古琴历史录音的数字修复研究

王 芳, 曹 勐, 李大康

(1.中国音乐学院 管弦系，北京 100101； 2.中国音乐学院 音乐学系，北京 100101；3.中国传媒大学 音乐与录音艺术学院 录音系，北京 100024)

古琴是中国传统乐器的典型代表，不少琴人、学者和各种研究机构也对中国古琴音乐的研究有着极大的关注.在20世纪流行的钢丝录音或磁带录音，早已退出实用性舞台，大部分珍贵的古琴名家弹奏的音乐音响未能得到及时有效的保护；即使是现在遗存下来的少数音响档案，也由于年代的久远和当时录音技术的限制，未能真实地还原古琴的音色及演奏技巧.所以，对古琴历史音响档案的修复就显得尤为迫切.

1 我国古琴录音音响样本选取

1.1 取样原则

此次修复项目的对象主要是存放于中国艺术研究院中的古琴磁带音响，经过中国艺术研究院的工程师模数(Analog to Digital, A-D)转换的数量有274首，悉数拿来做样本举例说明显然是不可能的[1].

首先，我们必须思考： 选取的样本在技术上是否具有可修复的操作性，如果拿到手的一批音响资料已经是“面目全非”的，修复工作无从下手，显然这批资料不具有作为样本的可能性.其次，取样要尽量做到典型和全覆盖[1]，也就是说要在大量的音响资料中选取典型的、有代表性的进行研究，并且样本存在的问题要尽量同样存在于整个音响资料中.

由于这批古琴音响资料受中国艺术研究院和人民音乐出版社的版权保护，对于原始音频的电源格式、磁带转速等一些相关的技术参量和A-D转换的设备、操作步骤以及磁带保存的环境、温度、湿度等信息，笔者很难精确地了解到.再加上原始音频受当时录音技术和设备的限制，不可能有详细的专业技术参数的记录.因此，从原始音频相关技术参量的角度来取样显然是不可取的[1].

经过笔者与中国艺术研究院的工程师沟通，了解到这批古琴历史录音的载体，最初未必都是由磁带录制，其中有一小部分是钢丝录音，再由钢丝录音转磁带录音，进而保存到现在的.但具体哪些是由钢丝转磁带的录音，我们没有找到详细的记载，所以从原始音频载体分类的角度取样也不可行.

因此，笔者在聆听了大量的古琴历史音频后，为了使选取的样本更贴合修复实践的可操作性，确保研究结论的真实可靠，于是按照音频资料存在的问题，结合修复的可操作性，将存在的问题进行分类总结，进一步来选取样本，这些样本主要包括査阜西、陈树三、陈心园、陈尧庭、陈泽锽、陈长林、程午加、沈伯重大师的一些录音.

1.2 样本问题概述

这些音频资料存在一个共性的问题，就是噪音大，声音的清晰度很低，有的弹唱音乐甚至不具备修复的可操作性，即使在降噪后，也很难调整弹奏和演唱的声音比例，比如査阜西的《胡笳十八拍》存在严重的失真和严重的背景噪声的干扰.而大部分历史录音虽然存在噪音，但还是可以听清楚乐音的，这些是我们修复的重点对象.此外这些录音在音色、动态、声场等方面也存在一些缺陷.

2 我国古琴录音音响样本的修复研究

2.1 修复基本理念

2.1.1 该去除什么？

音频修复首先要以获得最佳播放信号为基本理念.所谓“最佳”，即要在合适的音色与降噪之间把握好度，不能以牺牲音色为代价一味地追求噪声的去除，也不能让人觉得噪音太多影响清晰度.Obert-Thorn[注]Mark Obert-Thorn，美国音频修复工程师，他研究并修复了格什温的《蓝色狂想曲》钢琴部分.曾经提出“适度干预”的修复理念，他并不赞成过度地清除噪音，而使音色发生改变.Obert-Thorn的理念是： 成功的修复不应该引起人们的注意，而是应该让人们听到最清晰的音乐表现.并且，他不提倡为去除磁盘的嘶嘶声而使用过分的人工混响和假立体声.所以，我们应当在不损失音色的前提下，将音频中的各类噪声去除.

2.1.2 该保留什么？

关于音频的修复，我们普遍认同的理念是“以旧做旧”，尽量保持历史音频的固有风貌.这里既包括演奏者原汁原味的演奏特色，也包括磁带录音时代单声道特有的音响感觉.

