ВИТРИНА
М. А. Остаются ошибки квантования.
К. К. Которые иногда называют шумами квантования, хотя
правильнее было бы их называть искажениями. Много пишут
об успехах в борьбе с ними, изобретают разные хитроумные про-
цессоры. Только не надо забывать, что, как бы ни обрабатыва-
ли они квантованный сигнал, результат будет принципиально
один и тот же. Искажения квантования обусловлены перево-
дом сигнала из аналоговой в цифровую форму, и на сам диск
сигнал записан с искажениями. Нельзя восстановить
утрачен-
ную
информацию. Она утрачена навсегда.
М. А. Основные неприятности приносят искажения кван-
тования сигнала малого уровня. Во-первых, при снижении
уровня сигнала увеличивается относительная величина иска-
жений, во-вторых, резко возрастает их абсолютная замет-
ность. Спектральные составляющие, порожденные квантова-
нием, укрепляют статистическую связь с полезными состав-
ляющими сигнала при снижении его уровня и, как болезне-
творный вирус, разрушают его структуру. При уровне запи-
си -40 дБ обычный человек, хотя бы пару раз слышавший
„живую скрипку“, без труда заметит искажения. При уровне
записи ниже -60 дБ от реального инструмента на СБ остают-
ся рожки да ножки.
К. К. Вы хотите сказать, что любые проигрыватели и про-
цессоры на малых уровнях записи будут звучать одинаково?
М. А. Нет, по-разному. В зависимости от „наворотов“ одни
будут звучать просто плохо, а другие очень плохо. Формат за-
писи „компакт-диск“ позволяет записать живые инструменты
с высоким качеством только в диапазоне около 30 дБ. Для за-
писи электронной музыки допустим диапазон и в 50 дБ. Даль-
нейшее расширение динамического диапазона приводит к за-
метным искажениям.
С. Луша. Ужасно! А как с этим бороться?
К. К. Об этом чуть позже, а пока я расскажу об одном инте-
ресном обстоятельстве. Важно не то, натуральным или синте-
тическим является звук, а то, насколько богат у слушателя за-
пас звуковых образов и умеет ли он с ним обращаться. На де-
монстрационных дисках часто записывают красивые, но не-
знакомые звучания. Есть, например, диск, где в одном из фраг-
ментов записан удар большого колокола. Птички щебечут, ве-
тер дует над колокольней, колокол гудит.
.. Очень красиво. Или
японцы молотят чем-то по своим огромным барабанам. Коли
нет данного звучания в образной памяти слушателя, он не смо-
жет по такому тестовому диску оценить качество проигрыва-
теля.
С. Луша. На это и рассчитан такой тестовый диск.
М. А. Для оценки качества звучания проигрывателей СО не-
обходимо взять испытательный сигнал, понятный слуху. Для
измерений нужен испытательный сигнал, понятный приборам,
но похожий на реальный музыкальный. Однако характеристи-
ки реального музыкального сигнала непредсказуемы. Некото-
рые общие закономерности замечены и исследованы, но адек-
ватной формализованной модели музыкального сигнала нет,
да и быть не может. Использовать же для измерений сигналы с
непредсказуемыми характеристиками, как вы понимаете, не
очень-то удобно.
К. К. Продолжим. Какой замечательный синус при уровне
сигнала -90 дБ умеют создавать некоторые проигрыватели!
Только вот на диске при таком уровне сигнала уже не синус, а
прямоугольник. И
я догадываюсь, почему процессор превра-
щает его именно в синус: последний на картинке выглядит сим-
патичнее. Говорят еще, что синус встречается в реальном зву-
ке чаще, чем прямоугольник. Спорить не буду, поскольку оба
они встречаются исключительно редко.
А для измерений используется синусоидальный сигнал. Так
его и не нужно записывать весь, достаточно только знать час-
тоту и амплитуду
1
— и можно воспроизвести синусоидальный
сигнал с
любой
степенью точности. По-научному это свойство
синуса называется статистической избыточностью. На нем,
собственно, и основан принцип действия разных процессоров.
Аппарат анализирует сигнал, принимает решение: это должен
быть, например, синус. Далее синтезирует этот синус, не счи-
таясь с тем, что на самом деле это может быть и другой сигнал.
И, строго говоря,
начальную
фазу, но без нее вполне можно обойтись.
Отступление второе.
Квантование
Нередко цифровую окраску зву-
чания связывают с дискретизаци-
ей во времени. Действительно,
точное восстановление дискрети-
зированного сигнала требует
больших усилий. Но все же оно
вполне осуществимо, хотя понадо-
бились многие годы на то, чтобы
искажения, связанные с восста-
новлением дискретизированного
сигнала, стали влиять на качество
звучания меньше, чем искажения
квантования.
