Свежий номер №19 (444) / Встроенный звук
 
Дата публикации: 21.05.2002

Андрей Волов, volov@uni-scope.com

 
<< 1
Врезка

Производителям звуковых карт распространение интегрированного звука явно не по душе. Чем заманить покупателей? Нам, например, хорошо известны шаги компании Creative: новый звуковой процессор Audigy, дополнительный контроллер IEEE1394, декодирование Dolby Digital как стандартная возможность, кодеки 24 бит/96 кГц. Однако новейшими игровыми эффектами и дорогим DSP ныне много внимания не привлечешь - разработчики компьютерных игр неповоротливы, и EAX Advanced HD продвигается на рынок очень медленно.

По-настоящему потребитель клюнул только на магию чисел «24 бит/96 кГц». Впечатляют всех и вся - раз, придают солидности владельцу - два, звука шибко не ухудшают - три… А главное - поди проверь эти параметры. Ни ухом, ни чем другим (что под рукой у массового юзера) их не оценишь. Чтобы у въедливой публики не возникло желания что-либо проверять-тестировать, лепим под лихой надписью «24 бит» бирочку «непревзойденное отношение сигнал/шум 100 дБ» - и дело в шляпе.

В материалах «Ваудижи» (см. «КТ» #35[412] или www.ferra.ru/online/multimedia/12675) и «Приятная наружность» («КТ» #10[437] или …/16796 там же) мы уже довольно подробно разбирались, что стоит за лого «24 бит/96 кГц» в реальных продуктах под управлением конкретных драйверов. Здесь же давайте коснемся некоторых теоретических положений.

При регистрации сигнала в цифре ключевую роль играет такой параметр, как частота дискретизации. Верхний предел рабочего диапазона частот теоретически равен половине частоты дискретизации. Соответственно, чем она больше, тем шире диапазон записываемых/воспроизводимых частот. Например, при частоте дискретизации 96 кГц рабочий диапазон будет простираться до 48 кГц.

Еще один ключевой параметр - динамический диапазон, который свидетельствует о потенциально достижимой амплитуде сигнала. Величину динамического диапазона можно оценить числом битов или выразить в относительных единицах измерения - децибелах (дБ). Децибел штука коварная, поскольку привязана к логарифмической шкале, а значит - нелинейная. Если измерять по линейной шкале, то для 16-битного сигнала амплитуда может изменяться (целочисленно) в пределах от -32768 до +32767. В децибелах это - 20log((32767-(-32768))/1), то есть около 96. На единицу делим формально, чтобы подчеркнуть, что опорный уровень равен круглой единице. Меньше быть не может в принципе, ведь обычный цифровой сигнал имеет формат целых чисел. Для 24-битного представления сигнала динамический диапазон теоретически составляет 144 дБ. На практике ни одно устройство, в том числе и аналоговое, своего теоретического диапазона не достигает. Очень хороший усилитель мощности перешагивает за 90 дБ. Лучшие микрофоны обладают динамическим диапазоном до 140 дБ. Необходимо отметить, что разница в громкости между комариным писком и ревом взлетающего авиалайнера составляет около 120-140 дБ. Фактически 24-битный сигнал обеспечивает предельный для человеческого слуха размах амплитуды звука. Однако чтобы зарегистрировать такой цифровой сигнал, необходимо использовать полноценный 24-разрядный АЦП. Сейчас широко используются недорогие так называемые дельта-сигма-АЦП, принцип действия которых основан на хитром эффекте. Не углубляясь в подробности, скажу, что динамический диапазон у таких псевдо 24-разрядных АЦП и ЦАП при самых лучших раскладах еле-еле переваливает за 100 дБ.

Что такое отношение сигнал/шум (signal to noise ratio, SNR) и с чем его едят? И что за загадочная буква «А» маячит после «дБ»? Начну с последнего. Надпись «дБ(А)» означает, что при измерении сигналы обрабатывались взвешивающим фильтром [1], которому умышленно придали ну очень негладкую амплитудно-частотную характеристику (АЧХ). Такая обработка точнее отражает восприятие звука человеком и дает заметно более высокое (этак на червончик децибел) значение отношения сигнал/шум. А об оценке SNR в звуковых картах подробно читайте в полной версии статьи на сайте Ferra.ru.

Уменьшение амплитуды в два раза в децибелах выражается скромным значением -6 дБ. Самый громкий оцифрованный в 16 бит полярный сигнал будет иметь пиковую амплитуду 216-1=32768 в абсолютном значении. Текущую амплитуду можно измерять относительно (в материальном мире все относительно) опорного уровня, равного максимально достижимой амплитуде, или другими словами, полной шкале. Тогда самая большая пиковая амплитуда будет 20log(32768/32786)=0 дБ (FS). Здесь FS означает full scale - полная шкала. В отличие от аналоговой, в цифровой технике «плюсовых» дБ (FS) не бывает по определению. Теперь возьмем сигнал чистого тона с большой амплитудой (в пике под 0 дБ FS) и с помощью саунд-редактора уменьшим амплитуду вдвое, получив в пике -6 дБ. Очень заметно на слух! - скажете вы и будете совершенно правы. Чудесно, а теперь возьмем ослабленный сигнальчик этого же тона, не более -60 дБ в пиковой амплитуде, и тоже уменьшим вдвое, соответственно получив -66 дБ. Ё-моё! Что-то вообще ничего ни слыхать: ни того сигнала, ни другого! Не беда, выкрутим громкость до упора… Ага, сигнальчики прорезались, но только почему-то на слух разница неубедительная: то ли есть, то ли нету. Отсюда следует важный вывод. Разница в 1-6 дБ сама по себе ни о чем не говорит! Для мощных сигналов она будет заметна, а для очень тихих - нет. Эх, жаль, сравнение на слух двух звуковых сигналов с разницей несколько децибел в значениях отношения сигнал/шум не корректно в принципе (у каждой звуковой карты проявятся персональные искажения иной природы), а то было бы очень кстати убедиться, что снижение величины сигнал/шум, например, с -85 до -90 дБ представляет интерес исключительно для самих разработчиков.

И напоследок еще два замечания по поводу бирки «24/96». Во-первых, абсолютное большинство непрофессиональной музыки по-прежнему записывается в режиме 16 бит/44,1 кГц. На DVD-Video по умолчанию звуковая дорожка в формате Dolby Digital дискретизирована с частотой 48 кГц, а вот по битам - «война в Крыму, все в дыму». Чувствуется, что динамический диапазон расширяется в основном за счет LFE-канала. Да, декомпрессия из Digital Dolby 5.1 позволяет воспроизводить как очень тихие, так и очень громкие звуки. Но какие при этом возникают динамические искажения - большой вопрос. Во-вторых, чтоб вкусить всю прелесть натуральных «24 бит/96 кГц», понадобятся акустические системы и усилительная аппаратура подороже среднестатистического персонального компьютера.



 
<< 1
Врезка


Андрей Волов
volov@uni-scope.com
 


<< Ямской тракт
Все материалы номера
Цифровой обыск >>