Dinamički raspon svih digitalnih formata, uključujući DSD - mitove i stvarnost

Razmotrite takve karakteristike kao što su: stvaran dinamički raspon za DSD formate, fazni šum i pogreške u uzorkovanju za sve digitalne formate uopće.

Karakteristike opreme za reprodukciju zvuka često uključuju takve karakteristike kao što su:

• Dinamički i frekvencijski raspon
• Omjer signala i šuma
• itd.

Ali mnogo toga nedostaje.

• Što je diskretizacija;
• CD format i srodni formati Flac - pravi dinamički raspon;
• Rezultat je čistoće snimanja u CD formatu;

• Diskretizacija u Flaču;
• WAVE formati, s ultra visokom brzinom uzorkovanja;

• Diskretizacija DSD formata;
• DSD s višim stopama uzorkovanja;

• Sažetak, 3 važna zaključka i suština članka;

Što je diskrecija

Uzorkovanje diskretira signal tijekom vremena (za razliku od kvantizacije koja diskrettira amplitude signala). Svi znaju koja je bitna dubina audio i DAC-a (ADC). Što je bitna dubina audio podataka i DAC (ADC), to je veća: kvaliteta, bolji dinamički raspon i omjer signal-šum..

• Wikipedija - diskrecija;

Malo ljudi misli da kvantizacija vremenske osi, ili točnije rečeno - diskretizacija, također pridonosi dinamičkom rasponu i donosi digitalni šum (o ovome se malo piše na mreži).

Pogreška uzorkovanja u ovom je smislu slična grešci kvantizacije - što je veća frekvencija uzorkovanja i, time, što je više podataka za digitalni prikaz signala, to je bolja kvaliteta. Ljubitelji glazbe najčešće su ograničeni samo na informacije o (teoretskom) frekvencijskom rasponu, ali uzalud! =)

CD format i srodni Flac formati - dinamički raspon

Prvo, pogledajmo vaš omiljeni format CD-a i njegove srodne formate Flac.. Dinamički se raspon izračunava vrlo jednostavno - to je 6 dB po 1 bitne informacije, s modulacijom pulsnog koda koja se koristi u tim formatima. Za kompaktni disk dinamički je raspon tako 16bit x 6dB = 96dB. Prema tome, veličina pogreške kvantizacije jednaka je vrijednosti najmanje značajnog bita, a za 16-bitni dinamički raspon digitalni (teorijski) kvantizacijski šum bit će -96dB. Ispitali smo kvantizaciju amplitude i to nisu sve karakteristike digitalnog zvuka.

U svojim prethodnim recenzijama već sam govorio o problemima povezanim s diskretizacijom zvuka na CD-u i stvarnim frekvencijskim rasponom. Da vas podsjetim. Raspon CD-a (teorijski) je 20Hz-20,000Hz.

S nižim frekvencijama sve je u redu. Do problema dolazi prilikom digitalizacije visokih frekvencija. Činjenica je da će se razdoblje maksimalne (prema teoremi Kotelnikov-Shannon ili poznato kao "Nyquist-ova frekvencija") frekvencije 22050 Hz zabilježiti u samo dvije znamenke. Ovo je frekvencija uzorkovanja jednaka CD-u od 44100Hz. Usporedimo li količinu dostupnih podataka za snimanje maksimalne frekvencije 22050 Hz i minimalne frekvencije za CD od 20 Hz, dolazi nam u obzir vrlo važan i jednostavan zaključak - bilježe se različite frekvencije različite kvalitete.

Također je jasno da ako se niža frekvencija snima s visokom kvalitetom, tada će se i visoke frekvencije, sasvim logično, bilježiti loše kvalitete. Jedino je pitanje koliko je ova kvaliteta loša..

Da bi se izračunala količina uzorkovanja buke, prikladna je formula iz kvantitativne procjene buke. Najprije morate znati vrijednost razdoblja (cijeli broj) željene frekvencije i izračunati potrebni broj bitova koji kodiraju fazu frekvencije. U donjoj tablici prikazane su frekvencije s smanjenjem oktave, plus najniža frekvencija (kodirana, koliko se sjećamo s viškom kvalitete), tada je vrijednost razdoblja minimalna, minimalno 2p, u daljnjem tekstu broj informacijskih jedinica koje kodiraju jedno frekvencijsko razdoblje i potrebna dubina bita za kodiranje jednog perioda na toj frekvenciji uzorkovanja (ograničenje broja bita po fazi je samo učestalost uzorkovanja). Na kraju je dato ono što nam treba - vrijednost (teorijska) faznog buke (pogreška uzorkovanja) za određenu frekvenciju:

CD 44100 Hz 16bit

• 22050 Hz 2p (1b) -6dB
• 11025 Hz 4p (2b) -12dB
• 5512 Hz 8p (3b) -18dB
• 2756 Hz 16p (4b) -24dB
• 20 Hz 2205p (11b) -66dB

Dakle, vrijednosti uzorkovanja buke iskreno obeshrabrujuće =). To nije bez razloga što proizvođači hardvera te karakteristike uopće ne navode.

