7 лет назад 20 августа 2012 в 0:06 424

Если вы читали UP #26 (581) и прислушались к данным мной в первой части статьи советам, то ваши любимые мелодии поступают в ЦАП звуковой карты в первозданном виде. Давайте подумаем, что еще можно «поковырять» в аудиотракте.

Сегодня мне придется упорядочивать терминологию, в частности «частоту дискретизации» и «разрядность», а также наводить порядок пока еще в цифровой части тракта. С разрядностью все относительно просто: она измеряется в битах, а ее величина показывает, сколько уровней сигнала воспроизводит ЦАП. Допустим, постоянное напряжение на выходе ЦАП может изменяться от 0 до 5 В.

Если микросхема может выдать только две «ступеньки», 0 и 5 В (так не бывает), то и на входе она «поймет» только два числа, соответствующие этим уровням. Поскольку разрядность – это логарифм по основанию 2 к количеству возможных уровней, то в случае 24-битного ЦАП счет идет на миллионы значений выходного напряжения, цифровой эквивалент которых ЦАП готов принять и пересчитать.

Для того чтобы ухо человека не слышало отдельных «ступенек», а сигнал на выходе хоть как-то был похож на аналоговую синусоиду, пересчитывать цифру в напряжение нужно очень часто, тогда «ступеньки» будут почти незаметны. На практике применяется еще и сглаживание (округление до ближайшего числа). Хороший пример – цифровое изображение. Если количество точек на экране мало, то любая линия будет выглядеть лесенкой. Вспомните восьмибитную Dеndy. Огромные пиксели, которые можно пересчитать без лупы, персонажи с квадратными головами…

А хрипящий, булькающий саунд с ограниченным количеством нот! Поклонников такой музыки немало, но они все как один фрики (смайл). Вот так плавно я подвел вас к термину «частота дискретизации», она же частота сэмплирования, или sample rate по-аглицки.

Именно она обозначает количество отсчетов в секунду и обозначается в герцах. Так какой должна быть частота дискретизации, чтобы позволить без искажений и потерь преобразовать музыку в Цифру и обратно? Ответ на этот вопрос дает теорема Котельникова, называемая также теоремой отсчетов, или теоремой Найквиста – Шеннона, согласно которой аналоговый сигнал может быть восстановлен, если частота отсчетов при оцифровке вдвое выше верхней частоты звукового диапазона.

К высококачественной аудиоаппаратуре предъявляется требование воспроизводить звуки от 20 до 20 000 Гц, значит, частота дискретизации не должна быть ниже 40 000 Гц. Количество отсчетов в секунду берется не с потолка, для каждого вида носителя имеется «узаконенная» цифра. Так, AudioCD испокон века пишутся с глубиной квантования 16 бит и частотой дискретизации 44100 Гц, что определяет «потолок» частоты звука в 22 050 Гц. Для дисков DVD-Audio характерен sample rate в 96 и 192 кГц, что позволяет получить на выходе какой-то нереальный диапазон.

А ведь есть ЦАПы и пошустрее, причем намного. Для упрощенной передачи речи за глаза хватит и частоты сэмплирования в 8-11 кГц, интернет-телефония тому пример. Вывод из этого абзаца подскажет нам Капитан: чем выше битность карты и чем большее число килогерц частоты сэмплирования аудиокарты заявлено в datasheet ЦАП, тем она лучше.

Но возникает резонный вопрос: что происходит при воспроизведении CD (sample rate 44 100 Гц) на аудиокарте с ЦАП в 96 кГц? Будь частота дискретизации кратной 96, задача решалась бы элементарно: просто добавились бы недостающие отсчеты, всего и делов-то. А в описанной ситуации приходится либо насильно заставлять ЦАП работать на пониженных оборотах, 44 100 Гц, либо нагружать мозг компьютера, отправляя в ЦАП уже подготовленный поток с частотой дискретизации 96 кГц. Подобное преобразование зовется ресэмплинг, и от качества его выполнения натуральность звучания зависит очень сильно.

Например, в старых картах Creative Sound Blaster и первых Audigy аппаратный пересчет 44 100 > 48 000 проходил тяжело, в выходном спектре появлялись лишние гармонические составляющие, слышимые в виде призвуков, звук мог казаться жестким, поэтому многие требовательные слушатели, в числе которых и я, ставили плагины-ресэмплеры, пересчитывающие частоту дискретизации до 48 000 Гц «на лету». Как сейчас дела обстоят с ЦАП на картах Creative, точно не знаю, слышал от кого-то, что на современном железе с софтверным ресэмплингом заморачиваться не надо – чипы ныне умные и быстрые.

В распоряжении слушателя за ПК как минимум три варианта проведения ресэмплинга. Первый – средствами Windows, второй – плагинами плеера, третий – с помощью ЦАП. В Windows 7 настройка делается в разделе «Звук» «Панели управления», где нужно посетить раздел «Свойства» используемой звуковой карты, там на вкладке «Дополнительно» можно выставить формат по умолчанию. Нажатие на кнопку «Проверка» сразу же покажет, поддерживается выбранная частота сэмплирования или нет. Услышали мелодичный фрагмент, значит, все ОК. В подавляющем большинстве конфигураций можно ставить формат 24 бит 95 кГц, дальнейшее задирание цифр не вносит принципиальных улучшений в качество звучания.

