über eine getrennte Tonspur (Mono) wieder zugemischt.
Die Rauschfilterung und das Entklicken der Aufnahme könnte z. B. auch automatisch mit Hilfe einer Computerroutine ausgeführt werden.
Die digitalisierte Aufnahme wird zunächst aus Gründen der leichteren Bearbeitungsmöglichkeit mit Hilfe einer Frequenzweiche in vorher festgelegte Frequenzbänder aufgeteilt. Diese Frequenzbänder werden schließlich unter dem Gesichtspunkt der bestmöglichen Anlehnung an das originale Vorbild, wie oben erläutert, musikalisch und technisch bearbeitet.
Zur musikalisch, technischen Bearbeitung gehört auch das Kalibrieren der Aufnahme bezüglich eines Referenztones. Dadurch wird erreicht, daß evtl. technisch bedingte Geschwindigkeitsabweichungen zwischen der Originalaufnahme und Abspielgeschwindigkeit des Wiedergabegeröts mit dem original Tonträger, die u. U. eine Verschiebung der Frequenzen nach oben oder unten bewirken, ausgeglichen werden können. Die Aufnahme kann bzgl. eines bestimmten Tones, der aufgrund der Geschwindigkeitsabweichungen nicht mehr die ursprüngliche Frequenz der gespielten Note hat, z. B. durch Anpassung der Abspielgeschwindigkeit des Wiedergabegeröts, kalibriert werden.
Eine andere Möglichkeit ist die elektronische Kalibrierung z. B. mittels Mischpult, bei der das gesamte Stück elektronisch gemäß der Abweichung des Referenztones kalibriert wird.
Wenn die Kalibrierung an mehreren Stellen der Aufnahme oder kontinuierlich durchgeführt wird, können z. B. auch technisch bedingte Gleichlaufschwankungen der historischen Aufnahme ausgeglichen werden.
Ein weiterer wesentlicher Verfahrensschritt zur Schaffung eines originalähnlichen Höreindrucks ist die halltechnische Bearbeitung der Tonaufnahme. Der Eindruck einer Dreidimensionalität (Pseudo-Stereo) entsteht z. B. durch Plazierung virtueller Räume mit Hilfe eines Surround-Encoders, wiederum in Anlehnung an Kenntnisse und Angaben zum Originalschauplatz.
Einzelne Verfahrensschritte könnten sicherlich auch automatisch mit Hilfe einer geeigneten Softwaresteuerung ablaufen, indem die genannten Methoden programmtechnisch konkretisiert werden.
Durch dieses Bearbeitungsverfahren entsteht selbst bei Schellack- und Walzenaufnahmen aus der Jahrhundertwende ein mit modernen HiFi-Stereo­ aufnahmen vergleichbarer Höreindruck.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 beispielsweise erläutert. Es zeigt:
Fig. 1: ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung der Geräte, die zur Restaurierung historischer Tonaufnahmen, insbesondere zur Durchführung des nach Anspruch 1 beschriebenen Verfahrens, notwendig sind. Der originale Tonträger 1 mit der historischen Tonaufnahme - das können z. B. Pate´walzen, frühe Platten aus der Gründerzeit oder sogar Magnetdrahtaufnahmen sein - befindet sich zunächst in einem geeigneten Abspielgerät. Die Aufnahme wird dann unter sehr starker Übersteuerung über einen a/d-Wandler digitalisiert, die Obertöne mit Hilfe eines Obertongenerators 8 ergänzt und im Speicher eines Computers 2 abgespeichert.
Die starke Übersteuerung ermöglicht es, auch schwach ausgeprägte Frequenzamplituden, d. h. möglichst alle auf dem Original vorhandenen schwachen Intensitäten zu erfassen.
Die erste Kopie wird z. B. direkt über Lichtabtastung vorzugsweise von der originalen Matrize abgenommen und die Aufnahme über einen a/d-Wandler digitalisiert. Die direkte Tonabnahme erfolgt unter dem Anspruch, daß möglichst viel Toninformation von der Vorlage aufgenommen werden soll. Bei Grammophonen wird vorzugsweise direkt an der Membran abgenommen.
Um jede noch vorhandene Frequenz, vor allem schwache und verzerrte Frequenzen, erfassen zu können, wird im Gegensatz zu den bekannten Verfahren stark übersteuert aufgenommen.
Eine weitere Möglichkeit, Frequenzen des Originals noch besser zu erfassen, ist das Austesten mehrerer unterschiedlicher Nadeln auf optimale Übertragungseigenschaften.
Das in der digitalisierten Kopie vorhandene Grundrauschen und Klicken wird dann am Frequenzanalysator 3 in vorher festlegbaren Frequenzbändern ausgefiltert. Es werden z. B. Pegelgänge zwischen 12 und 17 kHz über einen Filter mit einer entsprechenden Begrenzung zur Rauschunterdrückung herausgezogen und der Aufnahme über eine getrennte Tonspur (Mono) wieder zugemischt.