Ukupna čistoća CD-a

U CD formatu se čisto snimaju samo niske frekvencije s omjerom signal-šum ispod oko -45dB. Prosjeci će se bilježiti već s visokom razinom faznog šuma. Na visokim frekvencijama praktički ne preostaje ništa ... Podsjećam da je kvantizacijski šum od samo -96dB ono što proizvođači opreme navode u opisu formata.

Da vidimo što imamo s formatima visoke razlučivosti, započnimo s Flac:

Flac 96000 Hz 24 bit

• 24000 Hz 4p (2b) -12dB
• 12000 Hz 8p (3b) -18dB
• 6000 Hz 16p (4b) -24dB
• 3000 Hz 32p (5b) -30dB
• 20 Hz 4800p (13b) -78dB

Flac 192000 Hz 24 bit

• 24000 Hz 8p (3b) -18dB
• 12000 Hz 16p (4b) -24dB
• 6000 Hz 32p (5b) -30dB
• 3000 Hz 64p (6b) -36dB
• 20 Hz 9600p (14b) -84dB

Može se vidjeti kako s povećanjem učestalosti kvaliteta postaje bolja, ali ne mnogo.

Uz to, razmotrite nekoliko WAVE formata s ultra visokom brzinom uzorkovanja

WAVE 384000 Hz 32 bit

• 24000 Hz 16p (4b) -24dB
• 12000 Hz 32p (5b) -30dB
• 6000 Hz 64p (6b) -36dB
• 3000 Hz 128p (7b) -42dB
• 20 Hz 19200p (15b) -90dB

WAVE 768000 Hz 32 bit

• 24000 Hz 32p (5b) -30dB
• 12000 Hz 64p (6b) -36dB
• 6000 Hz 128p (7b) -42dB
• 3000 Hz 256p (8b) -48dB
• 20 Hz 38400p (16b) -96dB

Rezultati su već puno bolji, ali još uvijek nisu savršeni. =) Jasno je da formati s ultra visokim frekvencijama još uvijek nisu dostupni gotovo svima.

DSD format

Sada ćemo obratiti pozornost na najkontroverzniji i u smislu kvalitetnog DSD formata koji se koristi u SACD-u. Prvo, ovdje se ne koristi impulzna modulacija, već gusto-pulsna modulacija. To znači da je cjelokupni signal u amplitudi i vremenu kodiran tokom jednobitnih vrijednosti..

Iz ovoga proizlazi da je kvantizacija simetrična za diskretizaciju i da će stoga kvantizacijski šum biti jednak uzorku buke. Zanimljivo je i ono i drugo (u ovom slučaju to je jedna veličina).

Pa krenimo ... DSD

DSD64

• 2.822.400 Hz 1 bit
• 22050 Hz 128p (7b) -42dB
• 11025 Hz 256p (8b) -48dB
• 5512 Hz 512p (9b) -54dB
• 2756 Hz 1024p (10b) -60dB
• 20 Hz 141120p (18b) -108dB

Rezultati izračuna su impresivni - to je stvarno kvalitetan format! Postoji relativno niska razina buke na visokim frekvencijama, na srednjim frekvencijama ovaj je pokazatelj još bolji, a na niskim frekvencijama kvaliteta je općenito izvan svake pohvale. Na visokim frekvencijama inicijalni DSD format ostavlja iza sebe čak WAVE 768.000 Hz!.

Ostaje razmotriti DSD format s većom stopom uzorkovanja

DSD128

• 5.644.800 Hz 1 bit
• 22050 Hz 256p (8b) -48dB
• 11025 Hz 512p (9b) -54dB
• 5512 Hz 1024p (10b) -60dB
• 2756 Hz 2048p (11b) -66dB
• 20 Hz 282240p (19b) -114dB

DSD256

• 11.289.600 Hz 1 bit
• 22050 Hz 512p (9b) -54dB
• 11025 Hz 1024p (10b) -60dB
• 5512 Hz 2048p (11b) -66dB
• 2756 Hz 4096p (12b) -72dB
• 20 Hz 564480 (20b) -120dB

DSD512

• 22.579.200 Hz 1 bit
• 22050 Hz 1024p (10b) -60dB
• 11025 Hz 2048p (11b) -66dB
• 5512 Hz 4096p (12b) -72dB
• 2756 Hz 8192p (13b) -78dB
• 20 Hz 1128960p (21b) -126dB

Tablica pokazuje da povećanje frekvencije u DSD formatu ima smisla za kvalitetu visokih frekvencija (donje se bilježe s viškom kvalitete).

Rezultat:

• Proizvođači opreme za reprodukciju zvuka ukazuju na dinamički raspon kvantizacije, odnosni odnos signal / šum i ne navode veličinu faznog šuma (pogreška uzorkovanja).
• Drugi zaključak. Navedeni formati visokih performansi, s modulacijom pulsnog koda, dijelom su mit.
• I posljednje - DSD formati zaista imaju prednost u kvaliteti u odnosu na standardne formate.

U budućnosti će, vjerojatno s daljnjim razvojem digitalne elektronike, biti dostupni audio formati s vrlo visokom frekvencijom uzorkovanja i niskom faznom bukom, ali za sada izbor nije baš velik i trebali biste obratiti pažnju na DSD. Naravno, ovo nije reklama za DSD i SACD =), ali izbor je na vama.