Helisalvestus: määratlus, ajalugu, tehnoloogiad ja kasutusalad

Helisalvestus on heli salvestamine nii, et inimene saab sama heli rohkem kui üks kord kuulda. See on protsess, mille käigus salvestatakse helilained masinaga. Masin muundab lained elektrilisteks signaalideks või digitaalseteks andmeteks, mis salvestatakse salvestusvahenditele (näiteks grammofoniplaatidele, kassettidele, kompaktplaatidele või arvuti kõvakettale). Seejärel saab heli taasesitada, pöörates protsessi vastupidiseks.

Enamik salvestusi sisaldab muusikat, inimesi, kes räägivad või laulavad, ja heliefekte. Neid kasutatakse tavaliselt meelelahutuseks (meelelahutus) või teaduslikel ja ajaloolistel põhjustel.

Heli salvestatakse andmekandjale erinevate meetoditega. Salvestuste tegemise viisid on heli salvestamise algusest saadik palju muutunud.

Ajalooline ülevaade

Helisalvestuse ajalugu ulatub 19. sajandi keskpaika. Mõned märkimisväärsed etapid:

1877 — Thomas Edisoni fonograaf ja vahatünnid, varajane mehaaniline salvestus.
1890.–1900. aastad — grammofoniplaadid laialdaselt levinud muusika salvestamiseks ja levitamiseks.
1930.–1940. aastad — elektrooniliste mikrofonide ja vinüülplaatide areng; raadiosalvestused paranesid.
1940.–1960. aastad — magnetlint (tape) võimaldas multiräkke ja redigeerimist, mis muutis stuudiosalvestust radikaalselt.
1980.–2000. aastad — kompaktplaat (CD) ja digitaalsed formaadid tõid kaasa kõrge kvaliteedi ja vastupidavuse; hiljem arenenud MP3 ning muud hävitavad (lossy) ja kadudeta (lossless) formaadid.
21. sajand — arvutipõhised DAW-id (Digital Audio Workstations), kõvakettale ja pilvepõhine salvestus, kõrge eraldusvõimega (näiteks 96 kHz/24-bit) digiformaadid.

Peamised tehnoloogiad ja vormingud

Helisalvestuses eristatakse kahte suurt kategooriat: analoog ja digitaalne.

Analoog: heli salvestatakse pidevate elektriliste/materjalsete muutustena (nt vinüül, magnetlint). Analoogsalvestused võivad omada sooja kõla, kuid ajas kuluvad ja häiruvad magnetlindid/vinüül mehaaniliselt.
Digitaalne: heli muundatakse diskreetseteks arvandmeteks läbi A/D muunduri. Digitaalsetel salvestustel on selge tase kontrollitavuse, kopeeritavuse ja massilise levitamise poolest.

Tuntud digiformaadid ja -kodekid:

WAV / AIFF — järjestikused PCM-faile, sagedasti kasutatud stuudiosalvestustes.
FLAC — kadudeta tihendamine, populaarne arhiveerimiseks ja kuulatamiseks.
MP3, AAC — kadudega (lossy) formaadid, vähema andmemahtuga levitamiseks.
Broadcast WAV (BWF) — WAV-laadne formaat, mis sisaldab lisametandmeid (metadata) arhiveerimiseks ja ringhäälinguks.

Salvestusprotsess ja tehnilised parameetrid

Olulised tehnilised näitajad digitaalses salvestuses on võttereegli sagedus (sample rate) ja bitisügavus (bit depth). Levinumad väärtused:

44,1 kHz / 16-bit — CD-kvaliteet.
48 kHz / 24-bit — tavapärane videoproduktsioonis ja paljudes stuudiotes.
96 kHz / 24-bit või kõrgem — kasutusel heliarhiveerimisel ja kõrgkvaliteedilistes stuudiotöödes.

Stereod ja ruumiline heli: tänapäeval kasutatakse lisaks mono- ja stereoformaatidele ka mitmekanalilisi lahendusi (5.1, 7.1, binauraalne salvestus, Ambisonics) kinodele, VR-i ja interaktiivsele meediale.

