Dynamický rozsah všetkých digitálnych formátov vrátane mýtov a reality DSD

Zvážte také charakteristiky ako: skutočný dynamický rozsah pre formáty DSD, fázový šum a chyby vzorkovania pre všetky digitálne formáty všeobecne.

Charakteristiky zariadení reprodukujúcich zvuk často zahŕňajú také charakteristiky, ako sú:

• Dynamický a frekvenčný rozsah
• Pomer signálu k šumu
• etc.

Veľa však chýba.

• Čo je diskriminácia;
• Formát CD a súvisiace formáty Flac - skutočný dynamický rozsah;
• Výsledok čistoty záznamu vo formáte CD;

• Diskretizácia vo Flac;
• Formáty WAVE, s mimoriadne vysokou vzorkovacou rýchlosťou;

• Diskretizácia formátu DSD;
• DSD s vyššími vzorkovacími rýchlosťami;

• Zhrnutie, 3 dôležité závery a podstata článku;

Čo je to diskriminácia

Vzorkovanie diskrétne signál v priebehu času (na rozdiel od kvantovania, ktoré diskrétne amplitúdy signálov). Každý vie, aká je bitová hĺbka zvuku a DAC (ADC). Čím vyššia je bitová hĺbka zvukových informácií a DAC (ADC), tým vyššia je kvalita, lepší dynamický rozsah a pomer signálu k šumu..

• Wikipedia - diskretizácia;

Málokto si myslí, že kvantizácia na časovej osi, alebo presnejšie povedané - diskretizácia, tiež prispieva k dynamickému rozsahu a prináša digitálny šum (o tejto sieti sa v sieti píše málo)..

Chyba vzorkovania v tomto zmysle je podobná chybe kvantizácie - čím vyššia je vzorkovacia frekvencia a tým viac informácií pre digitálnu reprezentáciu signálu, tým lepšia kvalita. Milovníci hudby sa najčastejšie obmedzujú iba na informácie o (teoretickom) frekvenčnom rozsahu, ale márne! =)

Formát CD a súvisiace formáty Flac - dynamický rozsah

Najprv sa pozrime na váš obľúbený formát CD a súvisiace formáty Flac.. Dynamický rozsah sa počíta veľmi jednoducho - je to 6 dB na 1 bit informácie, pričom v týchto formátoch sa používa modulácia impulzného kódu. Pre kompaktný disk je teda dynamický rozsah 16 bitov x 6 dB = 96 dB. Preto sa veľkosť kvantizačnej chyby rovná hodnote najmenej významného bitu a pre 16-bitový dynamický rozsah bude digitálny (teoretický) kvantizačný šum -96 dB. Preskúmali sme kvantizáciu amplitúdy a nie sú to všetky charakteristiky digitálneho zvuku.

V mojich predchádzajúcich recenziách som už hovoril o problémoch spojených s audio diskretizáciou na CD a o jeho skutočnom frekvenčnom rozsahu. Dovoľte mi pripomenúť. Rozsah CD (teoretický) je 20 Hz - 20 000 Hz.

Pri nižších frekvenciách je všetko v poriadku. Problémy sa vyskytujú pri digitalizácii vysokých frekvencií. Faktom je, že perióda maximálnej (podľa Kotelnikov-Shannonovej vety alebo známej ako „Nyquistova frekvencia“) frekvencie 22050 Hz sa zaznamená iba dvoma číslicami. Toto je vzorkovacia frekvencia, ktorá sa rovná 44100 Hz CD. Ak porovnáme množstvo informácií, ktoré sú k dispozícii na zaznamenanie maximálnej frekvencie 22050 Hz a minimálnej frekvencie pre CD 20 Hz, prichádza na myseľ veľmi dôležitý a jednoduchý záver - zaznamenávajú sa rôzne frekvencie s rôznou kvalitou.

Je tiež zrejmé, že ak je nižšia frekvencia zaznamenaná s vysokou kvalitou, potom budú vyššie frekvencie celkom logicky zaznamenané s nízkou kvalitou. Jedinou otázkou je, ako nízka je táto kvalita..

Na výpočet množstva vzorkovaného hluku je vhodný vzorec kvantovania odhadu hluku. Najprv musíte poznať hodnotu periódy (celé číslo) požadovanej frekvencie a vypočítať požadovaný počet bitov kódujúcich fázu frekvencie. V nasledujúcej tabuľke sú uvedené frekvencie s oktávovým poklesom plus najnižšia frekvencia (kódovaná, ako si spomíname s nadmernou kvalitou), potom je hodnota periódy minimálna, minimálna 2p, ďalej počet informačných jednotiek kódujúcich jednu frekvenčnú periódu a požadovaná bitová hĺbka. na kódovanie jednej periódy pri tejto vzorkovacej frekvencii (obmedzenie počtu bitov na fázu je len vzorkovacia frekvencia). Nakoniec je potrebné uviesť - hodnotu (teoretickú) fázového šumu (chyba vzorkovania) pre určitú frekvenciu:

CD 44100 Hz 16bit

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

Takže hodnoty vzorkovacieho hluku sú úprimne odrádzajúce =). Nie je dôvod, aby tieto vlastnosti neboli uvedené výrobcami zariadení.

