Нужен ли источник звука с разрешением выше, чем 24 бит/96 кГц - 2

Вчера в ленте G+ была очень интересная реакция на заметку «Нужен ли источник звука с разрешением выше, чем 24 бит/96 кГц». Процитирую: «Конкретный вопрос - конрентый ответ. Нет.» – фактически все принявшие участие в обсуждении сделали упор именно на этом. Но тут есть одно маленькое «но» – а вопроса-то не было (я не задавал вопроса и не ставил знака вопроса).

Так что продолжим беззлобно троллить пуристов. Сегодня «у нашего микрофона» Ирина Алексеевна Алдошина, профессор, доктор технических наук, заслуженный деятель науки РФ, член Координационного Совета по акустике РАН, председатель Санкт-Петербургского отдела AES, почетный член Совета директоров AES, автор более двухсот научных трудов.

Физический и психоакустический анализ цифрового звука с высоким разрешением

Ирина Алдошина

«Суть вопроса заключается в следующем: «Зачем постоянно увеличивать частоту дискретизации в современных системах аудиокоммуникаций (тратя на это огромные средства), если пороги слуховой системы ограничены по частоте диапазоном 20 Гц…20 кГц?»

Попытки ответить на этот вопрос предпринимались многократно, однако однозначного ответа до сих пор нет.

В. Войчик является профессором Университета McGill в Канаде (крупнейшего мирового центра исследований в области психоакустики) и председателем технического комитета AES, поэтому в его распоряжении имеются практически все основные результаты работ, позволяющие в той или иной степени ответить на этот вопрос.

Анализ этих результатов, а также другие соображения, содержащиеся в литературе, и будут представлены в данной статье...

...Таким образом, высокая разрешающая способность звукопередающих систем во временной, спектральной, пространственной и динамической областях совместно определяют качество воспринимаемой музыки и речи, при этом разрешение во временной области имеет доминирующее значение для слухового восприятия.

Все представленные выше результаты не дают, конечно, окончательного ответа на поставленный в начале статьи вопрос, но позволяют еще раз подчеркнуть: слуховая система представляет собой сложный преобразователь, обладающий нелинейными свойствами как на высоких, так и на низких уровнях сигнала, и поэтому однозначного соответствия результатов по слуховым порогам в частотной и временной области не существует (поскольку только в идеальных линейных системах может быть адекватный переход, например, с помощью преобразования Фурье, из одной области в другую).

Поэтому анализ чувствительности слуховой системы к тонким изменениям структуры сигнала должен выполняться для различных категорий: временной, частотной, динамической и т. д. Соответственно, усовершенствование способности цифровой аппаратуры к тонкой передаче характеристик только в одной области (например, в частотной) недостаточно — необходимо комплексное улучшение разрешающей способности технических систем по всем направлениям, что и пытается реализовать современная аудиотехника.»

Фактически, речь идет не о расширении полосы пропускания как таковой (в привычном с детства аналоговом понимании этого термина). Речь тут, фигурально выражаясь, идет о повышении быстродействия тракта. О том, чтобы он успевал среагировать (зарегистрировать их) на «тонкие материи звучания»: скоростную атаку, множественное эхо и т.п. описываемые у Алдошиной эффекты. Просто в контексте критерия Котельникова-Шеннона при этом автоматически растет и полоса пропускания тоже. Что может несколько сбивать с толку.

Нужен ли источник звука с разрешением выше, чем 24 бит/96 кГц

На Хабре со своими рассуждениями вылез очередной клоун-маркетолог: «Цифровой аудиоформат 24/192, и почему в нем нет смысла». Мне это живо напомнило споры студенческой поры, почему усилителю не нужна полоса до 100 кГц (страшно, до срача, спорили про суховские усилители), «потому что звуковой спектр от 20 Гц до 20 кГц». Ощущение таково, что эти люди почему-то так ничему не научились, кроме нескольких формул, и что им не давали на матанализе графическое Фурье-преобразование.

Тем временем компания TI замыслила недоброе...

...В современных цифровых устройствах используются следующие значения частот дискретизации: 44,1; 48; 96; 192 и 384 кГц, при этом интервалы между выборками составляют 22,7; 20,8; 10,4; 5,2 и 2,6 мкс (использование более низких частот дискретизации для систем высокого разрешения не допускается).

