О наших заблуждениях. Часть 5.

13. О категорической недостаточности 16 бит 44.1 кГц

Первый и самый значимый довод состоит в том, что для 24-х битных записей динамический диапазон может быть увеличен многократно, благодаря гораздо большей разрядности. Здесь сразу надо определиться, что же на самом деле представляет из себя динамический диапазон.
 
Когда говорится о динамическом диапазоне, скажем, симфонического оркестра (по мнению разных авторов от 60 до 75 дБ) имеют в виду отношение амплитуды самого громкого Форте-фортиссимо к самому тихому Пиано-пианиссимо. Вроде бы всё верно, и к этой информации апеллирует буквально каждый, кто хочет рассчитать динамический диапазон. Но можем ли мы говорить, что Пиано-пианиссимо это тот самый минимальный квант, тише которого уже не бывает? Конечно, это никакой не минимальный квант, а какая-нибудь окарина, со своим тембром и со своей динамикой, про которую все как-то «забыли». Сколько отвести ещё динамического диапазона на тихонько звучащий инструмент, я сказать не берусь, знаю только, что 8-битный звук на малой громкости звучит нормально. На сверхмалой может, видимо, хватить 4-5 бит, т.е. 18-24 дБ.
      
То есть д.д.  симфонического оркестра на самом деле составляет 75+24=99дБ (!!!) и приблизительно равен динамическому диапазону CD. Такого диапазона я, к сожалению, не встречал ни на одной из записей! Для удобства прослушивания всегда применяется компрессия минимум 1.2:1, что превратит исходных 99дБ в 83дБ, но это уже совсем другая история.

      

Теперь попробуем посчитать динамический диапазон исходя не из потребностей, а из возможностей. Зададимся максимально возможным уровнем, развиваемым нашими АС, 115 дБ, это приблизительно 2х150Вт при чувствительности АС 92 дБ и расстоянии от них 2 метра (ну очень громко). Уверен в том, что посидев несколько минут при звуковом давлении 115 дБ, вы на первое время утратите способность ясно слышать свой собственный голос.  Мне лично такая возможность не очень нужна, я бы предпочёл сохранить свой слух и ограничиться средним звуковым давлением 96дБ. Для обычной записи со средним уровнем -15 дБ имеем максимальную громкость 111дБ. Если, как и в примере с птичками задаться чувствительностью слуха -20 дБ относительно шума помещения (около 30 дБ для обычной жилой комнаты) имеем динамический диапазон 111-30+20=101дБ.
      

Получается, что наши возможности (101дБ, мощная звуковая аппаратура в обычной комнате) совпадают и с нашими потребностями (99дБ, симфонический оркестр без компрессии), и с возможностями стандарта CD!!!

      

Однако вернёмся к вопросу о том, какие преимущества имеют 24-х битные записи. В динамическом диапазоне преимущество очень хорошее, но выясняется, что воспользоваться им не очень получается. Может быть, есть шанс получить преимущество по искажениям? Попробуем разобраться в этом вопросе.

      

Для синусоидального сигнала 20кГц максимальной амплитуды точность даже самых лучших ЦАПов (в том числе современных 32-х битных) не выходит за пределы 18-19 бит при частоте квантования 44.1кГц. Это отвечает IMD порядка 0.0004%. С уменьшением сигнала уровень искажений хороших 24-х битных систем нарастает  довольно медленно, что проиллюстрировано на графике ниже (24-битный PCM1794).

     
Для реальных музыкальных произведений обычный уровень сигнала составляет -10…-15 дБ, однако и для этого уровня IMD находится в пределах 0.0005%, что надо признать очень хорошим результатом.
      

Для CD при максимальной амплитуде этот параметр составляет около 0.003%, совпадая с  чувствительностью слуха (порядка 0.003%, для звукового давления 90 дБ, по широкораспространённому  мнению).

     
Из графика видно, что для хорошего ЦАПа  (PCM1704) в 16-ти битном режиме Кг при уровне -15 дБ составляет уже 0.007%, IMD тоже будет около 0.007%, что в три раза хуже «слуховых потребностей». 
 

Таким образом, можно говорить о действительно серьёзном превосходстве (до 10 раз по искажениям) 24-х битных систем, особенно для воспроизведения «неплотных» и «тихих» записей с большим динамическим диапазоном. Теоретически.
      

То же самое можно сказать и о 20-битном формате HDCD, необыкновенно красиво решившем проблему нехватки разрешающей способности CD. Практически же, если взять запись среднего качества 24/96 и конвертировать в 16/44.1 то никаких изменений можно и не услышать, по причине низкого качества оригинала.
      

По поводу полосы воспроизводимых частот написано много, добавлю только что в техническом плане увеличение частоты квантования с 96 до 192 кГц обычно ведёт к увеличению искажений, но по мнению многих экспертов не ведёт к слышимому выигрышу в звучании. На графике ниже (PCM1794) видно как деградирует THD при увеличении частоты квантования до 192 кГц. В свете этого 96 кГц, видимо, вполне достаточно.

      

Кстати говоря, с помощью осциллографа я неоднократно «ловил» якобы 24-х битные записи на том, что в них всего 16 бит.  Тем не менее, некоторые из «пойманных» звучат потрясающе динамично, детально и натуралистично!
      

Чаще убеждаешся, что подавляющее большинство записей, в том числе и некоторые тестовые, не используют в полной мере даже ресурсы 16/44.1. Вспомните, наверняка и в вашей практике были обычные CD, звучавшие намного живее, динамичнее и натуральнее чем такие же другие. В условиях современной гонки RMSов даже ремастированные старые записи зачастую грешат зажатостью динамического диапазона.
       

 Но записаны они почему-то 24/96 или 24/192! Мне не жалко, современные носители позволяют, но давайте всё-таки пальцы поуже, ибо 100% людей никогда не услышат этих 24-х бит, и не потому что туги на ухо… Просто кроме декларирования 24/192 на обложке нужно ещё много чего. Например, таланты звукорежиссёра, не единственной целью которого будет являться «чтобы играло на всём». Или акустика и усилитель, имеющие соответствующий динамический диапазон (что уж говорить о соседях…). Или lossless стандарт в кино (сейчас он есть только в DTS-HD Master Audio и Dolby TrueHD).
      

Сама по себе студийная и наша с вами аппаратура это всего-навсего железки. И понятно, что высочайшего качества записи требуют тщательнейшего и профессиональнейшего подхода при записи и сведении. Неудивительно, что их так немного.
      

Уже не будем говорить о том, что аппаратура, на которой DVD-audio хотя бы отличается от CD, есть пока (и, скорее всего, ситуация не изменится  в ближайшие годы) у очень немногих.