Celková čistota CD

Vo formáte CD sa čisto zaznamenávajú iba nízke frekvencie s pomerom signálu k šumu pod približne -45 dB. Priemery sa zaznamenajú už pri vysokej úrovni fázového šumu. Pri vysokých frekvenciách nezostane prakticky nič ... dovoľte mi pripomenúť, že kvantizačný šum iba -96 dB je to, čo výrobcovia zariadení uvádzajú v opise formátov.

Pozrime sa, čo máme s formátmi s vysokým rozlíšením, začnime s Flac:

Flac 96000 Hz, 24 bitov

• 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 bitov

• 24000 Hz 8p (3b) -18dB
• 12000 Hz 16p (4b) -24dB
• 6000 Hz 32p (5b) -30dB
• 3 000 Hz 64p (6b) -36dB
• 20 Hz 9600p (14b) -84dB

Je vidieť, že so zvyšujúcou sa frekvenciou sa kvalita zlepšuje, ale nie o veľa.

Okrem toho zvážte niekoľko formátov WAVE s mimoriadne vysokou vzorkovacou rýchlosťou

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) -90 dB

WAVE 768000 Hz 32 bit

• 24000 Hz 32p (5b) -30dB
• 12000 Hz 64p (6b) -36dB
• 6000 Hz 128p (7b) -42dB
• 3 000 Hz 256p (8b) -48dB
• 20 Hz 38400p (16b) -96 dB

Výsledky sú už oveľa lepšie, ale stále nie sú dokonalé. =) Je zrejmé, že formáty s ultravysokými frekvenciami stále nie sú dostupné takmer každému.

Formát DSD

Teraz venujme pozornosť najkontroverznejším a kvalitatívnym formátom DSD používaným v SACD. Najprv sa tu nepoužíva modulácia pulzného kódu, ale modulácia hustoty a impulzu. To znamená, že celý signál v amplitúde aj v čase je kódovaný tokom jednobitových hodnôt..

Z toho vyplýva, že kvantizácia je symetrická s diskretizáciou, a preto sa kvantizačný šum bude rovnať vzorkovaciemu hluku. To, ako aj ďalšie (v tomto prípade je to jedna veľkosť), sú zaujímavé.

Začíname ... DSD

DSD64

• 2,822,400 Hz 1 bit
• 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

Výsledky výpočtu sú pôsobivé - je to skutočne kvalitný formát! Pri vysokých frekvenciách je pomerne nízka hladina hluku, pri stredných frekvenciách je tento ukazovateľ ešte lepší a pri nízkych frekvenciách je kvalita vo všeobecnosti mimo chválu. Pri vysokých frekvenciách pôvodný formát DSD zaostáva dokonca za WAVE 768 000 Hz!.

Zostáva zvážiť formát DSD s vyššími vzorkovacími rýchlosťami

DSD128

• 5,644,800 Hz 1 bit
• 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 bit
• 22050 Hz, 512p (9b) -54dB
• 11025 Hz 1024p (10b) -60dB
• 5512 Hz 2048p (llb) -66dB
• 2756 Hz, 4096p (12b) -72dB
• 20 Hz 564480 (20b) -120 dB

DSD512

• 22,579.200 Hz 1 bit
• 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

Tabuľka ukazuje, že zvýšenie frekvencie vo formáte DSD má zmysel pre kvalitu vysokých frekvencií (dolné sa zaznamenávajú s nadmernou kvalitou).

Výsledok:

• Výrobcovia zariadení na reprodukciu zvuku označujú rozsah dynamickej kvantizácie, súvisiaci pomer signálu k šumu a neukazujú veľkosť fázového hluku (chyba vzorkovania)..
• Druhý záver. Uvedené vysokovýkonné formáty s pulznou kódovou moduláciou sú čiastočne mýtus.
• A posledný - Formáty DSD majú skutočne výhodu oproti kvalite oproti štandardným formátom.

V budúcnosti, pravdepodobne s ďalším rozvojom digitálnej elektroniky, budú k dispozícii zvukové formáty s veľmi vysokou vzorkovacou frekvenciou a nízkym fázovým šumom, ale výber zatiaľ nie je príliš veľký a DSD by sa mala venovať pozornosť. Toto samozrejme nie je reklama na DSD a SACD =), ale voľba je na vás.