Динамичният диапазон на всички цифрови формати, включително DSD - митове и реалност

Помислете за такива характеристики като: реален динамичен диапазон за DSD формати, фазов шум и проби от грешки за всички цифрови формати като цяло.

Характеристиките на звукоизолиращото оборудване често включват такива характеристики като:

• Динамичен и честотен диапазон
• Съотношение сигнал / шум
• и т.н..

Но много се пропуска.

• Какво е дискретизация;
• CD формат и свързаните с него формати Flac - истински динамичен диапазон;
• Резултатът от чистотата на записа в CD формат;

• Дискретизация във Flac;
• WAVE формати, с ултрависока честота на вземане на проби;

• Дискретизация на DSD формата;
• DSD с по-висока честота на вземане на проби;

• Обобщение, 3 важни извода и същността на статията;

Какво е дискретизация

Вземането на дискретни сигнали дискретно във времето (за разлика от квантоването, което дискретира амплитудите на сигналите). Всеки знае каква е битовата дълбочина на аудио и ЦАП (ADC). Колкото по-голяма е битовата дълбочина на аудио информацията и ЦАП (ADC), толкова по-висока: качество, по-добър динамичен обхват и съотношение сигнал / шум..

• Уикипедия - дискретност;

Малко хора смятат, че квантуването по времевата ос, или по-точно казано - дискретизацията, също допринася за динамичния диапазон и носи цифров шум (малко се пише за това в мрежата).

Грешката в извадката в този смисъл е подобна на грешката в квантоването - колкото по-висока е честотата на дискретизация и по този начин, колкото повече информация за цифровото представяне на сигнала, толкова по-добро качество. Най-често любителите на музиката се ограничават само до информация за (теоретичния) честотен обхват, но напразно! =)

Формат на CD и свързаните с тях Flac формати - динамичен диапазон

Първо, нека да разгледаме любимия ви формат на CD и свързаните с него формати Flac.. Динамичният диапазон се изчислява много просто - той е 6 dB за 1 бит информация, с импулсна кодова модулация, използвана в тези формати. За компактен диск динамичният диапазон е 16bit x 6dB = 96dB. Съответно, величината на грешката на квантоване е равна на стойността на най-малко значимия бит, а за 16-битовия динамичен диапазон цифровият (теоретичен) шум от квантоване ще бъде -96dB. Разгледахме квантуването на амплитудата и това не са всички характеристики на цифровото аудио.

В предишните си ревюта вече говорих за проблемите, свързани с дискретността на звука в компактдиска и реалния му честотен обхват. Нека ви напомня. Обхватът на CD (теоретично) е 20Hz-20,000Hz.

С по-ниските честоти всичко е наред. Проблеми възникват при дигитализирането на високи честоти. Факт е, че периодът на максималната (според теоремата на Котеликов-Шанън или известна като "честота на Никвист") честота 22050 Hz ще бъде записан само с две цифри. Това е честотата на дискретизация, която е равна на компактдиска с 44100Hz. Ако сравним количеството информация, достъпна за запис на максимална честота 22050 Hz и минималната честота за CD от 20 Hz, идва много важно и просто заключение - различни честоти се записват с различно качество.

Също така е ясно, че ако по-ниската честота се записва с високо качество, тогава по-високите честоти, съвсем логично, ще бъдат записани с лошо качество. Единственият въпрос е колко лошо е това качество..

За да се изчисли количеството на шума от извадката, е подходяща формула от количествената оценка на шума. Първо трябва да знаете стойността на периода (цяло число) на желаната честота и да изчислите необходимия брой битове, кодиращи фазата на честотата. Таблицата по-долу показва честотите с намаление на октавата плюс най-ниската честота (кодирана, както си спомняме с излишък от качество), тогава стойността на периода е минимална, минимум 2p, по-нататък броят на информационните единици, кодиращи един честотен период, и необходимата дълбочина на бита за кодиране на един период при тази честота на вземане на проби (ограничението за броя на битовете на фаза е само честотата на вземане на проби). В крайна сметка се дава онова, от което се нуждаем - стойността (теоретична) на фазовия шум (грешка в извадката) за определена честота:

CD 44100 Hz 16bit

• 22050 Hz 2p (1b) -6dB
• 11025 Hz 4p (2b) -12dB
• 5512 Hz 8p (3b) -18dB
• 2756 Hz 16p (4b) -24dB
• 20 Hz 2205p (11b) -66dB

И така, стойностите на пробния шум откровено обезкуражаващи =). Не без причина тези характеристики изобщо не са посочени от производителите на оборудване..

Обща чистота на CD

В CD формат се записват чисто само ниски честоти със съотношение сигнал / шум под около -45 dB. Средните стойности ще се записват вече с високо ниво на фазов шум. При високи честоти на практика не остава нищо ... Нека ви напомня, че шумът от квантуване само -96dB е това, което производителите на оборудване посочват в описанието на форматите.

