faqs.org.ru

 Главная > Компьютеры и комплектующие > Мультимедиа >

FAQ по цифровому представлению звуковых сигналов

Секция 3 из 3 - Предыдущая - Следующая
Все секции - 1 - 2 - 3

или Macintosh, либо позволяет прочитать или создать такой диск.

- Чтение и запись на компьютерной системе специализированных носителей
и их специальных форматов, если это позволяет аппаратура и программное
обеспечение. Таким образом читаются и пишутся дискеты от Ensoniq,
AKAI, Emulator, компакт-диски ряда "чужих" систем, а также читаются и
пишутся обычные звуковые компакт-диски.

----------------------------------------------------------------------

 - Какие компьютерные программы используются для обработки звука?

На IBM PC наиболее популярны редакторы Cool Edit Pro (Syntrillium)
Sound Forge (Sonic Foundry), WaveLab (Steinberg) и системы
многодорожечной записи SAW Plus, Samplitude, N-Track и DDClip. На
Apple Macintosh используются программ Alchemy, Deck II, DigiTracks,
HyperPrism.

----------------------------------------------------------------------

 - Какие платы применяются для работы с цифровым звуком на IBM PC?

Для любительской работы со звуком, не требующей высокого качества, в
принципе достаточно любой звуковой карты, качество которой
удовлетворяет ее владельца. Самые дешевые карты типа Edison, Sky
Rocket, Media Vision, Sound Blaster Vibra и т.п. обладают достаточно
низким качеством преобразования звука. Более хорошим звучанием из
простых карт обладают некоторые модели Sound Blaster AWE32, Gravis
Ultrasound, Turtle Beach Tropez и некоторые другие. Все эти карты
ориентированы на шину ISA и работают с 16-разрядным звуком.

Минимальным уровнем карт, пригодных для более-менее серьезной работы
со звуком, принято считать снятую с производства Turtle Beach Tahiti
(16 разрядов, 18-разрядный ЦАП) и ее выпускаемый ныне улучшенный
вариант Fiji (20 разрядов). Эти карты также сделаны под ISA. Для Fiji
существует отдельная дочерняя плата электрического интерфейса S/PDIF.

Представляет интерес 20-разрядная карта Terratec EWS64XL, АЦП и ЦАП
которой обеспечивают 16- и 18-разрядную точность, а электрический и
оптический интерфейс S/PDIF - 20-разрядную.

Более высокий класс ISA-карт представлен серией 24-разрядных карт AdB
Multi!Wav с цифровыми интерфейсами S/PDIF и AES/EBU и синхронизацией
Word Clock: Digital Pro18 (18-разрядный мониторный ЦАП), Digital Pro24
(24-разрядный мониторный ЦАП), Analog Pro24 (24-разрядные ЦАП и АЦП,
без цифровых интерфейсов). 20-разрядная карта Zefiro Acoustics ZA-2
имеет электрические и оптические интерфейсы S/PDIF и AES/EBU,
24-разрядный DSP и мониторный ЦАП.

Спектр карт для шины PCI открывает давно известная, хоть и устаревшая,
AudioMedia III (24 разряда, четыре 18-разрядных АЦП/ЦАП, вход/выход
S/PDIF, 24-разрядная обработка в DSP). В последнее время популярны три
24-разрядные карты Event Electonics с 20-разрядными ЦАП/АЦП и
24-разрядным DSP: Darla (2 АЦП, 8 ЦАП), Gina (2 АЦП, 8 ЦАП, S/PDIF) и
Layla (8 АЦП и 10 ЦАП в выносном модуле, S/PDIF, MIDI, Word Clock).

----------------------------------------------------------------------

 - Связана ли разрядность отсчета с разрядностью канала передачи?

