В статье
«Откуда берется качество винила?»
я попытался докопаться до причин различий звука CD и виниловых
пластинок. Мои статьи предназначенны в первую очередь
людям, не знакомым с основами цифровой обработки сигналов. Поэтому я не
хотел бы перегружать информацией свои статьи.
Кратко отвечу на некоторые вопросы, которые могли возникнуть при
прочтении вышеназванной статьи.
Вносят ли винил и аналоговая магнитофонная запись искажения в
исходный сигнал?
Конечно же, искажения исходной акустической волны
начинаются с того самого момента, как только она попадает в микрофон
(неравномерная эластичность мембраны и пр.). Далее
идут аналоговые тракты (провода с наводками, усилители) и только потом
сигнал может быть отправлен:
- либо в аналоговый тракт (усилители,
микшеры, записывающие устройства) с магнитофоном
или виниловым рекордером;
-
либо подан на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП,
например, входное устройство звуковой карты), а дальше все обработки
сигнала идут исключительно в цифровой форме.
Результат всех наших манипуляций над исходным звуком, включая сведение
мастера (окончательной фонограммы, копии которой и отправятся
слушателям), можно записать либо на винил, либо на цифровой носитель
(CD, DVD-audio), либо на винил.
Надо иметь в виду, что каждое
копирование с другой копии
аналоговой записи неизбежно приводит к искажениям. И
запись на винил
цифрового мастера (CD, DVD-audio, с жесткого диска и т.п.)
не сделает звук лучше, а только добавит искажения, присущие технологии
грамзаписи.
Что же это за искажения такие? Кроме искажений сигнального
тракта (усилители, предусилители), есть еще искажения привода резца, а
при дальнейшем копировании с помощью матрицы, также присутствуют
механические люфты оборудования, приводящие к дальнейшему нарушению
идентичности готовой виниловой пластинки исходному сигналу. Сама матрица тоже
со временем изнашивается.
Кроме того при записи цифрового мастера
требуется преобразование из цифровой формы в аналоговую (ЦАП), после
этого звук проходит через «резак» винила, потом через виниловый проигрыватель,
механизм иглы которого также далеко не идеален, и только после этого
весьма непростого пути попадает в колонки.
В противоположность этому,
цифровая копия после ЦАП в бытовом проигрывателе сразу попадает на
колонки. Здесь ухудшение звука, по сравнению с тем, каким бы Вы могли
его услышать в студии, происходит по следующим причинам.
- во-первых, в
студии запись ведется при частотах дискретизации кратных 48 кГц (96 и
192), что при передискретизации в 44 кГц (число не кратное 48) дает свои
погрешности.
- во-вторых, ЦАП бытового проигрывателя зачастую качеством
пониже студийного (я не имею в виду Hi-End и верхний потолок Hi-Fi).
А как насчет качества современных
CD?
В последнее время происходят перемены в
сторону улучшения звука компакт-диска. CD-диски выпускаемые в последние
годы зазвучали гораздо чище и прозрачней, чем цифровые фонограммы
предыдущих лет. Записи DVD-аудио (192 кГц) тоже неоднородны по качеству
звука. Но стоит послушать даже на не самой дорогой аудиокарте компьютера
(Creative Audigy или X-Fi) DVD-audio альбом Shaman Карлоса Сантаны, то
сразу становятся понятны преимущества высокой частоты дискретизации:
звук сразу становится более выпуклым и заполняет собой все пространство
(я имею в виду даже прослушивание на стереопару). Если прослушать ту же
запись через высококачественный ресивер по цифре и/или через професcиональную
карту типа M-Audio, то Вы сможете услышать мельчайшие детали звуковой
картины, оттенки ударов палочки об обод барабана, призвуки хетта.
Я не
случайно говорю о средне-высоком диапазоне частот, который обычно и
страдает при цифровой записи с низкими частотами дискретизации.
Неужели нет способа борьбы со
ступеньками, возникающими про восстановлении, сигнала из цифровой
последовательности отсчетов?
Одним из способов
приближения формы сигнала, восстановленного из последовательности
цифровых отсчетов, к форме исходного сигнала (на входе, к примеру,
звуковой карты), является метод кратного повышения частоты дискретизации
в несколько раз (oversampling) перед выдачей на цифрово-аналоговый преобразователь (ЦАП, выходное устройство звуковой карты).
ЦАП в этом случае также должен поддерживать
повышенную частоту дискретизации. Теперь между двумя «настоящими»
соседними отсчетами появляется несколько «виртуальных». Таким образом мы
можем сгладить большую ступеньку между «настоящими» отсчетами за счет
установки уровней «виртуальных» отсчетов таким образом, чтобы они плавно
изменялись от значения одного отсчета к другому. Эта процедура
называется интерполяцией. Интерполяция бывает нескольких видов,
например:
- линейная – самая грубая, которая соединяет соседние
«настоящие» отсчеты по прямой линии;
- сплайн – более точная, при
соединении линией учитывает не только 2 соседних «настоящих» отсчета, но
и их ближайших соседей (как объяснял один из моих преподавателей по высшей математике, берете в руки гибкую линейку и соединяете с ее помощью 3 точки).
На частотах до 7-10 кГц (7000 – 10000 циклов
в секунду) – это работает замечательно. Но, на частотах (частота –
количество циклов в секунду), когда на период (цикл) синусоидального
колебания приходится 2-4 отсчета, происходят следующие неприятные вещи.
Посчитаем количество отсчетов при частоте дискретизации 44 100 Гц,
приходящееся на разные частоты:
10 000 Гц : 44 100 / 10 000 = 4
отсчета;
12 000 Гц: 44 100 / 12 000 =
3 отсчета;
15 000 Гц: 44 100
/ 15 000 =
2 отсчета;
17 000 Гц: 44 100 / 17 000
=
2 отсчета;
19
000 Гц: 44 100 / 19 000
=
2 отсчета.
Что можно сказать, глядя на эти
печальные цифры? Выше 12 кГц, какой бы частоты ни была синусоида, она
всегда будет представляться двумя отсчетами. В зависимости от
сочетания значений последовательности этих отсчетов мы, конечно, сможем
услышать частоты 15; 17 и 19 кГц, но это уже будут не чистые синусоиды.
Поскольку у этих частот короткий период (временной цикл), сравнимый с
расстоянием по времени между отсчетами (измерениями), то большая
часть информации (формы) исходного сигнала
остается для нас
потерянной.
При восстановлении ее с помощью функций интерполяции, мы
не имеем достоверной исходной информации, а только предполагаем, что она
должна быть такой-то. Точно так же, как мужчина порой домысливает образ
любимой женщины.
Обсудить в конференции
|