Mikrofonid, signaalitee ja stuudiotehnika

Helisalvestuse kvaliteet sõltub suurel määral mikrofonist, eelpreamplifierist, AD/DA-muundurist ja salvestussüsteemist. Peamised mikrofonitüübid:

Dünaamilised — vastupidavad, sobivad otselava ja mürarikkale keskkonnale.
Kondundser-kondensaator — tundlikumad, kasutusel stuudios laulu ja akustiliste instrumentide salvestamisel.
Lintmikrofonid — iseloomulik soe kõla, kasutusel vokaalide ja vintage-kõlade jaoks.

Olulised praktikad:

mikrofoni paigutus ja suund — mõjutavad ruumiheli ja timbrit;
gain staging (taseme juhtimine) — vältida klippimist ja säilitada hea dünaamika;
pop-filtrid, helikatted ja ruumi akustiline töötlemine — vokaali ning instrumentide puhastamiseks;
monitooring — kvaliteetsed kõlarid või stuudiokõrvaklapid ning kuuldekontroll signaali usaldusväärseks hindamiseks.

Mitmerääkne salvestus, miksimine ja masterdamine

Multiräkke (multitrack) salvestus võimaldab eri instrumente ja hääli eraldi kanalitesse salvestada ning hiljem vabas järjekorras töödelda. Pärast salvestust tehakse miksimine — tasemete, panningu, efekte (EQ, kompressioon, reverb jm) seadistamine. Masterdamine on viimane etapp, kus optimeeritakse kogu loo helitaset, dünaamikat ja sagedusjaotust, et saada ühtne ja levitamiseks sobiv tulemus.

Digitaalne töötlus ja tarkvara

Praegusel ajal toimub suur osa salvestus- ja töötlusprotsessist arvutis. Levinud tööriistad on DAW-id (nt. Pro Tools, Logic, Reaper, Cubase), heliefektide ja pluginatega. Töövood hõlmavad helitöötlust, redigeerimist, nolida (noise reduction) ning automaatikat ja MIDI-instrumentide kasutamist.

Kasutusalad

Helisalvestust kasutatakse laialdaselt:

muusika ja albumite tootmine;
raadioprogrammid ja taskuhäälingud (podcastid);
filmi- ja teleheli, heliefektide loomine;
välisalvestused ja looduse ning linnakõlade dokumenteerimine;
teaduslikud salvestused (bioakustika, keeleteadus);
õiguslikud ja kohtuekspertiisi salvestused ning kuulamise protokollid;
haridus, e-kursusmaterjalid ja arhiivmaterjalide digitaliseerimine.

Arhiveerimine ja säilitamine

Tähtsate salvestuste puhul on oluline pikkajaline säilitamine:

valida püsivad, kadudeta formaadid (WAV, FLAC, BWF) arhiveerimiseks;
säilitada mitmeid koopiaid eri paikades (pilv, välised kettaajamid, magnettahvel jne);
kasutada checksum’e ja kontrollsummasid andmete terviklikkuse jälgimiseks;
vajadusel migreerida vanematelt kandjatelt (nt magnetlint, vinüül) digitaalsesse formaati, järgides parimaid praktikadest lähtuvaid ülesvõtteid.

Õiguslikud ja eetilised kaalutlused

Helisalvestus võib hõlmata autoriõigusi, isikuandmeid ja privaatset sisu. Oluline on:

saada nõusolek inimeste salvestamiseks ja levitamiseks;

hoida konfidentsiaalsust ning turvaliselt säilitada tundlikku materjali;

märgistada arhiivifailid õigete metadatega (kuupäev, koht, autor, vormindus), et tagada jälgitavus ja kasutatavus tulevikus.

Nõuanded algajale

valige sobiv mikrofon ja õppige mikrofonitehnikat (kui lähemale, siis rohkem madalsagedust jm);
kasutage vaikset ruumi või akustilist töödeldud paika; väikeste investeeringutega saab palju parendusi (akustilised paneelid, kõverad pinnad);
õppige gain-stagingut — vältige klippimist ja hoige signaal piisavalt tugevana;
tehke regulaarselt varukoopiaid ja hoidke salvestustest dokumentatsiooni;
katsetage ja kuulake — parim viis õppimiseks on praktiline salvestamine ja kriitiline kuulamine.

