Вот и я до этой темы добрался. Вечный баттл какой же звук правильнее?
Предупреждаю сразу!!! Я не буду давать миротворческих ответов!!! У меня есть четкая однозначная позиция, и все, что в этой статье вас ждет - это инженерное объяснение ее!!! Я за Хай Рез с частотой от 192 кГц и выше!!!
Дискредитация Инженеров-Антиаудиофилов
Я, конечно, дядечка добрый, но не в этот раз!!!
Помните эту рекламу про цифровой звук, эпохи начала 80х, пришедшую к нам из переводных учебников немецкого производства?
"Аналоговый звук всегда имеет детонацию, аналоговый звук всегда имеет шумы, аналоговый звук всегда имеет нелинейные искажения. Цифровой звук не имеет детонации, имеет гораздо меньший уровень шума и коэффициент нелинейных искажений."
Вроде фраза красивая. Но... Давайте вдумаемся откуда она к нам пришла? Правильно! ОТТУДОВА!!! А там у нас что? И снова ПРавильно!!! Там у нас плюют на качество, делают как дешевле, и постоянно разводят потребителя!!! Да еще всякие приставки Хай- применяют. То Хай Фай, то Хай Рез.
И вот в этих-то условиях, тамошнаяя рекламная брошюрка о цифровом звуке - она ИСТИНУ ГЛАГОЛИТ!!! Вот ПРЯМ ПРЯМ Правду Матушку ВЕЩАЕТ!!!
На самом деле все просто. У иженеров, особенно измученных второй-третьей копией на аудиокассете, где верха уже ни ни, постоянно писутствует хроническое стостояние. Тут Болит, Там Болит, тут свербит, там чешется...
И вот в этом состоянии ожидания, вдруг приходит весть, что есть решение всех этих мук. И то что нас всех при этом дружно обаманули, глазки чисто рефлекторно не прсто видеть не хотят, но еще и активно и громогласно защищаются от попыток их открыть...
В общем-то инженеров понять можно... Реально было столько проблем в работе электроники, что голова кругом. И, надо сказать, сейчас там легче не стало. И если в фото-видео, это еще как-то можно стандартизировать и довести до незаметного вида. То с этим звуком, где малейший нюанс изменений слышен. Это реально бесит.
Так ведь во всем. Представьте, вы успешный человек, у вас все хорошо на работе. У вас все хорошо с вождением машины. Вам не бибикали в задний бампер уже больше месяца. У вас все хорошо с девушками. У вас все хорошо с приготовлением еды на кухне. У вас все хорошо по части друзей. И тут вы фоткать решили научиться. Тем более, что у вас все хорошо с девушками и нет проблем их уговорить в т.ч. и на смелые эротиКЪ.
И вдруг опа. То у вас горизонт завален, то композиция кривая, то складка на платье обтягивающем у стройняшек весьма неприличный мужской орган в пол живота изображает... И это при том, что вам в кайф фоткать. Вам в кайф общаться с девушками. А тут вдруг столько проблем. В общем бесит. Если и фоткать, то только для себя... Вот так же и с аудиофильством с инженерных позиций. Успешный инженер, передовик производства по инновационным разработкам и вдруг такой ультра-плюх в лужу. ПРовода у них звучат понимаешь ли!!!
В общем, я когда-то тоже считал, что не может быть рентабельным фонарик на солнечной батраее... Да и пауэр банк внутри которого аккумуляторы с напряжением на 3.6 вольта, при том что на выходе 5 тоже рентабельным с точки зрения энергоемкости быть не может. Однако нашлись Гении, которым забыли запретить так делать. И они сделали. И фонарик и батарейку для смартфона. И удобно ж блин получилось!!! В общем главное не сдаваться... А если сдался, то молчи в тряпочку и с силами собирайся для новой атаки на Гранит Науки, а не на оппонентов!!!
Но ладно. Хватит о них...
Теоретическая База Цифровых Сигналов
Все мы это слышали. Есть 4 великих теоремы отсчетов. Теорема Котельникова, теорема Найквиста, теорема Найквсита-Шеннона, теорема Уиттекера.
Тут самое главное, что 2 из них при участии одного и того же дядечки. Одна в 1936, а вторая в 1948(могу чуть чуть последнюю цифру в годах путать... по памяти пишу.). В российской Википедии при попытке открыть вторую теорему, страничка перебрасывается на первую... Но стоп... Как так??? Разве такое может быть? Чтобы один человек открыв в 28 лет первую теорему к 40 впал в маразм, и снова ее открыл да еще и в соавторстве? И это при том, что несколько позже он еще кучу весьма уважаемых теорем написал... Т.е. что-то тут не так... Я не буду сейчас с этим разбираться. Пусть будет просто галочка для сомнений.
Давайте разберем, что за теорема-то вообще такая? Что она гласит и что провозглашает?
Гласит она в общем виде что "гармонический непрерывный сигнал ограниченного спектра полностью восстанавливает свои значения при частоте выборок в 2 раза больше чем граничная частота спектра".
Здесь важно 2 момента. Первый на который ссылаются Инженеры-Антиаудиофилы. А именно, что сигнал полностью восстанавливается. И второй, что сигнал должен быть непрерывный.
