Реферат: Звук

«Транзисторные»,«ламповые» и «цифровые» искажения а: легенды иреальность

Легенды онерегистрируемых никакими приборами специфических цифровых искажениях,убивающих звук, столь же абсурдны, как и телепатия или«транзисторный» звук. Как ни странно, в среде аудиофилов до сих порходит байка о некоем «бездуховном» начале в транзисторных усилителях(в отличие от ламповых) и «транзисторных» искажениях, нерегистрируемых измерительными приборами. Однако еще в конце семидесятых годовэто явление было всесторонне исследовано и подробно объяснено в многочисленныхстатьях, в том числе и в общедоступном радиолюбительском журнале«Радио».  Сущность «транзисторного» звука заключается вразличной скорости спада амплитуды гармоник нелинейных искажений и весьма маломотносительном количестве четных гармоник у транзисторных усилителей. Дляламповых усилителей характерно экспоненциальное (гораздо более быстрое), а длятранзисторных усилителей обратно пропорциональное (медленное) убывание амплитудгармоник с ростом частоты. При этом в ламповых усилителях наблюдаетсяпсихоакустическое явление (кстати, положенное в основу стандарта звуковойкомпрессии MPEG) маскирования несколькими первыми гармониками почти всехгармоник с большей частотой.  Таким образом, субъективно к сигналу в ламповомусилителе добавляется всего несколько первых четных и нечетных гармоник, причемих уровень должен быть довольно значительным. Обычно ламповый усилитель классаhi-end имеет коэффициент нелинейных искажений от 0,5% до 3,0% (например,усилитель «Первый» за 900 долларов, упомянутый в обзореhi-end-усилителей в журнале «Салон Audio-Video», #6, стр 61). Следуетотметить, что по тому же принципу работают студийные эффект-процессорыобработки звука — эксайтеры. В некотором роде ламповый усилитель и естьэксайтер. Именно поэтому ламповые усилители с очень малыми нелинейнымиискажениями не пользуются популярностью в среде аудиофилов, характеризующих ихзвук как отстраненный, неэмоциональный, не добавляющий яркости сигналу, близкийк звуку транзисторного усилителя с очень малыми нелинейными искажениями. Втранзисторных усилителях эффект маскирования проявляется значительно слабее,благодаря чему эффект эксайтинга выливается в добавление звуковой«грязи» и «песка». Поэтому для получения звучания, хотя бынемного приближающегося к «ламповому», требуется на порядок уменьшитькоэффициент нелинейных искажений. Это сложная техническая задача, и ее решениесовременными методами не всегда экономически оправданно. Проще говоря, ламповыйусилитель, произведенный в Юго-Восточной Азии, может стоить значительно дешевлетранзисторного hi-end-усилителя американского или европейского производства присубъективно одинаковом качестве звука. Что на самом деле и привело к кризису иразорению в начале 1998 года многих небольших американских фирм, работавших нарынке hi-end (см. журнал «Class A», март 1998).  Для дешевых АЦП иЦАП характерно отсутствие уменьшения амплитуд гармоник с ростом частоты.Проведенные мною измерения на звуковых картах в ценовом диапазоне от 10 до 60долларов показали, что для этих карт все гармоники вплоть до частотыдискретизации, деленной на два, могут иметь одинаковую амплитуду. Это оченьтяжелая с точки зрения психоакустики ситуация. Такие АЦП/ЦАП, несмотря надовольно низкий коэффициент гармоник (обычно 0,02-0,04%), имеют как быутрированное транзисторное звучание и очень хорошо «убивают» звук. Вболее дорогих моделях АЦП/ЦАП, где спад амплитуд гармоник подчиняется обратнопропорциональному закону, звук имеет уже обычную «транзисторную»окраску. Однако сейчас появились 22-24-битные АЦП/ЦАП производства фирмы AnalogDevices с очень низким (до 0,002%) коэффициентом гармоник. Они, например,используются в цифровом процессоре эффектов Boss GX700, имеющем, по отзываммногих знаменитых западных музыкантов, даже более «ламповое»звучание, чем многие истинно ламповые hi-fi-усилители. К сожалению, в продажепочему-то до сих пор нет дешевых массовых звуковых карт на основе этихпоследних наиболее совершенных и недорогих (всего 75 долларов) моделей АЦП отфирмы Analog Devices. Интересно, что в Петербурге сразу несколько небольшихфирм предлагают заказные многоканальные студийные оцифровщики на основе этихАЦП. Конечно, их цена больше 75 долларов. 