Helisalvestus on tehniliselt ja loominguliselt mitmekesine valdkond, mis ühendab seadmete, akustika, mõistete ja loominguliste otsustega parima tulemuse saavutamiseks. Olgu eesmärgiks muusikaproduktsioon, teaduslik dokumentatsioon või igapäevane podcast — põhioskused ja hea töövoog aitavad luua selge ja kestva salvestuse.

Ameerika Ühendriikide postmark, millega tähistatakse saja aasta möödumist helisalvestusest.

Tehnoloogia

Analoogsilinder

Esimesed helisalvestusseadmed olid mehaanilised, mitte elektrilised. Fonograafi leiutas Thomas Alva Edison 1877. aastal. Fonograafidel on pöörlev silinder, mis on kaetud pehme materjaliga, näiteks tina, plii, vaha või merevaiguga. Helilained raputavad väikest nõela, nii et selle liikumine kannab lained edasi. Kui silinder pöörleb, juhib nõel helilainete liikumist pehmesse kattesse. See tegi silindrist nõelas oleva heli salvestuse.

Seda salvestust mängitakse tagasi, kui teine nõel liigub läbi silindri soonte. See taastab taasesitusnõela väikesed vibratsioonid. Neid vibratsioone saab võimendada (muuta valjemaks), et tekitada valjemat ja kuuldavamat heli.

Fonograaf oli kasulik üksiksalvestiste tegemiseks, kuid selle suureks puuduseks oli raskused balloonide koopiate tegemisel.

Analoogketas

Helisalvestiste kopeerimise probleem paranes 1888. aasta paiku, kui leiutati grammofon (mida ameerika keeles nimetatakse ka fonograafiks). Grammofon töötab peaaegu samamoodi nagu fonograaf, kuid silindri asemel on nõela sooned graveeritud plaadile, mis pöörleb pöörleval laual. Kuna plaadikandja oli lame, oli salvestiste kopeerimine palju lihtsam. Originaalsalvestise pressimine šellakplaadile tekitas negatiivse masterplaadi, kus sooned olid pinnale kriimustatud kühmud, mitte sisse kriipsutatud. Masterplaadi abil võis vastupidise protsessi abil valmistada palju koopiaid.

Esimesed plaadid olid enamasti valmistatud kummist või šellakist, kuid hiljem tehti plaate vinüülist.

Algselt pöörlesid plaadid 78 pööret minutis ehk 78 rpm. Tehnoloogia täiustudes võis plaate keerata aeglasemalt, kuid see võimaldas siiski heli paremini taasesitada ja kauem mängida. 45 rpm muutus üldlevinuks 20. sajandi keskel ja 1900. aastate lõpus oli enamik plaate 33 rpm.

Lint

1930. aastate lõpus ilmus magnetofon. Magnetofonid kasutavad andmekandjana magnetlinti, mille salvestuspea salvestab heli lindile. Helilained muundatakse magnetofonis elektriliseks signaaliks. See signaal läheb pea sisse, kus see muudab väga väikeste magnetite polaarsust. Lint liigub pea ees konstantse kiirusega ja selle magnetilised osakesed paigutatakse nende magnetite abil ümber mustriks, mis kujutab endast helilaineid. Need magnetilised mustrid sarnanevad paljuski silindri või plaadiplaadi väikestele soonedele, mis kujutavad endast helilainete vibratsioonienergiat.

Lindi taasesitamisel jookseb see mööda taasesituspea, mis loeb magnetilised mustrid lindilt maha ja muundab need tagasi elektriliseks signaaliks. Elektrisignaali saab seejärel muundada helilaineteks või kopeerida mõnda muusse helitöötlusseadmesse.