首先，对于古琴来说，不同的演奏家存在不同的演奏派别、演奏风格，而这些演奏派别和风格就体现在他们的演奏技巧和对情感的运用上，对于一些声音，比如指尖摩擦琴弦的声音、琴弦的起振噪音，或是演唱时换气的气口等，这类反映演奏家风格特色的音响，我们要给予保留.其次，我们要营造的音响感觉，是旧时代以磁带为录音载体的单声道音响.而磁带录音本身就由于颗粒的磁性物质具有“嘶嘶”的声音感觉，所以在音频修复时，我们应当考虑到模拟录音时代的音色特点： 中频突出，低频和高频略微欠缺，具有怀旧气息的温暖音色是我们在音频修复实践中应该给予调试和保留的.

2.1.3 该修缮什么？

音频修复不是简单的降噪和保留原始音乐，对于历史录音中存在的音质劣化问题，我们要给予修缮.比如有的音频存在几小节的丢失、失真，或低、中、高音区能量分布不均衡，低频能量过重，古琴的形象过分夸大，失去了古琴自然、恬淡的审美特色[2]，亦或没有声场感[3].这些问题与现代人的听音习惯和音响审美相违背，我们必须通过各类效果器加以修缮.

2.2 修复方法研究

2.2.1 噪音的控制

(1) 持续性本底噪音

几乎所有的样本都存在持续性本底噪声，本底噪声是电声系统中固有的一种噪声，是磁带录音模数转换过程中产生的一种“沙沙”声.对这种噪声的消除，要秉承修复理念中“获得最佳播放信号”的准则，要求做到“适度”和“最佳”.噪声降得过多，则有效信号的音质受损，低频和高频会严重缺失，声音总体感觉偏扁、发闷，不饱满，甚至会产生“咕噜咕噜”的混叠失真效果；噪声降得不够，则有效信号的清晰度不够，影响人的审美[4].

以Izotope Rx为例，在大部分修复实践中，这种噪音笔者比较提倡使用手动降噪模式，因为早期的古琴录音底噪较大，也较为稳定，再加上不同的音频有不同的噪声模型，我们需要在获得噪声模型后，再细微地调整噪声门限和衰减量等各项参数[5].

图1(第380页)中红色方框处是学习模式下提取的査阜西《关山月》的噪声模型.无论是手动降噪还是自适应降噪，都不可能做到完全清除本底噪声，但它是修复过程中极为重要的一个步骤.

(2) 哼鸣声

这是一种低频交流电噪声，是音频线路受交流电干扰产生的[5]，通常使用降噪软件的De-Hum工具可以消除哼声，也可以加载频带很窄的陷波器.有时候哼声包含在本底噪声中，所以我们在用De-noise通过取样的方法去除背景噪声时也可以消掉部分哼鸣声，但笔者通过反复比较，建议用De-Hum去除哼鸣声效果更好.

图2为陈树三《搔首问天》的频谱片段，红色方框内很粗的黄色声能即为电流哼鸣声，我们把右侧标尺显示扩大，发现它的基频正好是50Hz所在的地方(红色圆圈标注).由于磁带录音的有效信号集中在中高频，而哼鸣声频率集中在50Hz以下的低频，所以去除哼鸣声一般不会对音质造成影响，只需选择合适的谐波范围即可.

图1 査阜西《关山月》中的本底噪声片段Fig.1 Background noise fragment in “Guan Shan Yue” for Zha Fuxi

图2 陈树三《搔首问天》中的电流哼鸣声片段Fig.2 Electric hum in “Sao Shou Wen Tian” for Chen Shusan

(3) 咔哒声/爆破声与噼啪声

咔哒声、噼啪声最初是指在声能录音时代，唱片播放时由于唱针的放置、摩擦而发出的“咔哒”声，或由于唱片积灰、损坏而产生的“噼啪”声.有些降噪使用手册也只是在时间上对咔哒声、噼啪声、爆裂声给出了界定，如Izotope Rx使用手册中明确表示一个咔哒声和噼啪声不会超过10ms，连续的咔哒声叫作爆破声.但在修复实践中，对于这几类噪声并没有明确的区分，因为同一个降噪模块往往包含了同时去除这几类噪声的功能.在上文中我们提到古琴的某些演奏技法会产生类似于这种噪音的“敲击声”，所以在修复前，一定要从专业的角度仔细鉴别这种噪音，防止误将演奏技法当成噪音去掉.图3红色方框内为陈树三《白雪》片段中的咔哒声与噼啪声.