Акустические музыкальные сигналы обладают нестационарной временной и динамической структурой и достаточно быстрым нарастанием уровней – до 120…130 дБ за 7…10 мкс. Это означает, что интервал выборки 22,7 мкс, используемый форматом CD Audio, слишком велик. Кроме того, в спектре ряда музыкальных инструментов присутствуют ультразвуковые составляющие (в спектре трубы до 40 кГц, скрипки – до 100 кГц). Запись реального реверберационного процесса без потери информации также представляет большие трудности. Так, в помещении площадью 1000 м² интенсивность отражений через 1 с после начала реверберации составляет более 500 в секунду. Это означает, что отражённые звуковые сигналы будут прибывать с интервалом менее 2 мкс и вызывать соответствующие флюктуации результирующего сигнала. При интервале выборок 22,7 мкс зарегистрировать их невозможно.

Про наушники Fostex T50RP

Несмотря на высокие цены, довольно сложно найти наушники лучше, чем изодинамические (ортодинамические). А наушники Fostex T50RP, пожалуй, лучшие из них. Элисон Краусс, похоже, придерживается того же мнения :)

Hi-Fi и Hi-End: краткое изложение

Что  подразумевается под этими понятиями, и какой смысл они имеют?

Значение Hi-Fi - High Fidelity - высокая верность (точность). Это категория аудиоаппаратуры, отвечающиая установленным техническим требованиям по ряду регламентированных характеристик.

В СССР разбивалась на классы, или группы сложности - 0,1,2....  В основе идеологии Hi-Fi принято считать максимальное (в рамках объективно измеряемых параметров тракта на синусоиде) соответствие сигнала на выходе сигналу на входе. В отношении Hi-End - этот нигде и никем не регламентированный  термин обычно предполагает не только относительно высокие измеряемые характеристики аппарата, но и высокую  субъективную оценку  звучания слушателями.

Здесь наблюдается смещение категорий от технических параметров тракта к музыкальным произведениям и естественности их звучания на данной аппаратуре. В рамках идеологии  Hi-End присутствует технический минимализм под лозунгом "все ради звука" (минимум составляющих максимального качества, при максимально коротком звуковом тракте). Стоимость такой техники, как правило,  высока из за применяемых деталей высокого качества, особенно выходных трансформаторов и эксклюзивных радиоламп, также ручного труда при монтаже и настройке этих аппаратов.

Оба термина являются носителями разных идеологий. Первая обычно ближе людям с техногенным типом мышления, оценивающим качество эвучания аппаратуры визуально по шкалам, стрелкам приборов, цифрам в описании аппарата. Вторая ближе людям художественного типа, которые слушают "живую" музыку и стараются выстроить тракт по принципу звучания, приближённого к естественному, услышанному ими при исполнении музыки.

(c) Анатолий Манаков

О брендах бытовой радиоаппаратуры

С приходом цифровых технологий в сегмент бытовых аудио-видеосистем, мы фактически оцениваем уже качество алгоритмов (их реализацию), используемых в конкретном изделии конкретного бренда для обработки «цифры».

При этом аппаратная часть бытовых аудио-видеосистем и качество ее схемотехники в таких изделиях как-то незаметно отпочковались от единого понятия «бытового радиоприбора» и живут уже сами по себе. Хотя потребители по-прежнему уверены в монолитности данного понятия. Магия бренда!

Прототип S/PDIF: версия 6.1

Первый вариант

Нет худа без добра. Пока дожидался генератора, от скуки влез с головой в схемотехнику S/PDIF, разобрал «авгиевы конюшни» народных вариантов схем коаксиального выхода и «задизайнил» последовательно несколько своих вариантов, уходя все дальше от «народных» прототипов. Из получившихся схем, на мой взгляд, наиболее интересен оказался вариант под номером аж 6.1 (ну да, генератор ехал очень, очень долго). В том числе и принятыми там мерами помехоподавления. Надеюсь вскоре выкроить денек, наконец-то его спаять, отладить – и посмотреть в деле.

ps. Предел передаваемого формата в текущей комплектации 7.1x24/96¹ (поскольку мой ДК не воспринимает цифру выше 24/96, я решил не дергаться на 24/192, ограничившись лишь местечковыми потребностями). Больше всего меня интересует вопрос помехоустойчивости нового варианта. А точнее, вопрос чувствительности синхронизации цифрового входа ДК к радиопомехам, наводящимся от энергосберегающих ламп и тиристорного диммера плавного включения света в ванной комнате (в моменты включения и выключения) – в этом месте я надеюсь, что новая схема выдаст более чистый и аккуратный по форме сигнал, что должно, как я полагаю, положительно сказаться на устойчивости синхронизации к помехам-наводкам.