Если рассматривать канонически правильный плеер foobar, особенно при выводе потока через интерфейс WASAPI Exclusive (читайте первую часть), абсолютно все равно, что там в «Виндах». Поток идет мимо. Поэтому нужно озаботиться ресэмплингом в этом плеере, благо это нетрудно. Ставите плагин, к вашим услугам и SoX, и SSRC в нескольких модификациях, – «Гугл» вам в помощь, найдете. В «фубаре» заглядываете в Preferences > Playback > DSP Manager, изучаете список доступных плагинов (в окне Available DSPs), с помощью стрелки либо активизируете их, перенося в окно Active DSPs, либо убираете с пути звука. В самом ресэмплере, аналогично Windows, нужно выставить (Configure Selected) максимальную поддерживаемую частоту дискретизации карты и битность.

Есть еще один нюанс. После цифро-аналогового преобразования по ряду причин (в частности, из-за округления чисел) образуется много «осколков», имеющих повышенную амплитуду. Сгладить пики сигнала должен плагин Advanced Limiter, включенный после ресэмплера, но я его побаиваюсь. И вот почему. Этот лимитер, по идее, должен вмешиваться, если возникает перегрузка по амплитуде, так называемый клиппинг. Но если сравнивать заведомо слабый сигнал, прошедший обработку Advanced Limiter, с исходным, видны отличия. Пропустив музыку по кругу раз так 50, можно добиться полной деградации. А мы, в общем, за чистоту и побитовое воспроизведение. Разгрузить каскады «вручную» можно преампом из вкладки Playback плеера, задав постоянное ослабление сигнала на -1…-2 дБ.

Какой способ ресэмплинга предпочесть, спросит любознательный и последовательный читатель. Лично мне выбирать не приходится, моя стародавняя карта Creative Sound Blaster Live! 24 bit явно не из породистых, аппаратный пересчет частоты дискретизации делает неумело. Но 24, 48, 96 кГц пережевывает на ура. Значит, даю ей готовый поток 24 бит 96 кГц, и пусть радуется. Но если звуковая карта профессионального класса, типа ESI Juli@, то преобразования лучше доверить ей. Вообще же, правильнее всего доверить выбор своим ушам.

Сначала прокрутить запись скользящего по всему диапазону тона, либо с софтверного генератора, либо из треков «Аудиодоктора». Лучше подложить под завывающий сигнал какую-нибудь синусоиду с фиксированной частотой. Неверный ресэмплинг немедленно проявит себя, будут слышны хрипы, призвуки. Чтобы не спутать эти артефакты с резонансами акустической системы, лучше одеть мониторные наушники, не увлекаясь громкостью.

Убедившись, что тоны чистые, нужно послушать струнные инструменты, лучше скрипичный концерт, со всеми вариантами ресэмплинга. Какой-то из ресэмплеров должен «взять за душу», вот на нем и остановитесь. А если есть желание поковыряться, воспользуйтесь программой RightMark – с ее помощью можно оценить вносимые помехи и искажения. Эта методика оценки параметров звуковых карт неидеальна, но для любительского применения и сравнения годится. Рассказывать, как закольцевать тракт, не стану, пусть изучение RightMark будет «домашним заданием» для отличников.

Что еще можно покрутить и улучшить в плеере? Например, можно автоматически выровнять уровень усиления, сделав его таким, чтобы даже в крещендо усилитель не перегружался. Проследуем в Preferences > Playback, в области ReplayGain выставим Source Mode в Track, а в выпадающем меню Processing остановимся на варианте Prevent Clipping According to Peak. Что получилось: задав источником «трек», мы попросили плеер оценить песню по-быстрому перед воспроизведением с целью выявления ненормативных бросков амплитуды и выровнять общий уровень усиления так, чтобы максимумы не превышали 0 дБ. Если задать референсом Album, foobar посчитает пики на всем альбоме. С процессингом лучше не баловаться: разрешив усиление (Apply Gain), мы можем «просадить» громкость по всему альбому, испортив динамический диапазон.

Заметьте, вторая часть «Вестника аудиофила» (смайл) вышла абсолютно «фубарской»: если в первой статье я еще вспоминал про Winamp, то сегодня ни слова. Сказывается недостаток опыта – начав приноравливаться к foobar, я открывал все новые и новые его возможности, а уж когда я освоил плагины, тогда и пошла потеха! Я абсолютно уверен, что описанное можно приложить и к Winamp, – ресэмплер для него есть точно, лимитер тоже.

Описанные мной настройки можно провести за 15 мин. в первый раз, когда физика процессов и структура меню еще непонятны, во второй подход можно управиться за 5 мин. Проделав все вышеописанное мной, можно быть полностью уверенным, что преобразование оригинального цифрового потока в аналоговый сигнал проходит максимально точно с наименьшим количеством вмешательств. Немного расплывчатая ситуация с выбором способа ресэмплинга, но аудиокарт слишком много, и рассматривать их нужно отдельно, выдавая рекомендации по каждой. Если я и смогу сделать это, то только в виде ответов на ваши письма.

А для дальнейших улучшений нам придется все-таки нагреть паяльник. Поскольку без инструментального вмешательства аналоговый тракт улучшить малореально. Конечно, я помню, что паяльник я просил подготовить к выходу этого номера, но мы что-то задержались в цифровой части. Тема следующей беседы – операционные усилители, я очень постараюсь не отклоняться от намеченного курса, но еще не знаю, получится или нет промолчать о шумах, помехах и шипении в паузах. Это же так интересно! Очень бы хотелось некоторые хит-модели звуковых карт разобрать поименно, но, боюсь, снова, как сегодня, не хватит места. До встречи на следующей неделе! UP

Никто не прокомментировал материал. Есть мысли?