从图3可以看出： 咔哒声与噼啪声能量比较集中，表现为黄色的脉冲信号，很容易看出来.Declick模块会精确地分析这些不规则的音频振幅，并将它们变得平滑，这意味着Declick可以去除一系列短脉冲噪声，而Decrackle旨在处理音频中连续、不规则的振幅水平.如果一个咔哒声或噼啪声不能用Declick去除，可以试着用Decrackle去除.

去除这类噪声笔者建议手动去除，虽然花费的时间略长，但是可以做到精确.首先需要选中咔哒声、噼啪声，运行Declick模块，选择所需的算法类型.一般single-band(单频段)适于修复较窄的数字咔哒声，它有较快的处理时间；而对于古琴磁带这种旧录音来说，Multi-band(多频段)处理方式适用于修复不均匀的脉冲噪声.然后微调sensitivity(敏感度)、click widening(咔哒声宽度)或Decrackle的strength(强度)滑动条.理想的设置是在没有破坏瞬态变化或音乐整体性的情况下去除更多的咔哒声、噼啪声.

(4) 话筒低频共振声

样本中存在大量的“咚咚”声，通过仔细判断，我们认为这是由于当时录音技术条件的限制，使得话筒与琴桌产生了共振.笔者在修复时使用De-plosive工具来去除这种噪声.这种噪声在波形上表现为较长、较粗的脉冲信号，与音频信号的波形无异，但由于其能量很强，所以很容易听出来.图4为陈尧庭《长门怨》中的话筒低频共振声.用Izotope降噪软件可以看到亮黄色的部分就是话筒低频共振声所在的地方.

这种噪音可以用De-plosive工具进行反复处理，相对来说比较简单.

图3 陈树三《白雪》中的咔哒声与噼啪声片段Fig.3 Click and crackle in “Bai Xue” for Chen Shusan

图4 陈尧庭《长门怨》中的话筒低频共振声片段Fig.4 Low frequency resonance of microphone in “Chang Men Yuan” for Chen Yaoting

(5) 环境噪声

这类噪声可以分为2类： 一类是受当时经济条件的限制，录音时使用的磁带消磁不净，再加上民用磁带两面播放，播与录的磁迹如果不统一，会造成反面串音，从而残留了一些说话声、音乐声；另一类是突发性的环境噪声[5]，比如咳嗽、喷嚏、吱吱声、脚步声、汽车喇叭声、广播声、鸡鸣声、小孩哭闹声等.这种突发性的环境声通常是不可控的，不同于短脉冲噪声或宽带噪声，环境噪声出现的次数很少，在音高或音长上并不连贯.图5显示陈长林《阳关三叠》片段中的人说话的声音与音乐声混叠在一起.

这种噪声是无法预测的，我们必须手动去除.Izotope Rx的spectral repair工具提供了许多不同的模式来去除这种背景噪声.不同模块的使用要具体到不同的案例当中.需要注意的是，我们必须区分什么样的背景噪声需要去除，什么样的背景噪声是音乐的一部分，应该保留.比如査阜西弹唱的《苏武思君》，呼吸的气口也应当算作音乐的一部分，如图6中红色方框就是换气的声音，我们不应该把它去除.

图5 陈长林《阳关三叠》中的背景噪声片段Fig.5 Background noise in “Yang Guan San Die” for Chen Changlin

图6 査阜西《苏武思君》中的气口Fig.6 A place to expiration in “Su Wu Si Jun” for Zha Fuxi

2.2.2 失真

(1) 削波失真

削波失真是信号过强，超过电路允许范围，其波形被“削”掉一部分.削波失真以一种方波的形式出现，图7(第382页)为陈长林《平沙落雁》的削波失真频谱.

去除削波失真的方法可以选择压缩处理器，压缩其动态以保证信号不过载.也可以选择降噪软件里的De-clip工具，调整增益和阈值.

(2) 尾随高频失真

这种失真是当时的录音水平达不到高保真的状态，录音采集与回放的过程中产生的失真，主要表现为力度较强的音后尾随的高频失真.频谱显示见图8(第382页).