Нека да видим какво имаме с формати с висока разделителна способност, нека започнем с Flac:

Flac 96000 Hz 24-битов

• 24000 Hz 4p (2b) -12dB
• 12000 Hz 8p (3b) -18dB
• 6000 Hz 16p (4b) -24dB
• 3000 Hz 32p (5b) -30dB
• 20 Hz 4800p (13b) -78dB

Flac 192000 Hz 24 бита

• 24000 Hz 8p (3b) -18dB
• 12000 Hz 16p (4b) -24dB
• 6000 Hz 32p (5b) -30dB
• 3000 Hz 64p (6b) -36dB
• 20 Hz 9600p (14b) -84dB

Вижда се, че с увеличаване на честотата, качеството става по-добро, но не и от много.

В допълнение, помислете за няколко WAVE формата с ултра-висока честота на вземане на проби

WAVE 384000 Hz 32 bit

• 24000 Hz 16p (4b) -24dB
• 12000 Hz 32p (5b) -30dB
• 6000 Hz 64p (6b) -36dB
• 3000 Hz 128p (7b) -42dB
• 20 Hz 19200p (15b) -90dB

WAVE 768000 Hz 32 bit

• 24000 Hz 32p (5b) -30dB
• 12000 Hz 64p (6b) -36dB
• 6000 Hz 128p (7b) -42dB
• 3000 Hz 256p (8b) -48dB
• 20 Hz 38400p (16b) -96dB

Резултатите вече са много по-добри, но все още не са перфектни. =) Ясно е, че форматите с ултрависока честота все още не са достъпни за почти всеки.

DSD формат

Сега нека обърнем внимание на най-противоречивия и по отношение на качествения DSD формат, използван в SACD. Първо, тук не се използва импулсно-кодова модулация, а плътно-импулсна модулация. Това означава, че целият сигнал както в амплитуда, така и във времето е кодиран от поток от еднобитни стойности..

От това следва, че квантуването е симетрично на дискретизацията и следователно шумът от квантуване ще бъде равен на шум за вземане на проби. И това, и друго (в случая това е един размер) представлява интерес.

Така че да започнем ... DSD

DSD64

• 2.822.400 Hz 1 бит
• 22050 Hz 128p (7b) -42dB
• 11025 Hz 256p (8b) -48dB
• 5512 Hz 512p (9b) -54dB
• 2756 Hz 1024p (10b) -60dB
• 20 Hz 141120p (18b) -108dB

Резултатите от изчисленията са впечатляващи - това наистина е висококачествен формат! Има сравнително ниско ниво на шум при високи честоти, при средни честоти този показател е още по-добър, а при ниски честоти качеството като цяло не надхвърля похвала. При високи честоти първоначалният DSD формат оставя след себе си дори WAVE 768 000 Hz!.

Остава да се вземе предвид форматът DSD с по-висока честота на вземане на проби

DSD128

• 5.644.800 Hz 1 бит
• 22050 Hz 256p (8b) -48dB
• 11025 Hz 512p (9b) -54dB
• 5512 Hz 1024p (10b) -60dB
• 2756 Hz 2048p (11b) -66dB
• 20 Hz 282240p (19b) -114dB

DSD256

• 11.289.600 Hz 1 бит
• 22050 Hz 512p (9b) -54dB
• 11025 Hz 1024p (10b) -60dB
• 5512 Hz 2048p (11b) -66dB
• 2756 Hz 4096p (12b) -72dB
• 20 Hz 564480 (20b) -120dB

DSD512

• 22.579.200 Hz 1 бит
• 22050 Hz 1024p (10b) -60dB
• 11025 Hz 2048p (11b) -66dB
• 5512 Hz 4096p (12b) -72dB
• 2756 Hz 8192p (13b) -78dB
• 20 Hz 1128960p (21b) -126dB

Таблицата показва, че увеличаването на честотата във формат DSD има смисъл за качеството на високите честоти (долните се записват с излишък от качество).

Резултатът:

• Производителите на звуково възпроизвеждащо оборудване посочват динамичния диапазон на квантоване, свързаното съотношение сигнал / шум и не посочват величината на фазовия шум (грешка при вземане на проби).
• Второ заключение. Заявените високоефективни формати с импулсно-кодова модулация отчасти са мит.
• И последно - DSD форматите наистина имат предимство в качеството пред стандартните формати.

В бъдеще, вероятно с по-нататъшното развитие на цифровата електроника, ще се предлагат аудио формати с много висока честота на дискретизация и шум с ниска фаза, но засега изборът не е много голям и трябва да се обърне внимание на DSD. Разбира се, това не е реклама за DSD и SACD =), но изборът е ваш.