Это вообще как и зачем? Ведь если он непрервный, то это означает, что я его сам заранее синтезировал. В природе такой красоты быть не может. А если я его сам синтезировал, то зачем мне его оцифровывать, если я заранее знаю какие амплитуды на какой частоте с какой фазой я туда замешал? Я что псих, чтобы вместо передачи бумажки с шифром кучу непонятной электроники наворачивать???
По моему, мне нужен другой процесс... Мне нужно неизвестный сигнал с непредсказуемым содержанием преобразовать в цифровую форму для дальнейшей с ним работы. А тут что??? Что-то не сходится...
На самом деле эта оговорка для другой цели. Для цели вычисления индекса непрервности необходиомого для восстановления значений функции. Просто авторы это сделали уже в теореме Найкивиста-Шеннона. Затратив на формулирование этого термина аж 12 лет совместной работы. Но вот теоремы этой в переводе нет. А в оригинале есть...
Но, не будем забегать вперед. Давайте сначала на математическом уровне разберемся, про что теорема-то?
Интерполяции: линейная, квадратичная, гармоничная
Помните эту штуку? Есть у вас график функции, и 5 пар значений его. (1;3) (2;4)(3;5) и тд...Я думаю вы уже поняли, что это прямая которая просто чуток смещена. Уравнение вида у=х+2... Сколько вам нужно значений для передачи его по телеграфу в эпоху побуквенно платных телеграмм? Правильно. 2. Передающих или края графика или любые промеждуточные с передачей порядкового номера отсчета. А дальше график уже принимающий сам достроит.
А что если уравнение вида у=2+x^2. Тут уже надо или передать условия идентификации квадротичности кривой, или сообщить октрытым текстом что она квадратичная. Да и потом все равно придется передавать значений несколько больше.
А что если уравнение вида у = sin(x)? Правильно. Все то же самое. Вам нужно определить сколько значений нужно передать, чтобы произошла и идентификация формы, и восстановление значений.
Но, давайте еще кое над чем подумаем. А как происходит восстановление значений? Вот пришло нам что загогуля линейная и что вот(3;8) (6;3) вот в обратную сторону она да еще и с дополнительным ускорением. Выражение вида у=-кХ. Что будем делать, чтобы вычислить другие значения? Правильно!!! Поставим точки и линейку приложим. А если то же самое но на мониторе компа??? Комп какие алгоримы штырить будет? Ему-то так просто линейку не приложить. Ему матрицу чисел сначала подавай. А ее вычислить нужно.
С квадратичной вычислений еще больше.... С гармонической... А что с ней??? Да с ней вообще крутопроц нужен, чтобы реализовать вычисления согласно нашим ТеоремаМ!!!
И где ж его взять такой в 1982м году? Особенно если учесть, что еще и тригонометрия для процессоров не самая простая штука... Элементарные функции ему гораздо проще делать.
Как работает АЦП и ЦАП?
А работают они просто. Один оцифровал и код выдал. Другой код получил и уровни на выходе выдал. Где тут процессор интерполяции??? Вот именно! Нет его!!! Все что есть это сглаживающий фильтр на выходе. Но его задача гармоники минимизировать замедлив импульсные переходы. Он по сути компрессор с быстрым временем атаки и релиза. А кто будет восстанавливать амплитуду, если ее замеры произошли не на самых вершинах синуса, еще в АЦП, а около нуля? Кто произведет все вычисления, необходимые для получения правильной амплитуды?
Правильный ответ - НИКТО!!! Получите некритичное для звука Хай-Фай уровня(второй класс по нормам СССР) искажение и порядок.
Это и есть то самое ОБМАНУЛИ, на которое инженеры-антиаудиофилы глаза закрывают. Хотя может они просто о нем не знают???
Ну а сейчас что?
Ладно! ТОгда были проблемы с этим процессором. Дорого, если и ставили то в студийных решениях за ультра-миллион... Не ставили.
Но сейчас-то что? Сейчас-то выходит можно перевычислить все? Вон на современных аппаратах передискретизацию же применяют... Сейчас разберемся.
Первый вопрос. Окей вычислили. А на какой частоте дискретизации теперь ЦАП должен работатать, чтобы создать необходимую непрервывность сигнала?
АЦП-то ок... В 2 раза выше спектра. А ЦАП-то сколько теперь шпилить должен? ВО сколько раз выше? Об этом в других статьях будет.
Теперь главное. Теорема наша гласит, что значения сигнала должны быть переданы с точностью математического уровня. Т.е. до последнего знака после запятой. А у нас на 16 бит сколько знаков? 64 000 отстчетов - это выходит 5 знаков. А число Пи нынче до триллионного вычислили?
Вот и проблема. Точность с которой АЦП сделал преобразование все равно ограничивает возможности математической интерполяции. Все равно в сигнале куча гармоник, фазовых нарушений, и самое неприятное нарушений передачи оригинальной амплитуды. Поэтому и пытаются в борьбе с этим делом повышать и глубину кватнотования(битики наши) и частоту дискретизации. Так сказать компенсировать одну неточность дополнительной избыточностью.
Это как в физике. Сделай 10 измерений одной детали чтобы повысить точность. Но помни, в конце после десятка формул, получится допуск на размеры, а не высокая точность измерений.
Продолжение следует! Размер ограничен из соображений постепенного раскрытия фактов, а сложного научного взрыва мозга читателей!!!
Спасибо, что дочитали!!!
Иллюстрация моя! Скриншот из ПО LTSpice
