CDDA не хуже винила?
Или: зачем нужна высокая частота дискретизации?
Только чтобы удовлетворить
(то есть даже без запаса) Человеческий слух, при оцифровке необходима частота дискретизации в ДВА МЕГАГЕРЦА. Исследования базировались на основе способностей Человека различать направления на источник звука. В частности – звук щелчка пальцев на расстоянии метра. Поэтому, чтобы
хотя бы сравняться с потребностями человеческого уха, наиболее близок для этого именно винил, или оцифровка записанная с наивысшей
(насколько позволяет аппаратура) частотой дискретизации.
(подробнее см. в статьях "Основы слуховой системы с точки зрения обывателя" и "Блеск и нищета теоремы Котельникова")
В противном случае, неопределённость фазы выходного сигнала при оцифровке:
с частотой дискретизации 40кГц сигнала с частотой 20 кГц может быть ≈ 180°
с частотой 10 кГц ≈ 90°
с частотой 5кГц ≈ 45°
с частотой 2,5 кГц ≈ 22,5°
и т.д.
Эта неопределённость фазы приводит к
паразитной амплитудной модуляции. Если взять те же 20 кГц аналогового сигнала, то глубина паразитической амплитудной модуляции может достигать 100% при частоте дискретизации ≈40 кГц! Соответственно: с 10 кГц - 50%, и т.д.
В архиве ниже предоставлены картинки снятые с показательного опыта по получению этого синуса в 20 кГц с частотами дискретизации 44 кГц и 192 кГц. Красной чертой показаны «биения» – так называемые «паразитной амплитудной модуляцией», вызванными неопределённостью фазы. То есть, мало того, что на 44 кГц мы синуса, как такового, не получаем, а нам ещё и «биение» прилетает….
А ведь в целой звуковой записи - совсем не синус, и не только с частотой 20 кГц. Совокупность этих «биений» в общей записи и вызывает в голове слушателя некое давление при прослушивании цифровых записей. И чем ниже частота дискретизации, тем это давление ощутимее. Сама частота этой модуляции определяется насколько близко частота дискретизации или её кратность расположена к частоте аналогового сигнала. Чем ближе они, тем ниже частота этой паразитной модуляции.
То есть поведение спектральных составляющих звукового сигнала определяется:
1) продолжительностью спектральной составляющей во времени. Чем она длительней звучит – тем паразитная модуляция более заметна, потому происходит большее изменение амплитуды этой составляющей из-за дискретизации;
2) глубиной паразитной модуляции, коя определяется частотой спектральной составляющей;
3) частотой паразитной модуляции, коя определяется отношением частоты этой спектральной составляющей к частоте дискретизации.
Ещё раз: «сложения»
всех паразитных амплитудных модуляций в звуковом сигнале воспринимаются как «инфрачастотное давление», но это не сам ИНЧ. Так мы его называем лишь из-за схожести ощущения. Но природа образования этого явления – другая. К примеру, если в одно ухо подать одну частоту, а в другое – другую, то вы почувствуете «биения». В оцифровке тоже самое, но «биение» возникает уже не в голове – а при самой оцифровке. Ушами, головой, мы уже чувствуем только это давление, вызываемое всеми этими «биениями». Иного слова здесь ещё как-то не подобрать. Это сложно выловить приборами, но это спокойно ощущается. Ещё раз: это – не слышится, это – ощущается.
(Хотя, к примеру в mp3 это давление - вообще переходит в "слуховой диапазон", при частоте дискретизации <44кГц и пользователь даже на самой убогой аппаратуре начинает слышать что-то вроде шума или свиста...)
Можно, конечно, собрать аппаратное обеспечение в ЦАПе, которое будет каждый сигнал, каждую частоту, по теореме Котельникова «аппроксимировать» и производить коррекцию этой паразитной амплитудной модуляции для каждой спектральной составляющей звукового сигнала. Но для этого потребуется не хилая математика и не хилое аппаратное
быстродействие в реальном времени. Затраты времени и средств на разработку подобного устройства, подозреваем, превысят «создание истребителя». Хотя опыты с подобными изделиями вроде бы уже производят
(при просмотре одного из американских форумов, было обсуждение таких аппаратов, чья стоимость была заявлена в районе 20-50 к$) - они действительно разбивают звуковой сигнал на спектральные составляющие, где для каждой составляющей рассчитывают законы модуляции и подстраивают эти составляющие по амплитуде с учётом соотношения частоты спектральной составляющей с частотой дискретизации и текущей амплитуды этой спектральной составляющей. Насколько целесообразен такой аппарат – решать покупателю.
На наш взгляд, гораздо проще не создавать себе ненужных трудностей и лишних затрат
(подтягивая звук на CDDA), и создать многомегагерцовый АЦП-ЦАП
(который тоже уже в-принципе условно существует). Потому что в том же неоцифрованном виниле – подобных паразитных амплитудных модуляций нет. И «не вооружённым ухом слышно», что наличествует более чёткая локализация звуковых образов и звуковая панорама намного шире. Это потому, что присутствующие
в нём частоты и
за свой промежуток времени позволяют уху без напряга локализовать источник звука, записанный именно там, где его и слышно. И это потому, что в нём сохраняется и соблюдается фазовое соотношение гармоник в форманте
*, что важнее.
Аппаратура, которая позволяет не только прочувствовать, но и оценить «по-достоинству» все цифровые огрехи – в мире стоит бешеных денег. Нам самим это отлично почувствовать стало возможным только тогда, когда подняли линейность и снизили нижнюю граничную частоту до 4 Гц, что убрало маскировку очень слабых звуков и сигналов.
На этом месте у многих закрадывается вопрос: а зачем тогда тратить лишние деньги чтобы чувствовать вшивость CDDA? И вопрос этот очень правильный. На недостаточно качественной аппаратуре Вы просто напросто физически не сможете услышать всё богатство, заложенное в записи компакт-диска. То есть Вы не получаете того, за что собственно платили!
А ещё здесь – необходимо просто напомнить:
зачем нужен Hi-End.
И на закуску: И. Алдошина: «
Физический и психоакустический анализ цифрового звука с высоким разрешением»
Алдошину рекомендуется читать включив мозг на 100%. Недавно просматривал ее публикации в звукорежиссере - очень много технических ляпов. Что-то поправок там не видно к ним. Циферьки могут легко оличаться от реальности на три порядка. (NovikovK)
* Форманта - другое её название "звуковой фотон" или "Фонон".