On-Line Библиотека www.XServer.ru - учебники, книги, статьи, документация, нормативная литература.
       Главная         В избранное         Контакты        Карта сайта   
    Навигация XServer.ru


Блины акустика коаксиальная акустика.




 

Некоторые аспекты качественного воспроизведения цифрового звука

Качеству звучания звуковых плат уделяется должное внимание, но по непонятным причинам в обзорах обходят аналоговую часть схемы. Все преимущества в программной и цифровой части могут с легкостью потеряться из-за несовершенной аналоговой части схемы. Это важно в первую очередь для музыкантов и аудиофилов, но может быть полезно и для рядовых слушателей, заинтересованных в качественном воспроизведении на компьютере музыки.

Основные проблемы с возникновением искажений по причине схемотехнических приложений возможны как на входах, так и на выходе. Вход для оцифровки аналогового сигнала (линейный вход, микрофон) требует обязательной фильтрации частот не входящих в звуковой диапазон. Особенно опасна частота, близкая к частоте дискретизации (~44 кГц) - возникают разностные частоты при умножении входного сигнала и помехи на первом же усилительном (нелинейном) элементе. Получаются помехи в звуковом диапазоне, которые уже нет возможности отфильтровать. Входной фильтр должен быть рассчитан так, чтобы выполнять функции согласующего устройства с источником сигнала. Встроенный микрофонный усилитель с этой задачей справляется, а вот линейный вход часто не имеет стандартизованного сопротивления. Ненормальное соотношение высоких и низких частот является следствием этого рассогласования.

Вход для аналогового сигнала от CD-ROM также должен содержать фильтр подавления частоты дискретизации. Выходной сигнал перед подачей на звуковую плату не фильтруется, чтобы не конфликтовать с фильтром на карте. Большое количество встречающихся звуковых плат разрабатывались с фильтром, но на практике фильтр отсутствует. Примерно такой же фильтр необходим на выходе карты после ЦАП (DAC). Его реализация особенно необходима при записи сигнала на магнитную ленту, поскольку усилитель записи выходит из нормального режима и происходит насыщение и паразитное намагничивание магнитной ленты. Подмагничивание ленты производить необходимо для качественной записи низких звуковых частот, это продиктовано физическими особенностями записи на магнитные носители, а частота дискретизации производит нарушение режима подмагничивания. Еще возникают проблемы с внешними усилителями мощности с глубокой обратной связью (скажем, плохие усилители, склонные к возбуждению). Замечается неустойчивая работа усилителя или выход его из строя.

Использование на плате перемычек для конфигурирования аналогового тракта только приветствуется. Очень неприятно обнаружить отсутствие линейного выхода на звуковой плате, т.к. использовать сигнал, пропущенный через встроенный усилитель для подачи на внешний усилитель нежелательно. Встроенный усилитель, рассчитанный на применение с наушниками или маленькими динамиками, имеет не лучшие характеристики, особенно по шумам и гармоникам, да и низковольтное питание от компьютерного импульсного блока питания, на котором висят цифровые схемы, качества не добавляет - появляются специфические шумы от работы цифровых микросхем и двигателей приводов внешних накопителей.

Часто, чтобы добиться сносного звучания приходится впаивать перемычки (джамперы), которые подразумеваются, но отсутствуют на плате. К примеру, для отключения встроенного усилителя. Причем наибольшие шумы наводятся по питанию именно на усилитель (слышно "работу" CD-ROM и винчестера, т.к. он обычно питается от 12-вольтовой шины). На этой шине нет специальных решений для фильтрации помех, а мощные двигатели приводов производят их в большом количестве. Изучение множества плат привело к печальным выводам. Ни маститые производители, ни производители с востока с "левыми" платами не уделяют должного внимания аналоговой части своих карт. Часто это представлено в виде отсутствия "лишних" деталей на плате, особенно этим поражены "левые" платы. Интересно, кому нужна такая "экономия" на мелочах? :-)

Некоторое удивление вызвало знакомство с новой платой Monster Sound MX300 от компании Diamond Multimedia. Революционность чипа Vortex 2 не вызывает сомнений, но реализация платы выдает стремление фирмы экономить на всем, чем можно и нельзя. Возможно, сам чип не дешев, но и цена платы не мала, можно было и постараться. Отсутствует должная реализация фильтров на выходе с ЦАП и входе с CD-ROM. Усилитель для наушников сделан на транзисторах, возможно для меньших искажений при низком напряжении питания (но такая схема не борется с синфазными искажениями!!!), а, скорее всего, из экономии. Радует отдельный линейный выход. Возможность же получить от этой карты все в воспроизведении звука требует платы расширения с цифровым выходом S/PDIF (MX-25). Но для этого потребуется усилитель с цифровым входом или применить внешний ЦАП и усилитель, получим почти Hi-End. Главные плюсы в отдельном блоке питания для ЦАП и все-таки грамотное аналоговое решение. В качестве положительного примера следует выделить фирмы Gravis (к сожалению ушедшей с рынка звуковых карт) и Voyetra Turtle Beach. На платах любых ценовых категорий и направлений аналоговая часть решена великолепно. Даже старая карта Gravis Ultrasound GF1 (как много в этом звуке... :-)) в дешевом варианте, соизмеримом в свое время по цене с современной платой MX300 с точки зрения рассматриваемого вопроса произведена очень хорошо. Все необходимые фильтры рассчитаны с запасом, а особенно приятно множество перемычек, с помощью которых можно обходить любой фильтр и усилитель при применении внешних фильтров и усилителей. Примерно такой должна быть конфигурация звуковой платы для качественного воспроизведения звука. Надеюсь, что и плата Montego II Quadzilla на Vortex 2 будет при соизмеримой цене лучше MX300, а модификация Home Studio еще содержит и цифровой вход/выход S/PDIF и оптический вход/выход на основной плате.

