Анализ и оценка звуковых систем ПК (стр. 3 )

Если разница в качестве звучания между частотой 32 и 44,1 кГц очевидна, то чем выше частота семплирования, тем разница в качестве между двумя разными частотами менее заметна или совсем не заметна на слух. Более высокая частота дискретизации более точно описывает звук, но вместе с тем описывает те частоты, которые человеческому уху уже не слышны, хотя изменения звука в неслышимом частотном диапазоне всё же могут влиять на слышимые частоты, поэтому студийная запись осуществляется при более высокой частоте дискретизации.

…………………..

Рис. 6. Запись с частотой семплирования 44.1 кГц

В телефонии частота семплирования звука – 8 кГц, в системах цифровой связи принята частота семплирования 32 кГц, в проигрывателях CD – 44,1 кГц., в телевещании – 48 кГц, в студийной записи – 96кГц и выше. При изготовлении звуковой рекламы нужно учитывать частоту семплирования принятую за стандарт там, где эта реклама будет выходить. Для радио это 44,1 кГц, для телевидения – 48 кГц, для телефонных автосекретарей – всего лишь 8 кГц.

Частота семплирования это исходный параметр, который устанавливается при записи. Если же изменить частоту семплирования уже записанного файла, качество исходного материала не улучшится при повышении частоты и ухудшится при её понижении. Это значит, что если мы вдруг понизим частоту семплирования, то качество звука ухудшится, а файл станет более лёгким. Но потом, позже, если мы снова увеличим частоту семплирования, то файл увеличится в размере, а вот качество – уже нет. Поэтому записывать и хранить записи стоит с наибольшей частотой семплирования.

Можно вспомнить видеоизображение плохого качества, в котором различимы лишь разноцветные квадраты. Или мозаику, рисунок которой состоит из довольно крупных элементов. В таких изображениях довольно трудно увидеть мелкие или мельчайшие детали, такие, как волосок ресницы, или сеточка морщин, например. Принцип цифровой записи звука – такой же, как и у мозаики. Битность – это разрешение семплов или количество битов памяти, которые выделяются для записи каждого семпла. Чем выше разрешение - тем детальнее и качественнее звучание.

Если частота семплирования лимитирует частотный спектр, то битность лимитирует динамический диапазон сигнала. Небольшая битность записи оставит только громкие звуки (крупные детали мозайки), чем больше битность, тем более тихие звуки (нюансы, обертона – все мелкие детали мозаики) будут присутствовать на записи.

……………….

Переменный битрейт (vbr) – это когда значение битрейта в течении кодируемого фрагмента может меняться в зависимости от характера звучания. Усреднённый битрейт (cbr) это гибрид постоянного и переменного битрейта. Битрейт задаётся пользователем, но он немного варьируется в ходе кодирования в большую или меньшую сторону в зависимости от характера звучания.

Для многих людей двенадцатикратное сжатие не представляет какого-либо ущерба, в то время как другие утверждают, что не могут слушать музыку с битрейтом ниже, чем 320 Кбит/с. Парадоксально, но правы и те, и другие. Дело в том, что в конечном счете качество воспроизведения зависит не от степени сжатия, а от условий воспроизведения и даже от типа музыки. Например, песня проигрывается на магнитофоне, установленном в отечественном автомобиле. В таком случае качество на уровне 192 Кбит/с будет вполне достаточным. Более высокий битрейт улучшит качество звука, но разница не будет заметна из-за высокого уровня шума во время поездки. Если же музыка играет на домашнем компьютере или портативном плеере, то требуется не менее 256 Кбит/с. Если же сигнал не подвергается изменениям, передается на внешние устройства и выводится на дорогие импортные колонки, то следует по возможности прибегать к минимальному сжатию. Оно возможно при битрейте 320 Кбит/с

Музыка с высоким битрейтом нужна не всегда. Популярная музыка, как правило, достаточно хорошо звучит при битрейте 192-256 Кбит/с. Более высокое качество установить можно, но смысла в этом нет: поп-композиции недолговечны, поэтому сохранение места на дисках должно быть приоритетным. Кроме того, качество исходных записей тоже посредственное, поэтому повышение битрейта может никак не повлиять на качество воспроизводимого файла. Для прослушивания в транспорте и на неофициальных вечеринках среднего качества вполне хватит. Если же речь идет о классической музыке, произведениях легендарных рок-групп или редких авторских песнях, то качество должно быть превыше всего. При приобретении такой музыки нужно посмотреть на битрейт, указанный на упаковке диска. Если песня загружается из Интернета, то такая информация должна присутствовать на странице скачивания. Кроме того, битрейт отображается в плеере во время проигрывания.