Никоим образом. В сущности, почти все современные АЦП и ЦАП - и 16-, и
20-, и 24-разрядные - работают с последовательными потоками
однобитовых данных, точно так же передается информация в большинстве
цифровых интерфейсов и хранится на цифровых носителях. При этом
частота следования отдельных битов, составляющих отсчет, повышается
настолько, чтобы обеспечить передачу нужного количества битов в
течение интервала дискретизации, что полностью эквивалентно
параллельной передаче отсчетов непосредственно с частотой
дискретизации.

Также в ряде систем используется последовательно-параллельная
передача, когда отсчеты передаются группами битов меньшей длины
(обычно байтами). Например, большинство 16-разрядных компьютерных
звуковых карт использует для передачи отсчетов 8-разрядные каналы
прямого доступа к памяти (DMA), где каждый 16-разрядный отсчет
передается последовательностью из двух байтов. Пропускной способности
DMA достаточно для одновременной передачи более десяти
стереофонических 16-разрядных звуковых потоков с частотой
дискретизации 44.1 кГц, так что такие карты ничуть не уступают
моделям, использующим 16-разрядные каналы, а разница в качестве звука
обусловлена сугубо параметрами АЦП и ЦАП.

----------------------------------------------------------------------

 - Что такое джиттер?

Jitter - дрожание (быстрые колебания) фазы синхросигналов в цифровых
системах, приводящее к неравномерности во времени моментов
срабатывания тактируемых этими сигналами цифровых устройств. Сами по
себе цифровые устройства нечувствительны к таким колебаниям, пока они
не достигают значительной величины по сравнению с общей длительностью
импульсов, однако в "пограничных" устройствах, находящихся на стыке
цифровой и аналоговой частей схемы - АЦП и ЦАП - джиттер приводит к
неравномерности моментов срабатывания компараторов АЦП или ключей ЦАП,
приводящей к нарушению соответствия форм аналогового и цифрового
сигналов. Ошибки, возникающие из-за джиттера, сродни ошибкам
округления при квантовании, однако степень их корреляции с сигналом
зависит от построения схемы. В первом приближении можно считать, что
джиттер порождает дополнительный шум и паразитные частотные
составляющие, искажая исходные составляющие, особенно в
высокочастотной области.

Джиттер может возникать из-за любой нестабильности напряжений и токов
в области ЦАП/АЦП. Например, колебания питающих напряжений изменяют
частоту опорного генератора, наводки на провода и печатные дорожки
искажают форму цифровых сигналов. Даже если эти искажения не изменяют
информационного содержимого сигнала - заключенной в нем битовой
последовательности, они могут нарушить равномерность опроса входного
звукового сигнала в АЦП или выдачу выходного сигнала с ЦАП и привести
к искажениям формы, особенно заметной в области высоких частот.

Величина джиттера обозначает максимальное абсолютное отклонение
момента перехода тактового сигнала из одного состояния в другое от
расчетного значения, и измеряется в секундах. Величина джиттера,
достаточная для искажения звука, аналогичного изменению младшего
разряда отсчета, может быть оценена по формуле:

t = arcsin ( 1 / 2**N ) / ( 2 * pi * f ),

где t - отклонение в секундах, N - разрядность отсчета, f -
максимальная частота звукового сигнала. "**" обозначает возведение в
степень. Для 16-разрядного отсчета и частоты 20 кГц получается
величина порядка 120 пс.

Указанная формула справедлива только для предельного случая, когда
временные отклонения приходятся на моменты наиболее быстрого изменения
звукового сигнала. В среднем же искажения несколько меньше, а
допустимая величина джиттера - больше и примерно оценивается по
формуле:

t = sqrt (3) / ( 2**N * 2 * pi * f ),

что для тех же параметров сигнала дает около 210 пс (sqrt обозначает
квадратный корень). Для 20-разрядного отсчета эта величина составляет
около 13 пс.

Для борьбы с джиттером используется тактирование АЦП и ЦАП
высокостабильными генераторами, а для подавления неравномерности
цифрового потока, поступающего на ЦАП - промежуточными буферами типа
FIFO (очередь). Для уменьшения влияния помех применяются обычные
методы - экранирование, развязки, исключение "земляных петель",
раздельные источники питания, питание критичных схем от аккумулятора и
т.п. Хорошие результаты дают внешние модули ЦАП, в которых реализованы
описанные методы - например, Audio Alchemy DAC-in-the-Box и другие.

