ВИТРИНА
мент, но обнаруживает, что еще что-то осталось. И на первый
инструмент похоже, и на второй.
М. А. Мы идентифицируем такие искажения как потерю про-
зрачности и индивидуальности, утомительность, искусствен-
ность звука, нарушение тембрального баланса и динамики зву-
чания. Особенно заметны все эти явления именно на „натураль-
ных“ сигналах. Но если попытаться „поверить алгеброй“, то
обнаружится: индивидуальность, прозрачность создаются
столь малыми составляющими энергетического спектра, что
десятые-сотые доли процента искажений могут эти индивиду-
альность и прозрачность разрушить.
Но дело даже не в величине искажений. При измерениях объ-
ективных параметров стрелка прибора показывает нам какое-
то число. И пока аппарат не сломается, каждое новое измере-
ние будет давать нам ту же величину. В этом смысле качество
не изменяется. А слушатель оценивает качество звучания
принципиально иначе. Слух способен разделять звучание на
составляющие (чего измерительные приборы делать пока не
умеют) и оценивать вычленяемые образы раздельно, как пра-
вило последовательно. Вчера, например, я отметил шум, сего-
дня — „вуаль над перкуссией“, завтра не останется без внима-
ния глубина стереопанорамы. Рано или поздно будут замече-
ны
любые
искажения. Заметив „мусор“ один раз, слушатель
легко выделяет его и в дальнейшем, лишаясь возможности по-
лучать от музыки удовольствие.
С. Луша. А нельзя ли поближе к теме, то есть к проигрывате-
лю компакт-дисков? А то Шарик, наверное, уже устал ждать.
К. К. Хорошо. Когда были патефон и ламповый усилитель,
все
нел иней ны е
искажения ограничивались второй и третьей
гармоникой. Ухо как акустическая система имеет собствен-
ную нелинейность и к гармоникам таким относится вполне
терпимо.
М. А. Кроме того, для слуха важно, есть ли в памяти модель
искажений. Для искажений низких порядков такая модель
имеется, и это позволяет слуху разделить полезные сигналы и
результаты искажений, вызываемых нелинейностью тракта.
Если же появляются искажения, модели которых нет в слухо-
вой памяти, или искажения
сл ож н ы е,
то возможны тяжелые
последствия. Это как шепот за соседним столиком: мы не мо-
жем разобраться, что именно там происходит, но неприятное
ощущение, будто что-то не так, все же возникает.
К. К. У меня такое ощущение последние лет десять-пятнад-
цать, не знал, что это от сложных искажений.
М. А. К слову сказать, механизм пространственного дема-
скирования позволяет заметить всякие искажения при стерео-
воспроизведении гораздо быстрее, чем при моно.
К. К. Понятно теперь, почему есть фанаты патефонного зву-
чания.
Луша. Патефонаты.
М. А. Вернемся, однако, к проигрывателям компакт-дисков.
Какие искажения может породить маленький блестящий диск?
Сигналы на нем записаны в виде квантованных по уровню (чис-
ло ступеней — 216) отсчетов, взятых в дискретные моменты вре-
мени (интервал между отсчетами 1/44 100 с).
К. К. При воспроизведении сигналов с диска мы имеем
— ошибки считывания сигнала с диска,
— ошибки преобразования „цифра — непрерывный сигнал“,
— ошибки квантования по уровню.
Рассмотрим каждый тип ошибок по отдельности.
М. А. Количество ошибок зависит от качества проигрывате-
ля и качества диска. Возможности обнаружения и исправле-
ния ошибок в разных проигрывателях используются по-раз-
ному. Но мы пока позволим себе пренебречь ошибками считы-
вания, предположив, что система справляется с ними полно-
стью. Для этого надо только взять хороший диск и „транспорт“.
Ошибки преобразования „цифра — аналог“ присутствуют все-
гда, но могут быть уменьшены до любой, сколь угодно малой
величины: она зависит от вычислительных способностей и точ-
ности преобразователя. Искажения, вносимые современными
ЦАПами, на порядок ниже, чем искажения квантования сиг-
нала на диске.
К. К. Так или иначе точность или мощность вычислителя
никогда не были серьезным препятствием на пути прогресса.
Надо — вычислим.
нибудь серьезных трудностей при
изготовлении подавляющего филь-
тра сегодня не возникает.
Разделив задачу восстановле-
ния сигнала и задачу подавления
помех, можно решать их различны-
ми средствами. Удобно для восста-
новления сигнала в рабочей поло-
се использовать цифровую обра-
ботку сигналов, а подавить поме-
хи за полосой можно обычным
фильтром нижних частот.