Das Frequenzspektrum des Eigenrauschens und Klickens kann einfach analysiert werden, indem man die Frequenzen der Leerspur auf dem Frequenzanalysator 3 betrachtet und das Frequenzband des Musikstücks über einen Filter mit der entsprechenden Begrenzung laufen läßt.
Zum Ausgleichen von Frequenzverschiebungen aufgrund von Geschwindigkeitsabweichungen zwischen dem originalen Aufnahmegeröt und dem zur Restauration verwendeten Abspielgerät kann die digitalisierte Aufnahme anhand eines Referenztones kalibriert werden. Die Geschwindigkeit des Abspielgerötes wird dabei so eingestellt, daß der am Frequenzanalysator 3 gezeigte Referenzton genau die Frequenz der ursprünglich gespielten Note hat.
Eine andere Möglichkeit ist die elektronische Kalibrierung z. B. mittels Mischpult, bei der das gesamte Stück elektronisch, gemäß der Abweichung des Referenztones, kalibriert wird.
Wenn die Kalibrierung an mehreren Stellen der Aufnahme oder kontinuierlich durchgeführt wird, können z. B. auch technisch bedingte Gleichlaufschwankungen der historischen Aufnahme ausgeglichen werden.
Zur einfacheren Bearbeitung wird das digitalisierte Stück über Frequenzweichen 4 in geeignete Bänder aufgeteilt und dann mit einem parametrischen Equalizer bearbeitet. Die Bänder werden schließlich einzeln musikalisch und technisch bearbeitet.
Die musikalisch, technische Bearbeitung der Instrumentalstimmen umfaßt u. a. das Einsetzen und Anheben fehlender bzw. schwacher Frequenzen im Tonbereich des original Tonträgers 1. Darüber hinaus wird zwischen der Frequenzanalyse einer heutigen (Amplitudengang und Inharmoniezitätsgang von Musikinstrumenten) und der historischen Aufnahme ein Vergleich angestellt und fehlende Frequenzgänge der historischen Aufnahme durch Natursamples (Wavetables u. dgl.) von Originalinstrumenten über MIDI-Kopplung von einem Sampler 5 eingesetzt.
Des weiteren können Originalfrequenzen, die nur im Schriftbild sichtbar und z. B. aufgrund von Frequenzüberlagerungen der Instrumentalstimmen mit den Eigenfrequenzen des Aufnahmetrichters akustisch nicht nachzuweisen sind, angehoben und dem Klangspektrum mittels Mischpult 6 wieder zugeführt werden.
Falls aus den Angaben historischer Aufzeichnungen noch die genauen Soloinstrumente bekannt sind, so könnte die betreffende Instrumentalstimme mit einem Natursample genau dieses damals verwendeten Instruments verglichen und das Frequenzspektrum originalgetreu erweitert werden.
Der begrenzte, unverfälscht wiedergegebene Tonbereich der historischen Aufnahmen, der bei älteren Schellackplatten zwischen ca. 500-4000 Hz liegt, bewirkt, daß Frequenzen außerhalb dieses Bereichs meistens verzerrt, verschoben und schwach wiedergegeben werden. In der Frequenzanalyse zeigt ein Vergleich des Frequenzspektrums mit modernen Aufnahmen diese verfälschten Frequenzen, die daraufhin geändert werden.
Die so entstandenen Frequenzspreizen werden mittels Mischpult 6 schließlich wieder dem Klangspektrum über im Einzelfall bis zu 48 getrennte Tonspuren zugeführt.
Bei der Bearbeitung der menschlichen Stimme werden ebenfalls schwach ausgeprägte und fehlende Frequenzen mit einem Frequenzgenerator angehoben und ergänzt. Außerdem werden die Obertonfrequenzen, die im höchsten Hörbereich liegen, dem Original mit Hilfe eines Obertongenerators zugemischt, um eine räumliche Öffnung und eine exakte Konsonanten-Deutlichkeit zu erreichen. Aufgrund des Originalspektrums der früheren Aufnahmen, das im Bereich der menschlichen Stimme liegt, sind Verfälschungen des Stimmbildes durch diese synthetische Öffnung im oberen Hörbereich nicht möglich. Bei der Bearbeitung der menschlichen Stimme wird soweit als möglich nach wissenschaftlichen Gesichtspunkten vorgegangen und alle noch bekannten Fakten über die Stimme mit berücksichtigt.
Darunter fallen fundierte Studien über die stimmliche Ausbildung des Sängers, dessen bevorzugte Register, Stimmübungen und auch Zeugenberichte von Zuhörern, die den Sänger im Konzert erlebt haben. Es können z. B. auch Daten zum physiologischen Aufbau des stimmbildenden Resonanzraums des Sängers und sich daraus ergebende Werte zum Frequenzspektrum in die musikalische und technische Bearbeitung mit einfließen.