Необходимо различать "пограничный" джиттер, действующий на границах
аналоговой и цифровой части схемы - в области АЦП или ЦАП, и
"внутренний", возникающий в любых других участках чисто цифровой
схемы. Влияние на звуковой сигнал имеет только "пограничный" джиттер,
ибо только он непосредственно связан с преобразованием аналогового
звукового сигнала. Весь "внутренний" джиттер при грамотном построении
схемы должен полностью подавляться в интерфейсных цепях, однако
некорректная реализация может пропускать его и непосредственно на
ЦАП/АЦП.

----------------------------------------------------------------------

 - Может ли джиттер передаваться при копировании?

Возникающий в цепях формирования, обработки, передачи, записи и чтения
цифровых сигналов "внутренний" джиттер вполне может распространяться
по системе, выходить за ее пределы и переноситься между системами
через цифровые интерфейсы передачи или цифровые же носители
информации. При этом величина джиттера может как ослабляться, так и
усиливаться. При использовании интерфейсов передачи со "встроенным"
(embedded) синхросигналом, а также при чтении с любого носителя,
приемная сторона вынуждена синхронизироваться с передатчиком путем
использования систем фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ, Phase
Locked Loop - PLL), которая вносит дополнительные дрожания, будучи не
в состоянии мгновенно отслеживать изменения фазы и частоты
принимаемого сигнала.

Один из возможных способов ослабления джиттера при передаче -
использование синхронных интерфейсов с отдельным тактовым сигналом
(Word Clock), а еще лучше - асинхронных двунаправленных с возможностью
согласования темпа передачи, наподобие RS-232. В этом случае стороны
могут не опасаться возможного опустения или переполнения буфера на
приемном конце, передача может выполняться блоками с более высокой
скоростью, чем идет вывод звука, а приемная сторона может использовать
полностью независимый стабильный генератор для извлечения отсчетов из
буфера. Однако все это имеет смысл только в том случае, когда приемник
работает непосредственно на ЦАП - при записи на носитель
неравномерности такой величины влияния на качество звука не оказывают.

Таким образом, в корректно реализованной системе все виды джиттера,
возникающие в чисто цифровых блоках и между ними, являются
"внутренними" и должны быть подавлены до передачи цифрового сигнала на
ЦАП для оконечного преобразования. Это может быть сделано при помощи
промежуточного буфера, схемы ФАПЧ с плавным изменением частоты
генератора (медленное изменение в небольших пределах, в отличие от
дрожания, практически не ощущается на слух), или каким-либо другим
методом.

----------------------------------------------------------------------

 - Может ли один и тот же цифровой сигнал звучать по-разному?

Для слуховой оценки звукового сигнала его необходимо воспроизвести
либо одновременно на двух разных системах, либо последовательно - на
одной. Даже если в обоих случаях сам цифровой сигнал будет одинаковым,
набор сопутствующих условий - аппарат, носитель, его микроструктура,
первичные сигналы при считывании информации, особенности работы
декодеров, спектр аналоговых шумов и помех - почти всегда будет
различен. Все эти побочные процессы могут создавать паразитные
наводки, искажающие форму цифрового сигнала, порождающие джиттер,
воздействующие на цепи питания и прочие аналоговые компоненты системы.
В правильно сконструированных и тщательно выполненных аппаратах все
эти влияния должны быть подавлены до уровня, недоступного восприятию,
однако для большинства бытовых и особенно бюджетных аппаратов это не
так.