В реальном мире мы слышим множество звуков, каждый из которых имеет свой собственный источник. Мы определяем далёкие звуки, как щебетание птиц и шум машин как некий однородный шум издалека, хотя каждая птица и машина – это отдельный источник звука. По звуку мы можем определить точное местонахождение всего того, что находится в непосредственной близости: хлопнувшая дверь сзади, поскрипывание стула, плач ребёнка слева за стеной. Для того, чтобы добиться реального звучания записанного звука, не важно цифровой это звук или аналоговый, необходимо так же дать ему пространство. И это достаточно быстро поняли производители звуковоспроизводящей аппаратуры. Ведь при одноканальном (моно) звучании пространство ограничено только понятиями близко (для более громких звуков) и далеко (для более тихих звуков). Поэтому было решено добавить один канал и получилось стерео.

…………………..

И сегодня для многих саундпродюсеров 5.1 – это целая проблема. А ведь нам, возможно, придётся размещать рекламные ролики в кинотеатрах, или в социальных сетях. И всё же на сегодняшний день основными форматами для звуковой рекламы являются моно (большинство телеканалов, а также объявления в торговых центрах, общественном транспорте, на улице) и стерео (радио, интернет).

При заказе или изготовлении аудиоролика нужно указывать формат, в котором его требуется предоставить для размещения. Формат указывается развёрнуто, следующим образом: расширение файла (wav, mp3 и т. д.) формат, (PCM, CCITT A-Law и т. д.) частота семплирования (Гц, кГц, Hz, kHz), битность или битрейт (bit, kbps), пространственность (mono, stereo, 5.1 и т. д.)

Примеры возможных форматов:

для автоответчика: wav CCITT A-Law 8 kHz 8 bit mono для радио: mp3 44.1 kHz 320 kbps stereo для озвучивания видео: wav PCM 48 kHz 16 bit mono

2.2 Аналого-цифровое преобразование

ЦАП – это цифро-аналоговый преобразователь, элемент, переводящий цифровой звук в аналоговый8. 

Очень часто волну представляют в виде ступенек (приложение В), что обусловлено архитектурой первого поколения мультибитных ЦАП R-2R, работающих аналогично переключателю из реле.

………………….

В конце 70-тых широкое распространение получил альтернативный вариант ЦАП-ов, основанный на «импульсной» архитектуре – «дельта-сигма». Технология импульсных ЦАП-ов стала возможной появлению сверхбыстрых ключей и позволила использовать высокую несущую частоту.

Рис. 8. Амплитуда сигнала импульсных ЦАП-ов

Амплитуда сигнала является средним значением амплитуд импульсов (зеленым показаны импульсы равной амплитуды, а белым итоговая звуковая волна).

Например, последовательность в восемь тактов пяти импульсов даст усредненную амплитуду (1+1+1+0+0+1+1+0)/8=0,625. Чем выше несущая частота, тем больше импульсов попадает под сглаживание и получается более точное значение амплитуды. Это позволило представить звуковой поток в однобитном виде с широким динамическим диапазоном.

Усреднение возможно делать обычным аналоговым фильтром и если такой набор импульсов подать напрямую на динамик, то на выходе мы получим звук, а ультравысокие частоты не будут воспроизведены из-за большой инертности излучателя. По этому принципу работают ШИМ усилители в классе D, где плотность энергии импульсов создается не их количеством, а длительностью каждого импульса (что проще в реализации, но невозможно описать простым двоичным кодом).

……………….

Переломный момент произошел с выходом игровых приставок SONY, где SA-CD диск до воспроизведения автоматически копировался на жесткий диск приставки. Этим воспользовались поклонники формата DSD. Появление пиратских записей простимулировало рынок на выпуск отдельных ЦАП для воспроизведения DSD потока. Большинство внешних ЦАП с поддержкой DSD на сегодняшний день поддерживает передачу данных по USB используя формат DoP в виде отдельного кодирования цифрового сигнала через SPDIF.

Несущие частоты для DSD сравнительно небольшие, 2.8 и 5.6 МГц, но этот звуковой поток не требует никаких преобразований с прореживанием данных и вполне конкурентно-способен с форматами высокого разрешения, такими как DVD-Audio.

На вопрос что лучше, DSP или PCM однозначного ответа нет. Все упирается в качество реализации конкретного ЦАП и таланта звукорежиссера при записи конечного файла.

Перспективы развития и использования цифрового аудио видятся нам очень широкими. Казалось бы, все, что можно было сделать в этой области, уже сделано. Однако это не так. Остается масса еще совсем незатронутых проблем.

………………….

В области синтеза звука также есть пространство для изучения. Способов синтеза звука сегодня существует несколько, однако ни один из них не дает возможности синтезировать звук, который нельзя было бы отличить от настоящего. Если, скажем, звуки рояля или тромбона еще более-менее поддаются реализации, до правдоподобного звучания саксофона или электрогитары добиться еще так и не смогли – существует масса нюансов звучания, которые почти невозможно воссоздать искусственно.

Таким образом, можно смело сказать, что в области обработки, создания и синтеза звука и музыки еще очень далеко до того решающего слова, которое поставит точку на развитии этой отрасли человеческой деятельности.

Заключение

Итак, нами была выполнена выпускная квалификационная работа на тему «Анализ и оценка звуковых систем ПК». Работа состояла из двух глав.

В первой главе дипломной работы мы изучили теоретико-исторические аспекты появления и функционирования звуковых систем ПК.