这种失真可以用spectral-repair工具修复，同时保留一部分音头，必要的时候可以牺牲一部分高频，以达到听感上的整体协调，这时候要以现代的审美来修复，主要体现艺人的演奏技法和风格，音色的修复可以在后期进行适当弥补.

图7 陈长林《平沙落雁》中的削波失真片段Fig.7 Shear distortion in “Ping Sha Luo Yan” for Chen Changlin

图8 陈心园《玉楼春晓》中的尾随高频失真片段Fig.8 Trailing high frequency distortion in “Yu Lou Chun Xiao” for Chen Xinyuan

2.2.3 复印效应

图9 陈树三《搔首问天》中的复印效应片段Fig.9 Photocopying effect in “Sao Shou Wen Tian” for Chen Shusan

复印效应存在于磁带录音中，听起来像是有很小的回声.在样本中，复印效应主要出现在语言部分的结尾处，对于连续的音乐部分，则很少出现.图9是陈树三《搔首问天》的复印效应，其回音部分的波形被强大的电流声所掩盖，但还是可以清晰地听出来.

这种情况的复印效应处理方法相对简单，可以在protools里用剪刀工具将其剪去，再加入“淡出”曲线即可，也可以使用降噪软件的repair工具将其去除.

2.2.4 音色修复

图10 査阜西《潇湘水云》的音色修复参数Fig.10 Parameters of timbre repair of “Xiao Xiang Shui Yun” for Zha Fuxi

古琴录音样本中，存在频带狭窄，音色单薄、音色不尽相同的问题，有的频响分布较为理想，有的音色偏闷[3].并且经过修复第1步“降噪”处理后，音色在本质上已经发生了变化，所以我们需要根据实际情况对音色的损失进行弥补.

以査阜西《潇湘水云》为例，这首曲子在经过降噪处理后，在音色上表现为低频不够丰满，高频缺失严重.笔者在修复音色的时候用了EQ3 7段(单声道)均衡.在117Hz附近提升了1.5dB，Q值为0.6，以提高声音的丰满度；在3.35kHz附近提升了4.8dB，Q值为0.5；在13.46kHz附近提升了4dB，Q值为0.5，以适当补充高频的缺失.图10是参数调整图.

2.2.5 磁带变形影响音质的修复

图11 陈长林《春江花月夜》的动态修复Fig.11 Dynamic repair of “Chun Jiang Hua Yue Ye” for Chen Changlin

在某些音频样本中存在电平不稳的问题，表现为音量忽大忽小，比如陈长林的《春江花月夜》.这是由于磁带老化、变形，回放时磁粉脱落粘在磁头缝附近，又慢慢被带走，从而产生了音量和高频不同程度的衰减，这种情况可以使用降噪软件中View Clip gain选项，通过画线的方式来手动控制音量.另一种方法是在寄主软件中将片段剪开，分别调整增益.图11是通过画线的方式对音量进行调整.

2.2.6 声场修复

降噪作为音频修复的第1步，总体上会使音色整体偏干，但也不乏特殊个例，比如陈心园的《长门怨》和《玉楼春晓》就存在混响过多的现象.空间感的塑造通常使用混响效果器，例如陈心园《长门怨》这首曲目在去除了电流哼鸣声和持续性本底噪声后，最大的问题是混响过大，低频过于厚重，不符合古琴的形态.所以我们必须对混响进行适当衰减，使用的是Izotope Rx6的De-reverb模块，设置Reduction参数为11.3，并选择Enhance dry signal,以突出直达声.

对混响不够的音频，我们需要在寄主软件中通过发送的方式添加混响.本次修复中笔者使用的是protools自带的混响效果器D-verb的MediumRoom效果[3]，延时为611ms，预延时12ms，扩散值为65%，这样混响声比较丰满和厚实.

3 复原音频的主观测评

表1 整体满意度平均分统计

主观评价是检测音质的重要手段[6]，本实验采用的音频为上述修复实践中列举的案例，共有17首乐曲片段，每首乐曲片段由序号1和序号2两段素材剪辑而成，序号1为原始音频的截选片段，序号2为修复后同一内容的截选片段.使用对偶比较法，每首乐曲均以最先播放的序号1素材为基准，被试者在聆听对比后只需给序号2素材的噪音衰减度、音色、声场、整体满意度这几项内容逐项打分即可.以0分为基准，满分6分,分值取整.分值越大表示序号2越优于序号1，0分表示序号2与序号1无差别.本次实验共发出25份问卷，收回21份有效问卷.