Руководствуясь этим наблюдением можно выделить несколько пунктов, учет которых желателен при выборе звуковой платы:

Желательно иметь отдельный линейный выход или перемычки для обхода сигналом внутреннего усилителя, что позволит не вносить в сигнал дополнительных шумов при выводе на внешний усилитель.

При использовании звуковой платы в качестве источника сигналов для записи на магнитный носитель необходим фильтр, режущий частоту дискретизации. Это относится к любым выходным сигналам независимо от того, как они синтезировались, будь то WAV, MIDI или сигнал синтеза.

Для исключения проблем с воспроизведением, оцифровкой и микшированием звука с Audio CD, требуется, чтобы по входу для CD-ROM стоял фильтр того же плана, что оговорен в предыдущем пункте.

Для использования платы для качественной оцифровки аналогового звука на входе требуется хороший активный фильтр.

Продолжаем дискуссию

1. Безусловно, перед оцифровкой аналогового сигнала его необходимо пропустить через входной фильтр 4-8 порядка с частотой среза 20 кГц дабы подавить дополнительные спектральные составляющие, зеркальные основному спектру сигнала относительно частоты дискретизации. Интересующиеся могут прочитать любую книгу по основам цифровой обработки сигналов в библиотеке или просмотреть главу из соответствующей книги прямо в книжном магазине. Но, вообще говоря, большинство современных многоразрядных (16 и более) АЦП выполнены на базе сигма-дельта технологии. Отличительной чертой данных АЦП является существенно повышенная частота дискретизациия сигнала (1...15...20 Мгц в зависимости от реализации) и постобработка цифрового потока нардверным цифровым фильтром, встроенным в АЦП до необходимой полосы (20 - 22 кГц). Поскольку дополнительный спектр сигнала при этом смещается в область запредельных частот, то и достаточное его подавление возможно очень простым фильтром. Очевидно этим и объясняется отсутствие входных фильтров на входах плат или наличие совершенно простенького фильтра 1-2 порядка, вызывающее недоумение у людей, которые более-менее сталкивались с этими проблемами в профессиональных/любительских условиях.

2. Касаемо выходных (сглаживающих, восстанавливающих - кому какая терминология нравится :-)) фильтров. Многие, видимо читали в описании CD ROM о том, что в нём стоит 1 разрядный ЦАП с 8х частотой дискретизации. Я не очень сильно интересовался, но, очевидно, что и в них применяется сигма-дельта технология, что также позволяет использовать фильтры малых порядков для восстановления аналогового сигнала (буду рад, если меня поправят профессионалы, которые занимались этим вопросом). Сдаётся мне, что в High End CD проигрывателях, к которым нельзя отнести CD ROM даже с большой натяжкой, эта технология не применяется. Так что можно считать, что с CD ROM приходит нормально отфильтрованный аналоговый сигнал, который на звуковых платах просто приходит на аналоговый мультиплексор - кстати, один из источников дополнительных гармоник, хоть и небольших....

А теперь обратимся к выходу. Как правильно замечено, на большинстве карт, особенно на дешёвых, нет линейного выхода. Сигнал подаётся на выход через достаточно дешёвый выходной усилитель с полосой усиления входного сигнала достаточной, чтобы можно было считать сам усилитель ещё и фильтром... :-), на входе которого, опять таки стоит небольшой пассивный фильтр, дабы не перегружать усилитель слишком сильно высшими гармониками. Стоит предусмотреть на такой плате наличие линейного выхода, так сразу же возникает проблема выходного фильтра. Вспомним, что для более-менее приличного восстановления сигнала требуется, как минимум, фильтр 4, а лучше 8, порядка, что вызывает потребность такого количества прецизионных элементов, подверженных старению, что у производителя волосы дыбом становятся. Использование активных фильтров на коммутируемых конденсаторах компании MAXIM или подобных было бы хорошей идеей. Но их стоимость - $3.00 и выше вызывает явные признаки недовольства у производителей звуковых плат. Причём, это стоимость на один канал - умножьте это на 2, а то и на 4 канала и получите стоимость только фильтров равную стоимости всей платы в розничной торговле. Очевидно, что на дорогих платах, указанных автором, есть и фильтры и хороший чистый линейный выход.

Вывод из всего этого напрашивается следующий: если Вам действительно необходим качественный линейный выход и/или хороший качественный звук из колонок ( а кто этого не хочет :-) ) то есть три пути:

Использование дорогих звуковых карт с линейным выходом с хорошей фильтрацией + качественные колонки

Использование карт с цифровым выходом (я думаю, что он скоро появится и на достаточно дешёвых картах) + качественный усилитель с цифровым входом) + качественные колонки

Использование колонок второй_самой_любимой_компании :-) с USB входом. "Цифровой звук" - это конечно чисто рекламный ход для рядового потребителя - динамические грмкоговорители остаются теми же, несмотря на любые названия :-), но очевидно, что эти ребята просто использовали внутри этих колонок грамотные технические решения, основанные на элементарных знаниях из области цифровой обработки сигналов. Кстати, не знаю, есть ли у этих колонок линейный выход... Хорошо бы, если бы был...

А вообще, есть пожелание к авторам, которые сравнивают звуковые карты между собой. Было бы интересно иметь также информацию о том, есть ли фильтры на обозреваемых звуковых платах, какие АЦП стоят на плате (обычно в составе базовой микросхемы) - последовательного приближения или сигма-дельта и прочем, что было затронуто в статье



Компьютеры - аудео