‘ 4J(t)
i f f l y
Рис. 4. Преобразование дискретных
отсчетов в непрерывную
ступенчатую
функцию
*S(f)
0
1/Дт
2/Дт
З/Лт
Рис. 5. Спектр дельта-импульса (красная
линия) и прямоугольного импульса (си-
няя). М
длительность импульса
Без дельта-импульсов тоже мо-
жно обойтись. Возьмем импульсы
с конечной длительностью, напри-
мер прямоугольные с переменной
амплитудой.
При этом решается важная за-
дача преобразования множества
дискретных значений в непрерыв-
ный сигнал. Получаемый таким об-
разом ступенчатый сигнал — пока
только полуфабрикат. Во-первых,
для полного восстановления необ-
ходимо ступенчатый сигнал про-
пустить через восстанавливающий
фильтр Котельникова. Во-вторых,
замена дельта-импульсов на пря-
моугольники конечной ширины
приведет к искажениям спектра: в
рабочей полосе частот появится
спад на высоких (рис. 5); впрочем,
его можно исправить корректором.
Обойтись без фильтра Котель-
никова нельзя. Но можно, пользу-
ясь формулой (2), рассчитать, на-
пример, в цифровом виде 3, 7 или
15 дополнительных, промежуточ-
ных, значений сигнала. Эта проце-
дура называется передискретиза-
цией, ее выполняет в проигрыва-
телях компакт-дисков цифровой
б)
Рис. 6. Передискретизация сигнала:
а) сигнал с частотой
Р
до и после
передискретизации;
б) спектр ступенчатой аппроксимации
сигнала с полосой
Г
после
передискретизации
фильтр3. При 4-кратной переди-
скретизации, например, между
двумя известными отсчетами ока-
зываются три новых, которые по-
лучены расчетным путем в цифро-
вой форме.
Чем выше кратность передис-
кретизации, тем ближе получае-
мый ступенчатый сигнал к исход-
ному.
Передискретизация по Котель-
никову требует больших вычисли-
тельных ресурсов. В идеальном
случае для расчета каждого проме-
жуточного значения необходимо
умножить все отсчеты сообщения
на взвешивающие коэффициенты
(значения функции Найквиста,
формула (2)) и суммировать полу-
ченные результаты. В дешевых
устройствах можно встретить „пе-
редискретизатор". который добав-
ляет значения сигнала между дву-
мя отсчетами, рассчитанные по уп-
рощенной процедуре, далекой от
той, что предложена Котельнико-
вым: учитывается только пара бли-
жайших отсчетов.
Нужно брать не два-три. а по
крайней мере несколько десятков
отсчетов: все-таки чем дальше от-
счет от текущего момента време-
ни, тем меньше его вклад в восста-
навливаемый промежуточный от-
счет.
Оценим объем вычислений при
16-кратной передискретизации по
50 значениям отсчетов: нужно
s
Иногда называемый процессором.
44 100 х 16 = 705 600 раз в секун-
ду умножить 50 чисел для каждого
канала на взвешивающие коэф-
фициенты, а потом все суммиро-
вать. Получается приблизительно
70 млн/с операций умножения и
сложения на один канал, причем
разрядность чисел — от 32 до 64.
Если же производить вычисления
с разрешением 16 бит, то ошибки
округления приведут к искаже-
ниям.
Так или иначе ограниченная
производительность вычислителя
никогда не оказывалась камнем
преткновения, хотя сегодня стои-
мость приличного процессора не-
сколько превышает стоимость .Ве-
ги ПКД-122“. Известен случай, ко-
гда проигрыватель компакт-дисков
не удалось вывезти из США в Рос-
сию: в нем был использован мощ-
ный процессор, разработанный
для управления чем-то летающим
в космос. Экспорт высокотехноло-
гичного изделия в стан вероятно-
го противника не был разрешен.
Таким образом, процедура дис-
кретизации с последующим вос-
становлением не влечет за собой
потерь информации: теоретиче-
ски дискретизированный сиг-
нал можно преобразовать об-
ратно в непрерывный с абсо-
лютной точностью, практически
можно уменьшить погрешность
до любой, сколь угодно малой
величины, если только значения
дискретных отсчетов переданы
точно.
АУДИО МАГАЗИН 5/1996
55
предыдущая страница 56 АудиоМагазин 1996 5 читать онлайн следующая страница 58 АудиоМагазин 1996 5 читать онлайн Домой Выключить/включить текст