Aufgrund dieser Kenntnisse wird nun die Stimme bearbeitet und eine natürliche Frequenz-Hüllkurve geschaffen, die möglichst nahe am Original liegt. Ein Vergleich mehrerer Frequenz-Hüllkurven zeigt eine gewisse Ähnlichkeit in ihrem Verlauf, der etwa die Form einer Glockenkurve hat, mit dem Maximum im Grundton. Zu schwache und fehlende Frequenzen fallen sofort dadurch auf, daß sie die erwünschte harmonische Hüllkurve verzerren. Diese können unter Berücksichtigung der wissenschaftlichen Stimmdaten eingesetzt bzw. angehoben und darüber hinaus das Frequenzspektrum im oberen Hörbereich erweitert werden.
Als zusätzlicher Anhaltspunkt zur Annäherung an das originale Frequenzspektrum können mehrere verschiedene Aufnahmen des gleichen Stücks miteinander verglichen und einer Frequenzanalyse unterzogen werden. Auch aus dem Vergleich von gleichen Tönen eines Interpreten in unterschiedlichen Stücken läßt sich ein Rückschluß auf das Frequenzspektrum des Sängers ziehen und Ähnlichkeiten in der Hüllkurve ausarbeiten.
Zu diesem Zweck ist es auch möglich, z. B. unter Zuhilfenahme einer Computerroutine Frequenzeinbrüche zu füllen und eine harmonische spektrale Hüllkurve zu schaffen.
Unter Ausnutzung der Möglichkeiten der Surroundtechnik, die wiederum auf Angaben und Beschreibungen zum Originalschauplatz der historischen Aufnahme gestützt sein kann, wird ein entsprechender räumlicher Eindruck erzeugt. Virtuelle Räume werden über einen Surround-Encoder 7 so plaziert, daß der Eindruck einer Dreidimensionalität (Pseudo-Stereo) entsteht. Mit Hilfe der heutigen Computertechnik ist es auch möglich, die originale historische Aufnahme in der Hinsicht zu bearbeiten, daß neben der betreffenden Räumlichkeit auch die damalige Innenausstattung des Saales imitiert wird. Durch diese halltechnische Bestimmung läßt sich ein Raumeffekt erzielen, der die damalige Atmosphäre hörbar werden läßt.
Die so bearbeiteten Spuren werden letztlich wieder zu einem Gesamt- Klangspektrum zusammengefügt und im Speicher des Computers 2 abgelegt. Von dort kann die restaurierte Aufnahme beliebig oft auf verschiedene Tonträger kopiert werden.

Claims (14)

1. Verfahren zur Restaurierung historischer Tonaufnahmen, dadurch gekennzeichnet, daß das Spektrum der Instrumentalstimmen der historischen Tonaufnahme mit dem einer heutigen Aufnahme verglichen, fehlende und schwache Frequenzen ergänzt bzw. angehoben und/oder das Spektrum durch Instrumentalsamples erweitert wird.
2. Verfahren zur Restaurierung historischer Tonaufnahmen, dadurch gekennzeichnet, daß in der historischen Tonaufnahme fehlende und/oder schwache Frequenzen der menschlichen Stimme und/oder Instrumentalsolisten ergänzt bzw. angehoben und/oder Frequenzen im höheren Hörbereich dem Klangspektrum zugemischt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechenden Frequenzgänge der historischen Aufnahme durch Natursamples (Wavetables u. dgl.) von Originalinstrumenten über MIDI-Kopplung ergänzt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalisierte Aufnahme mit Hilfe der Surroundtechnik bearbeitet wird, so daß der Eindruck einer Dreidimensionalität entsteht (Pseudo-Stereo).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die historische Tonaufnahme über a/d-Wandler digitalisiert und einer Frequenzanalyse unterzogen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme vom originalen Tonträger (1) direkt an der Membran des Abspielgerätes erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Überspielen vom originalen Tonträger stark übersteuert durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das der Aufnahme inhärente Eigen- bzw. Grundrauschen in einem vorher festgelegten Frequenzspektrum ausgefiltert wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Pegelgänge der Aufnahme mit einem Filter zur Rauschunterdrückung bearbeitet und über eine getrennte Tonspur (Mono) nach technischer Bearbeitung (Entrauschen, Entklicken) wieder zugemischt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme mittels Frequenzweichen (4) in einzelne, vorher festgelegte Bänder aufgeteilt und diese nach musikalischer und technischer Bearbeitung wieder dem Klangspektrum zugeführt werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonaufnahme wenigstens an einer Stelle der Aufnahme auf einen Referenzton kalibriert wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Kalibrierung auch Gleichlaufschwankungen im Musikstück ausgeglichen werden können.
13. Vorrichtung zur Restaurierung historischer Tonaufnahmen, umfassend ein Abspielgerät für den Original-Tonträger (1), einen Computer (2), ein Mischpult (6), einen Frequenz- sowie einen Obertongenerator (8), einen Frequenzanalysator (3) und ansteuerbare Frequenzweichen (4) mit einem parametrischen Equalizer, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sampler (5) zur Erweiterung des Frequenzspektrums der Instrumentalstimmen der Originalaufnahme angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Surround-Encoder (7) vorgesehen ist, mit dem klangliche virtuelle Räume (Pseudo-Stereo) erzeugt werden können.
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