В цифровых системах переда-
ваемое значение отсчета звуково-
го сигнала имеет некоторую по-
грешность, определяемую шагом
квантования. Величина искажений
определяется количеством ступе-
ней квантования. Стандартная ме-
ра искажений — среднеквадратич-
ное отклонение квантованного си-
гнала от исходного. Величина этих
искажений, которую часто, хотя и
не вполне корректно, называют
мощностью шума квантования',
почти не зависит от уровня сигна-
ла, поэтому отношение „шум кван-
тования/сигнал“ уменьшается при
повышении уровня сигнала.
Квантование дискретизирован-
ного сигнала представляет собой
4
Квантование приводит к
появлению
ис-
кажений. а не шумов. Заметность шумов
и
искажений
различна, смешивать эти
понятия в звукотехнике не следует.
Уровень сигнала. дБ
-100
-60
-20
0
Шумы д Б
0.01
-80
0.1
-60
1.0
-40
10
•20
100
0
Искажения,%
Рис. 7. Зависимость величины искаже-
ний квантования от
уровня сигнала
нелинейное преобразование, в ре-
зультате которого появляются гар-
монические составляющие, а так-
же продукты интермодуляции сиг-
нала и частоты дискретизации. Ча-
стоты комбинационных составляю-
щих можно вычислить по формуле:
Р(т„,= 1 ^ ' + п-Р.|,(3)
где Р|1ПЛ
, —
частота комбинационной
составляющей,
т, п
любые целые числа,
1
частота звукового сигнала.
частота дискретизации.
При изменении уровня сигнала
сохраняется общая мощность шу-
мов квантования, но существенно
изменяется их спектральный со-
став. При больших уровнях и низ-
ких частотах сигнала мощность
шумов квантования „размазыва-
ется“ относительно ровным слоем
по большому числу спектральных
составляющих, доходящему до
десятков тысяч. Спектр продуктов
искажений квантования в этом
случае состоит из десятков тысяч
компонентов и приближается к
спектру белого шума. Такой шум
не оказывает разрушающего воз-
действия на качество звучания.
При уменьшении уровня сигнала
число комбинационных составля-
ющих, на которые приходится ос-
новная доля мощности, умень-
шается, и продукты квантования
воспринимаются уже как набор
дискретных комбинационных ча-
стот.
Такого рода искажения на слух
более явны, чем шум: звучание
ухудшается, вплоть до того что
скрипку не отличить от альта, а фа-
гот от синтезатора. Этот эффект
был замечен уже в самом начале
работы с цифровым звуком. Тогда
же было установлено, что искаже-
ния квантования гораздо неприят-
нее для слуха, чем обычный белый
шум. Более того, добавление бело-
го шума при восстановлении „ци-
фрового“ сигнала может улучшить
качество звука. Может быть, имен-
но поэтому копия фонограммы
компакт-диска, сделанная на хо-
рошем аналоговом магнитофоне,
часто звучит лучше оригинала.
Искажения квантования нель-
зя устранить или уменьшить при
воспроизведении, они опреде-
лены форматом записи сигна-
лов на диск. Можно только сни-
жать их заметность.
Известен „правильный“ метод
уменьшения заметности искаже-
ний квантования — при записи пе-
ред квантованием добавлять в сиг-
нал инфранизкочасготные состав-
ляющие5, которые не ощущаются
на слух. Величина искажений кван-
тования при этом не изменяется,
остаются те же 96 дБ, но спек-
тральный состав продуктов иска-
жений квантования удается не-
сколько приблизить к белому шуму,
который не так раздражает наши
уши.
Использование при воспроиз-
ведении дополнительной фильтра-
ции. сглаживания, подавления шу-
мов и пр. лишь позволяет лучше
распределить продукты искажений
по спектру сигнала.
Остается добавить, что искаже-
ния квантования трудно обнару-
жить при измерениях. Чтобы „вы-
ловить“ комбинационные состав-
ляющие высоких порядков, их нуж-
но целенаправленно искать. Для
этого требуется компакт-диск со
специальными тестовыми сигна-
лами, а фирмам, занимающимся
цифровой аудиоаппаратурой, про-
изводить такие диски не особенно
интересно: зачем открывать сла-
бые места аппаратуры?
5
В
англоязычной
литературе это назы-
вается сШеппд.
АУДИО МАГАЗИН 5/1996
57
предыдущая страница 58 АудиоМагазин 1996 5 читать онлайн следующая страница 60 АудиоМагазин 1996 5 читать онлайн Домой Выключить/включить текст