Magnetlint on jagatud mitmeks rajaks. Iga rada kasutab osa lindi laiusest ja võib salvestada täiesti erineva salvestuse, mida saab esitada samaaegselt teiste radadega. Kahe rajalisel lindil on üks rada poolel lindil ja teine rada teisel poolel. Neljasahelalisel lindil on neli rada, mis kõik asuvad üksteise kõrval, nagu nelja sõidurajaga maantee. Enamik tänapäevaseid lindistusi on stereofoonilised (või stereofoonilised), mis tähendab, et neil on kaks rada, mis on mõeldud koos mängimiseks. Tavaliselt mängitakse üks neist kuulaja vasakul poolel ja teine paremal poolel, et sobitada kuulaja kaks kõrva.

Varajased lindid olid salvestusrullidele lamedalt keritud ja salvestamise või mängimise ajal kandusid ülesvõtmisrullidele. Pärast salvestamist või taasesitamist keriti nad tagasi, nii et neid hoiti ainult salvestusrullas. Sellist süsteemi nimetatakse tänapäeval tavaliselt rullist rullile. Seda kasutatakse tänapäevalgi veel mõnel professionaalsel eesmärgil salvestamiseks ja taasesitamiseks, kuid koduses kasutuses asendati rullid 1970. aastatel enamasti teist liiki lindiga. Kassetid on väikesed kassetid, mille sees on kaks rulli. Kassetid liigutavad neljasahelalist lindi kahes suunas, mis vastab nende A-poolele ja B-poolele. Vasakpoolne rullik sisaldab mängimata või salvestamata lindi ja parempoolne rullik sisaldab lindi, mis on juba salvestus- või taasesituspea läbinud. Kui te kassetti ümber keerate, liigub lind ikka veel vasakult paremale, kuid see on tegelikult vastupidises suunas. "Side A" salvestus mängib kaks lugu stereona ja "Side B" salvestus mängib ülejäänud kahte.

Kaheksarajalised kassetid olid 1970ndatel ja 1980ndatel mõnda aega populaarsed. Kaheksarajalised kassetid toimivad sarnaselt kassettidele, kuid kassett on loop: see kordub pärast läbilugemist. Kuna sellel on kaheksa rada, saab valida nelja programmi vahel, millest igaüks on stereosageduslik. Kaheksarööpmelised kassetid ei ole enam väga populaarsed, kuid neid võib ikka veel leida harrastajate kogudes.

Professionaalsetel lindistussüsteemidel võib olla veelgi rohkem lugusid või neid võidakse kasutada erinevalt. Tavaliselt on selline süsteem mõeldud selleks, et keegi saaks segada lugusid erinevalt, kui need algselt salvestati. Siiski on olemas salvestusviis, mida nimetatakse kvadrafooniliseks, mille puhul kasutatakse neljarajalist lindi, et mängida korraga nelja erinevat lugu. Hea kvadrafooniline salvestus võib kõlada palju "ehtsamalt" kui stereo- või monofooniline salvestus.

Digitaalne helilint

Digitaalse teabe salvestamiseks kasutati lindistustehnoloogiat juba arvutite algusaegadest alates. Arvutitehnoloogia täiustudes arenes ka magnetlinttehnoloogia. 1980ndatel tekkis digitaalne helilinttehnoloogia (DAT). DAT töötab sarnaselt kassetile, kuid DAT-i magnetilised mustrid kujutavad helivärinate asemel digitaalseid andmeid. Need digitaalsed andmed on digitaalne helisalvestus, mida saab kopeerida ja reprodutseerida paljude erinevate arvutisüsteemidega. Üleminek digitaalsele kandjale viib meediumi algsest helist ühe sammu kaugemale. Selle asemel, et olla helikandja, on DAT andmekandja ja andmed on helikandja. See on tehniliselt keerulisem, kuid ka paindlikum. DAT-i on lisaks helile kasutatud ka mitmesuguste andmesalvestuste tegemiseks.