Могут быть и более прозаичные причины для возникновения разницы -
такие, как неустойчивое считывание цифрового носителя, при котором
декодер не в состоянии однозначно восстановить закодированный звуковой
сигнал и вынужден прибегать к его интерполяции, ухудшающей качество
звучания. Такая же интерполяция или гашение отсчетов происходит в
случае ошибочного их приема по цифровым межсистемным интерфейсам, что
может быть вызвано плохим качеством или чрезмерной длиной кабеля,
воздействием на него сильных помех, неисправностью приемника или
передатчика, плохой их совместимостью и т.п. Поэтому вопрос о
сравнении звучания должен рассматриваться только после того, как
доказана идентичность цифровых потоков, поступающих на оконечный ЦАП.
Под ЦАП здесь должен пониматься именно неделимый, "самый последний"
преобразователь, а не произвольное сложное устройство, получающее на
входе цифровой сигнал и выдающее на выходе аналоговый.

----------------------------------------------------------------------

 - Как проверить идентичность двух цифровых звуковых сигналов?

Наиболее универсальным и удобным является сложение в противофазе,
когда один сигнал складывается с другим, предварительно
инвертированным. Для синхронных одинаковых сигналов такая операция
даст абсолютную тишину. В случае различных сигналов результат будет
различаться от эффекта гребенчатого фильтра (небольшой постоянный
временной сдвиг между одинаковыми сигналами, на слух напоминает
перекос головки в магнитофоне) до обычного смешивания (совершенно
различные сигналы или временной сдвиг более нескольких десятков
микросекунд).

Для получения этим методом корректного результата необходимо, чтобы
оба сигнала были синхронны - начинались в один и тот же момент времени
и имели одинаковую длину. Для двух сигналов, записанных с реального
источника через АЦП, этого достичь принципиально невозможно, поэтому
имеет смысл подвергать сравнению исходный сигнал (полученный любым
способом) и его цифровую копию - сделанную внутри рабочей станции,
пропущенную через цифровой интерфейс, записанную на цифровой носитель
и т.п. В этом случае сравнение покажет правильность копирования и
передачи цифровых сигналов.

Синхронность сигнала и копии обеспечивается удалением из них участка
начальной тишины (серии нулевых отсчетов) - такая операция имеется во
многих цифровых станциях. В противном случае тишину можно убрать
вручную, удалив начальный участок до первого ненулевого отсчета.
Одинаковой длины сигналов добиваться не обязательно - это повлияет
лишь на слышимость концевого участка результата, соответствующего
более длинному из сигналов.

----------------------------------------------------------------------

 - Где найти информацию по цифровому звуку и методам работы с ним?

www.digido.com - Digital Domain
members.tripod.com/~FAQ_Home/Audio.html - Audio FAQ's

www.moscomag.orc.ru/~insys/articls/sigmadlt/sigma01.htm - хорошее
описание технологии Sigma-Delta ЦАП и АЦП.

www.ktk.ru/~avb - Домашняя аудиостудия

----------------------------------------------------------------------

Большое спасибо всем приславшим ответы, рекомендации, замечания и
советы для этого FAQ.

Текст FAQ в альтернативной кодировке доступен для FReq на
2:5000/14@FidoNet по имени DGAUDFAQ, FAQ по компьютерным звуковым
технологиям - SOUNDFAQ, по звуковым картам - SNDHWFAQ. Полный пакет
FAQ и описаний доступен на
ftp://spider.nrcde.ru/pub/text/tech/emtcfaqs.zip и через страницу FAQ
на http://spider.nrcde.ru. Пакет распространяется также по FIDO
fileecho XHRDDOCS.

======================================================================

Секция 3 из 3 - Предыдущая - Следующая

Недорогие Гостиницы в Москве цены до 2000
Бронирование онлайн! Отзывы. Цены. Отель Region Iraklio O Krit Kalypso Hote
rkcaricyno-otel.ru
Экскурсии Прага Чехия здесь
euroholidays.cz
купить штампованные диски ваз 2114 r14
autoshop-dm.ru

Вернуться в раздел "Мультимедиа" - Обсудить эту статью на Форуме
Главная - Поиск по сайту - О проекте - Форум - Обратная связь

© faqs.org.ru