整体满意度反映了音频修复实践的效果能不能被大多数人接受，一定程度上代表着修复实践的成功与否.表1为整体满意度的平均分计算结果(数值取整)(所得分数÷被测者总人数).可以看出，大家的整体满意度平均分值达到4分，高于中间值，因此可以认为本次修复实践效果较为理想.

4 我国古琴历史录音数字修复实践的总结

对于历史录音的数字化修复，手动降噪是首要的步骤，这种方法可以快速、有效地去除录音中的噪声，效果较为理想[6].但由于录音中有可能包含有与噪音轮廓一样的成分而被误消除，所以会对音色造成一定程度的损坏.尤其我们修复的是古琴这件具有中国人文特色的乐器的录音[2]，更应该在修复的时候结合琴曲特色，思考古琴的固有音色是什么样子的.因此，降噪之后必须对音色加以修复.

通过大量的修复实践，笔者总结出了如下规律：

1) 在没有电流哼鸣声的古琴历史录音当中，首先要去除本底噪声.D-noise工具是最佳首选.Reduction(噪音衰减量)在7～15dB之间较为理想，降得太少则本底噪声依然存在，降得太多则声音干瘪，高频泛音缺失，失了古琴的韵味.Threshold(阈值)控制的是噪声与有用信号的分离程度，阈值越高，噪声去除的越多，但会抑制信号中的低频成分；阈值越低，则会保留信号中的低频成分，但也会导致信号产生更多的噪声；在修复实践中，笔者认为0.8～1.7之间的阈值是合适的.Quality会影响声音的质量和CPU的使用，Quality选为C档可以兼顾二者.必要的时候，可以通过画线来改变噪声衰减的轮廓，以获得更为精致的声音.在这里要注意把握好度，既要还原声音的清晰度，又不能损坏古琴的音色.

2) 在存在电流哼鸣声的古琴历史录音当中，先去除电流哼鸣声，再去除本底噪声比先去除本底噪声，再去除哼鸣声效果要好.去除哼鸣声时D-hum工具比陷波器效果要好，使用D-hum工具，首先要找准哼鸣声的基频，我国使用的是50Hz交流电，在大部分样本中，基频设置也为50Hz.谐音数量一般选择为6～8.选择好谐音数量后，滑动Slope控制高频谐音被滤除的程度.

3) 咔哒声/爆破声、噼啪声去除要用De-click和De-crackle，De-click 比De-crackle效果要好.如果是单个的咔哒声/爆破声，可以在De-click中选择single-band，调整敏感度，敏感值设置为4～7左右.Click Widening控制每个咔哒声处理的覆盖区域，可根据咔哒声的宽窄、大小来具体调节.如果是爆破声、噼啪声，可以选择De-click的periodic clicks或random clicks.

4) 话筒低频共振声在频谱上表现为近圆形，如果一个声音无法用De-click去除，那么试着用De-plosive去除.

5) 突发性的背景噪声可以用repair修复.Attenuate模式会修复选中的噪声，以匹配噪声附近的频谱成分.Replace模式会用附近的音频取代选中的噪音成分.Pattern模式会找到附近背景音频中最相似的成分来替代选中的噪音成分，这个模式适合于修复丢失的音频.Partials+Noise模式是Replace的升级功能.突发性背景噪声不尽相同，不能用统一的模式、统一的参数一概而论，需要在实践中用耳朵仔细辨别.并且，要注意保留琴弦起振噪音、走音的擦弦噪音、演唱的呼吸气口等声音.Repair工具在一定程度上也可以修复复印效应.

6) 削波失真是可以修复的.De-clip工具可以很好地修复削波失真，但对于其他类型的失真效果不是很好.尾随高频失真用Repair工具修复，可以适当保留部分音头.

7) 加了混响的修复效果要比不加混响的好，但混响的使用要适度.

8) 降噪不是最终目的，必须秉承古琴演奏技法审美和音响重放审美，综合运用均衡器、动态处理器、混响器塑造古琴清润、明亮、干净、平稳、丰富、厚重、苍劲、丰满的音色，还原古琴不同层次的声音效果.同时要结合磁带录音时代的声音特色，塑造出温暖的单声道重放听音效果.效果器的使用要适当，不可夸张处理.