Compact Disc

CD-kandja (compact disc) töötati välja 1980ndatel aastatel kui uus viis muusika digitaalsete salvestuste turuleviimiseks. Peale CD-ROMi ja mitut liiki salvestatavate CDde kasutuselevõtu ei ole CD sellest ajast peale palju muutunud. Nagu DAT, on ka see pigem andmekandja kui viis vibratsioonide otseseks salvestamiseks. See võeti kasutusele selleks, et pakkuda muusikat tootjatele odavalt, kuid suhteliselt kvaliteetselt, kuid hiljem on seda kohandatud paljude andmesalvestusvajaduste rahuldamiseks. Nagu DAT, nõuab ka CD salvestamiseks ja esitamiseks arvutitehnoloogiat.

1990. aastateks olid CD-d asendanud kassetid ja heliplaadid peamise kaubandusliku muusikakandjana. Tänapäeval on CD-d küll endiselt väga populaarsed, kuid "online" digitaalsed salvestised, nagu MP3, on kiiresti levimas.

Tüüpiline kompaktkassett

Tehnikad

Varaseimad helisalvestusmeetodid hõlmasid esituse otse salvestuskandjale salvestamist. See oli täiesti mehaaniline protsess, mida sageli nimetatakse "akustiliseks salvestamiseks". Esinejate heli jäädvustati membraani abil, millega oli ühendatud lõikenõel. Nõel tegi salvestuskandjale sooned.

Et see protsess oleks võimalikult tõhus, asus diafragma koonuse tipus ja esineja(d) tungles(id) teise otsa ümber. Kui esineja oli liiga vali, pidi ta koonuse suust tagasi liikuma, et vältida teiste esinejate lämbumist. Selle tulemusena kasutati varajastel džässisalvestustel basstrummi asemel puuplokki.

Elektroonilise salvestamise kasutuselevõtt võimaldas kasutada mikrofone, et jäädvustada esituse heli. Juhtivad plaadifirmad läksid 1925. aastal üle elektrilisele mikrofoniprotsessile ja enamik teisi plaadifirmasid järgnesid nende eeskujule kümnendi lõpuks. Elektriline salvestamine suurendas paindlikkust ja helikvaliteeti. Kuid kui etendus oli ikka veel salvestuskandjale lõigatud, nii et kui tehti viga, oli salvestus kasutu.

Elektrisalvestus võimaldas salvestada ühe osa plaadile ja seejärel mängida seda teise osa mängimise ajal, salvestades mõlemad osad teisele plaadile. Seda nimetatakse üle dubleerimiseks. Esimesed kaubanduslikult välja antud heliplaadid, kus kasutati over-dubleerimist, andis Victor Talking Machine Company välja 1920. aastate lõpus. Siiski oli overdubbing piiratud kasutusega kuni analooghelisalvestuse kasutuselevõtmiseni. Kassetilindile salvestamise kasutamist alustas esimesena Les Paul ja seda nimetatakse "sound on sound" salvestuseks. Sel viisil sai etendusi aja jooksul üles ehitada.

Analooglintofon võimaldas eelmist salvestust kustutada või üle salvestada, et vigu saaks parandada. Teine lindile salvestamise eelis on võimalus lindi lõigata ja uuesti kokku liita. See võimaldab salvestust redigeerida. Salvestuse osi saab eemaldada või ümber paigutada. Vt helitöötlus

Elektrooniliste instrumentide (eriti klahvpillide ja süntesaatorite), efektide ja muude instrumentide kasutuselevõtt on toonud kaasa MIDI olulisuse salvestamisel. Näiteks on MIDI timecode'i abil võimalik erinevaid seadmeid "käivitada" ilma inimese otsese sekkumiseta salvestamise ajal.

Viimasel ajal on arvutid (digitaalsed helitöötlusseadmed) leidnud salvestusstuudios üha suuremat rolli, kuna nende kasutamine lihtsustab lõikamist ja loopimist ning võimaldab koheseid muudatusi, näiteks osade dubleerimist, afektide lisamist ja salvestuse osade ümberpaigutamist.

Ajalugu

Prantsuse raamatukaupmees ja trükkal Édouard-Léon Scott de Martinville oli kõige varasem teadaolev helisalvestuse leiutaja. Arvatakse, et ta leiutas esimese helisalvestusseadme, mida tuntakse kui fonautograafi.

Scotts Phonautograph masin