Некоторыеметоды борьбы с «цифровыми» искажениями  Иногда ламповые усилители используютсядля «оживления звука» при окончательной подготовке фонограммы. Нанекоторых российских и зарубежных фирмах полностью записанная и сведенная в«цифре» фонограмма переводится в аналог, пропускается через нескольколамповых эквалайзеров (например, TL Audio G400) или усилителей, сноваоцифровывается и записывается на CD-R или магнитооптический диск. Конечно,какой-то положительный эффект от этой процедуры будет, но, по-видимому, толькопри прослушивании записи через транзисторный усилитель. В случае жеиспользования лампового усилителя двойное прохождение сигнала через лампы (настадии записи и воспроизведения) может окончательно «убить» звук. Предпринимались попытки цифрового моделирования лампового усилителя. ОднакоRedValve (plug-in для WaveLab) не впечатлил меня, хотя некоторое сходство созвуком недорогого лампового усилителя, несомненно, ощущается. И потом, ламповыеусилители воспроизводят высокие частоты (8-20 кГц) не столь уж и хорошо.Рекомендую проделать простой опыт. Отфильтровать цифровым (аналоговый вноситфазовые искажения) фильтром в фонограмме диапазон 8-20 кГц и воспроизвести егочерез ламповый и транзисторный усилитель с обычными параметрами АЧХ от 20 Гц до30 кГц и нелинейными искажениями на уровне 0,01% (такой стоит не более 100долларов). (Строгие математические определения АЧХ и коэффициента нелинейныхискажений можно найти в «Компьютерре» #243.) В этих условиях в моихэкспериментах эксперты не отдавали никакого предпочтения ламповому усилителю.Многим экспертам не понравилось некоторое смягчение атаки лампами привоспроизведении звуков тарелочек и недостаточно «глубокое»воспроизведение самых низких частот из-за «врожденных» ограниченийтрансформаторных усилителей. Так что преимущество «лампового» звука,по-видимому, проявляется только при воспроизведении средних частот (200-8000Гц).  С точки зрения имитации «живого» звука чисто цифровыми методамиочень интересен процессор Boss GX700. Он полностью «в цифре» вреальном масштабе времени создает типизированную виртуальную студиюзвукозаписи. Сначала входной сигнал (с электрогитары и др.) поступает на20-битный высококачественный АЦП. Далее оцифрованный сигнал обрабатываетсяимитатором лампового усилителя и эквалайзера. Причем можно выбрать типустройства из большого списка реально продающихся на рынке аналоговыхусилителей. Затем сигнал поступает на speaker simulator, симулятор звуковыхколонок, играющий очень важную роль при «оживлении» звука. Типвиртуальных «цифровых колонок» можно выбрать из обширного спискареально существующих на аудиорынке. После «цифровых колонок» сигналпоступает на ревербератор, имитирующий акустические свойства помещений студийзвукозаписи. Размеры помещений и величину коэффициента затухания процессовреверберации можно выбрать из списка и подрегулировать вручную. Кромеревербератора на этой стадии можно подключить звуковые эффекты флэнжер, хорус,фэйзер, гармонайзер, питч-шифтер, дилэй. Далее сигнал поступает на имитатормикрофона, тип которого, конечно же, можно выбрать из большого списка. Можно такжевыбрать местоположение микрофона в виртуальной студии. Затем сигнал поступаетна имитатор лампового микрофонного предусилителя и, наконец, подается на выходпроцессора обработки звука Boss GX700. И все это работает в реальном времени! Ксожалению, чисто программной реализации подобного устройства для персональногокомпьютера мне найти не удалось. Поэтому сейчас я по мере сил пытаюсьзапрограммировать нечто, хотя бы приближающееся по функциональным возможностямк Boss GX700.  На обычных музыкальных компакт-дисках сигнал записан с частотойдискретизации 44,1 кГц. Таким образом, теоретически максимально возможнаячастота записи будет равна 22,05 кГц. На практике большинство современных ЦАПсреднего ценового диапазона при данной частоте дискретизации позволяет беззаметных искажений воспроизводить частоты до 18-19 кГц. На более высокихчастотах становится заметным влияние цифрового и аналогового интерполирующихфильтров, подавляющих частоты около 22 кГц до 40-50 и более децибел и вносящих,к сожалению, некоторые линейные, нелинейные и интермодуляционные искажения.Выбор частоты среза высоких частот на уровне 18-19 кГц, а не, например, выше 21кГц, обусловлен в основном экономическими причинами. Сложность цифровогоинтерполирующего фильтра, а значит, и его цена, резко возрастают по мереприближения частоты среза к половине частоты дискретизации при заданномподавлении (40-50 дБ) вблизи половины частоты дискретизации. Если предположить,что музыкальный компакт-диск записан с применением оверсэмплинга и высококачественногоцифрового фильтра с частотой среза около 21 кГц, а в вашем проигрывателекомпакт-дисков или звуковой карте (если вы прослушиваете музыку на персональномкомпьютере) используется дешевый ЦАП со слабеньким цифровым фильтром с частотойсреза 18 кГц, то, очевидно, при воспроизведении качество звука на самых высокихчастотах заметно ухудшится.  Можно легко убедиться в наличии этого эффекта идаже несколько уменьшить его проявление следующим образом. Многие даже оченьдешевые звуковые карты (Opti-931, Acer S23) поддерживают частоту дискретизации48 кГц. При ее использовании включается частота среза цифрового фильтра не18-19 кГц, как для частоты дискретизации 44,1 кГц, а 20-21 кГц (так как 48 кГц> 44,1 кГц), то есть как у более дорогих ЦАП. Это можно использовать дляполучения более качественного звука на высоких частотах. Сначала надоимпортировать в цифровом виде (без ЦАП/АЦП-преобразований) в wav-файл дорожку(трек) с музыкального компакт-диска на жесткий диск с помощью программ WaveLab1.6 или WinDac32. Затем, используя программы WaveLab, CoolEdit или EDS TOOLS,произвести передискретизацию цифрового сигнала со стандартной частотыдискретизации 44,1 кГц на 48 кГц. В этих пакетах программно реализованывысококачественные 32-битные цифровые фильтры с характеристиками самых дорогихстудийных устройств. Полученный wav-файл можно воспроизвести стандартныммультимедиа-проигрывателем Windows 95 или программой WaveLab. Я проделал такиеоперации для звуковых карт Opti-931, Yamaha SA700, Monster Sound 3D, EnsoniqSoundscape Elite, Acer S23 и во всех случаях получил довольно заметноеулучшение воспроизведения самых высоких частот. Очень жаль, что пока не удалосьобнаружить программу, проделывающую все эти операции в реальном времени безобращения к жесткому диску персонального компьютера.

еще рефераты
Еще работы по радиоэлектронике