¹ Поток цифрового сигнала при этом составляет около 18,5 Мбит/сек (для 24/192 он удвоится). Длина кабеля в моем случае составляет 7,5 м. И если кто-то считает, что «да нефиг делать, ща я на коленке из того, что есть в чулане, как два пальца...» – то флаг вам в руки. Но потом не жалуйтесь на плохо работающий и отстойный S/PDIF Coaxial.

Кабель S/PDIF

недорого, налетай

Поскольку купить хороший кабель нужной длины (6-7 м) «не представляется возможным» (стандартные длины для обычных коаксиальных кабелей 5 и 10 м, а все остальное относится уже к «высокому концу» и, мягко говоря, вызывает удивление), сделал кабель нужной длины сам. Просто купил для этого мягкий многожильный коаксиал РК-75-2-13 (внешний диаметр 3,5 мм) – и спаял. Учитывая отнюдь не самые плохие разъемы RCA (весьма качественно сделаны: металл, неплавкие изоляторы, позолота, были куплены очень давно по случаю), обошлось всё это удовольствие рублей в 400-500, наверное. Сперва наивно хотел собирался купить коаксиал на фторопласте (его-то можно паять, не сильно опасаясь перегрева), но, завидев «щедрые» цены от 220 руб/м, как-то сразу передумал и купил вышеозначенный «полиэтилен» всего по 8 руб/м.

Программные плееры: winamp vs foobar2000

Пришлось тут разбираться с фубаром (который foobar2000), насчет воспроизведения формата SACD через S/PDIF. Ну и попутно посмотрел на остальные функции. М-да... Те, кто ставит его выше винампа (winamp) – сильно (на мой взгляд) лукавят. Все-таки winamp – это более контролируемое окружение (но, увы и ах, для него нет плагина SACD). Как оказалось, у фубара есть принципиально неотключаемые обработки (регулятор громкости, например), в отношении которых принято считать, что они при установке в «ноль эффекта» не влияют на поток (передают его побитово). Так что остаюсь при своем мнении: для воспроизведения stereo lossless старый, добрый winamp все-таки будет предпочтительнее. Причина проста: не хочу иметь дела с «гениальным самомнением программистов». Да и вопросы имеются. Например, откуда в фубаре на спектре FLAC 44,1kHz Stereo появляются «хвосты» 23K с пиками -40dB? А еще, для тех записей, про которые уже известно, что они были клиппированы при мастеринге (что было подтверждено статистическим анализом треков) и уровень их воспроизведения жмется к 0dB, VU-индикаторы фубара упорно рисуют -10dB.

Если вы хотите оценить музыкальность своего «домашнего кинотеатра»

Если вы хотите оценить не крутость, а именно музыкальность «сетапа» своего «домашнего кинотеатра» (то, насколько хорошо он звучит на музыкальном контенте), то одним из лучших источников, на мой взгляд, будет диск Scorpions: MTV Unplugged in Athens.

«Концерт в Афинах представляет из себя величайшую точку эволюции легендарной группы, где невозможно найти ни одной слабой детали»

Про антикризисное «аудиофильство»

Несколько лет назад (2007 год) я по случаю написал материал о том, как получить хороший звук без многотысячных вложений в аудиотракт. А на днях хозяйство пополнилось изодинамическими (ортодинамическими) наушниками Fostex T50RP, привезенными другом из США (дело в том, что на местном рынке у них слишком уж «конская» цена). Послушав в них свои старые lossless-коллекции я лишний раз убедился в правильности ранее выбранного мной подхода, а потому решил опубликовать этот материал заново, и в этом моем блоге тоже.