Немного о качестве

Основной формат представления звуковых данных в профессиональной звукозаписи — 16 бит/44,1 кГц, именно на нем основан компакт-диск. Для разрядности 16 бит потенциально достижимое отношение сигнал/шум в полосе 20 кГц при частоте дискретизации 44,1 составляет 98,2 дБ. Чем больше разрядность кода, тем выше точность — при прочих равных, естественно.

Для записи используют форматы с разрешением до 24 бит, частота дискретизации выбирается из ряда 44,1/88,2/176,4 или 48, 96 и 192 кГц; изредка — 32 кГц. Существуют записи и в других форматах, как, например DSD, но пока это ближе к экзотике, чем к реальности.

Для обработки данных, представленных в формате с фиксированной запятой, меньше чем 24 бит практически никто не использует; в ходу разрядность побольше: 32, 48 и даже 64 бит. И для «плавающей запятой» разрядов требуется немало. Не надо только путать формат представления данных и разрешающую способность системы, которая ограничена этим форматом.

Рис.1. Влияние шумов аналогового канала: появляются новые кажущиеся источники звука (КИЗ), вызываемые шумами, исходный сигнал локализуется отдельно.

Рис.2. Влияние шумов и искажений цифрового канала: появляется новый кажущийся источник звука (КИЗ), заполняющий собой стереопанораму, исходный сигнал "размазывается" в пространстве.

Рис. 3. Различие доступного динамического диапазона в цифровой и аналоговой системах. За счет того, что искажения квантования более заметны, чем шумы, в цифровой системе необходимо иметь больший защитный диапазон DP.

Надеюсь, что большинство наших читателей понимает разницу между поддерживаемыми форматами и полностью реализованными. Например, звуковая карта может воспроизвести сигнал формата 96/24, имея при этом разрешение, эквивалентное 16 битам, и обеспечивая диапазон частот от 20 Гц до 20 кГц. И не следует считать такой режим работы надувательством, ведь в документах честно написано и про диапазон частот, и про динамический диапазон.

Не раз уже поднимался на страницах журнала «Звукорежиссер» вопрос качества цифровых устройств обработки звуковых сигналов. Много раз уже говорилось и писалось, что при низких уровнях сигнала АЦП/ЦАП создает не столько шумы, сколько искажения. Рассмотрим простейший случай: сигнал одного источника звука подан на два канала.

В левом и правом каналах в аналоговом варианте (рис. 1) к полезному сигналу добавится какой-то шум, который можно измерить приборами и услышать ушами. Что же мы услышим? В центре — кажущийся источник звука, образованный полезным сигналом; слева и справа — шум. Эти шумы на полезный сигнал влияния не оказывают, они существуют отдельно.

Продукты искажений квантования в левом и правом каналах цифровой системы (рис. 2) связаны с сигналом и, следовательно, друг с другом. В результате стереопанорама начинает заполняться «песочком», снижается прозрачность звучания. Кроме того, страдает и сам полезный сигнал: источники звука «слипаются».

Рис.3 иллюстрирует различия доступного для работы динамического диапазона в аналоговых и цифровых системах. При отношении S/N = 80 дБ можно получить великолепную запись; если же отношение S/N+D = 80 дБ, то такую запись даже в качестве демо не всегда можно использовать.

Потери качества неоднократно пытались связать с принципиальной несовместимостью аналогового звука и цифровой технологии. Но дело в другом. Переход на «цифру» снял массу ограничений с технологии звукозаписи и производства фонограмм. Мифотворчество отражает реалии жизни, и бродят по студиям байки — пианист который раз сбивается, а звукорежиссер его утешает: «Не отчаивайтесь. Сыграйте гамму, я потом нарежу и соберу». Во всякой шутке есть доля шутки, возможность бесконечно кроить и перекраивать запись оказала медвежью услугу музыкантам и музыке.

Пытались ученые найти и объективно существующие искажения, присущие исключительно цифровым системам, и добрались до джиттера, то есть временной нестабильности фронтов цифрового сигнала. Причиной джиттера может стать нестабильность опорного генератора; есть и другие причины модуляции фазы.

Последствия искажений цифрового потока, в том числе и дрожание фаз фронтов, легко убираются с помощью простейших приемов, например, исправления ошибок потока и буферизации данных. Современные профессиональные звуковые карты практически свободны от искажений сигнала, связанных с джиттером.

Заключение

Покупается «железо», то есть собственно карта, ситуация с софтом немного иная. Для начала заметим, что софт бывает разный: