Наверное, основной вопрос, на который необходимо ответить прежде всего, может звучать так: что нужно
сделать, чтобы компьютер стал цифровым источником, наиболее приближенным по
качеству звука к музыкальному серверу уровня hi-fi?
Далее последовательно рассмотрим различные подходы и варианты, начиная с самого простого.
В комплектацию входит корпус Antec с вентиляторами Noctua (3 шт.) и блоком питания на 550 Вт (тоже с вентилятором), системная плата, оптический привод и видеокарта (с вентилятором) ASUS, жёсткий диск Western Digital. ПК работает на ОС Windows 7.
Подключим к компьютеру высококачественную звуковую систему. Для этого воспользуемся аудиовыходами системной платы или на передней панели ПК, которые, кстати, имеют красивое название HD Audio (high definition audio – аудио с высокоим разрешением). С помощью имеющегося в составе ОС Windows 7 программного проигрывателя Windows Media попробуем включить воспроизведение музыкального файла ВР 192 кГц/24 бит формата WAV.
Формат WAV выбран в связи с тем, что он часто используется при записи цифровых фонограмм в студии, и оригинал мастер-записи обычно хранится в этом формате (мы для простоты рассматриваем здесь цифровую звукозапись на основе ИКМ-кодирования). А частота дискретизации 192 кГц и разрядность 24 бит - это максимальные параметры файлов ВР, которые можно получить через Интернет (хотя в последнее время опробуется распространение файлов и с более высокими частотой или разрядностью).
И сразу сталкиваемся с проблемой: проигрыватель Windows Media, во-первых, не воспроизводит файлы формата WAV, а во-вторых, может работать только с частотами дискретизации до 96 кГц.
Попутно отметим, что проигрыватель Windows Media не воспроизводит и файлы нужного нам формата FLAC без установки дополнительного подключаемого модуля. И добавим, что не все программные проигрыватели могут работать с файлами ВР. Зафиксируем эту проблему следующим образом:
(А) Обычный программный проигрыватель не воспроизводит файлы ВР.
Вывод: надо использовать специализированный проигрыватель. Загрузим известный нам проигрыватель foobar2000 и включим воспроизведение. Услышанный нами звук никак нельзя назвать высококачественным, – даже описывать его нет никакого желания.
Постараемся проанализировать причины невысокого качества «звучания» ПК.
Первое, на что сразу обращаем внимание, – это акустический шум вентиляторов и жёсткого диска. Вентиляторы корпуса, блока питания, системы охлаждения процессора и видеокарты, без которых не может обойтись обычный настольный компьютер, а также жёсткий диск создают вторую проблему:
(Б) Акустический шум вентиляторов и жёсткого диска.
И хотя в нашем ПК установлены малошумящие вентиляторы Noctua, всё равно шум заметный.
Теперь займемся аудиотрактом. На системной плате нашего компьютера установлена интегрированная аудиокарта на микросхеме ADI AD2000B, которая считается качественной среди других подобных.
Хорошо, что она поддерживает частоты дискретизации до 192 кГц и разрядность до 24 бит. Но плохо, что её технические характеристики довольно слабые: динамический диапазон, например, только 92 дБ, а гармонические искажения+шум –70,5 дБ.
Понятно, что возможности встроенной аудиокарты, даже самой лучшей, нельзя сравнивать с техническим уровнем не только отдельного ЦАПа и усилителя, но и качественной звуковой карты. Чип размером 7 х 7 мм и толщиной 1 мм оснащён таким количеством аудиокомпонентов (в том числе шестнадцатью АЦП и ЦАПами, операционными усилителями для многоканального звука 7.1, цифровым сигнальным процессором, компрессором, эквалайзером и много ещё чем действительно необходимым для ПК), что говорить о высококачественном цифроаналоговом преобразовании и усилении звука, с точки зрения точного звуковоспроизведения, не приходится. Отметим в связи с этим (В) невысокое качество цифроаналогового преобразователя и аналоговых цепей интегрированной аудиокарты.
Большое значение имеет также качество электропитания. Известно, какое серьёзное внимание разработчики высококачественной аудиоаппаратуры уделяют системе питания. В схемах ЦАПов, например, часто используются раздельные блоки питания для цифровой и аналоговой части схемы, оснащённые большим количеством стабилизаторов. Всего этого нет, конечно, в обычном ПК. Поэтому –
(Г) Упрощённая система питания, особенно аналоговых цепей звукового тракта, от неприспособленного для звуковоспроизведения БП не может обеспечить необходимое высокое качество электропитания, а, значит, и звучания аудитотракта.
Поскольку с аналоговых выходов на системной плате или лицевой панели ПК, даже при наличии красивого названия HD Audio, получить высококачественный звук не получается, попробуем вывести его в цифровом виде. Начнем с оптического выхода S/PDIF, подключённого к упомянутой микросхеме ADI AD2000B. Кстати, подобным цифровым выходом в настоящее время комплектуются многие системные платы. Соединяем этот выход через отдельный ЦАП с высококачественной аудиосистемой.
И снова сталкиваемся с проблемой: этот интерфейс не пропускает частоты выше 96 кГц. Подберём запись с частотой дискретизации 96 кГц и включим воспроизведение. Констатируем, что и на этот раз звук не радует нас.
В чём же дело? Разберёмся с цифровой частью аудиотракта. Одной из основных причин деградации звука в цифровых источниках является джиттер или фазовое дрожание – кратковременные фазовые отклонения цифрового сигнала от его нормального состояния. Не вдаваясь в подробности физической сущности этого неприятного явления, отметим только, что джиттер приводит к искажению звука и появлению шумов. Звучание цифрового источника при наличии высокого уровня джиттера становится металлическим, жёстким, или, как часто говорят, «цифровым», особенно на высоких частотах. Низкие частоты теряют упругость. Ухудшается ощущение пространства, уменьшается глубина звуковой сцены, смазываются звуковые образы.
Перечислим основные причины возникновения джиттера при воспроизведении звука с помощью ПК.
(Д) Нестабильность собственного тактового генератора ПК. В отличие от качественных профессиональных аудиосистем, имеющих внутренний или внешний высокостабильный тактовый генератор, в компьютере частоты дискретизации обычно генерируется с помощью программных средств из базовой частоты, получаемой с помощью генератора, не обладающего необходимой для звуковоспроизведения стабильностью. Кроме того, в процессе деления частоты также возникает некоторый джиттер.
(Е) Шум на шине заземления. Импульсные токи, возникающие при одновременном переключении большого числа логических элементов системной платы, приводят к появлению импульсов на шине заземления, которые, в свою очередь, вызывают смещение уровней сигналов и уровней срабатывания схем тактирования.
(Ж) Нестабильность и помехи в системе питания. Нестабильность напряжения или его падение под нагрузкой, которое может происходить в различных частях электрической схемы ПК, приводит к изменению скорости реакции логических элементов, в том числе при цифроаналоговом преобразовании. Колебания питающих напряжений изменяют частоту тактового генератора, а помехи, распространяющиеся по цепям питания (например, от вентиляторов), также приводят к увеличению джиттера.
(З) Перекрёстные помехи. Взаимное воздействие сигналов друг на друга может проявляться как внутри интегральных схем, так и на близко расположенных дорожках печатной платы. Если по одному проводнику проходит сигнал, а в другом, параллельно расположенном, в это время меняется ток, то такие изменения вызывают отклонение уровня сигнала в первом, сигнальном проводнике. Если это, к примеру, проводник, по которому идёт тактовый сигнал, то такая помеха может повлиять на время прихода тактовых импульсов.
(И) Влияние интерфейсов. В выходном интерфейсе S/PDIF или AES/EBU происходит кодирование двух сигналов (звукового и тактового) в один сигнал, который затем снова декодируется в два раздельных во входном интерфейсе (например, на входе отдельного ЦАПа). Эти процессы также вносят джиттер. Кроме этого, некачественные «дешёвые» интерфейсы сами могут являться источником высокочастотных шумов.
(К) Электромагнитные помехи (ЭМП). ЭМП воздействуют на сигнальные цепи и могут генерироваться импульсным источником питания, радиочастотными схемами, процессором, видеокартой и другими подобными источниками, что вызывает увеличение джиттера.Необходимо подчеркнуть, что если цифроаналоговое преобразование производится внутри компьютера с помощью интегрированной или отдельной звуковой карты, в которой не предусмотрены специальные меры снижения джиттера, то перечисленные выше факторы вносят суммированный вклад в его увеличение. А это, в свою очередь, приводит к искажению звукового сигнала. При использовании отдельного ЦАПа большую роль играет его способность подавлять входящий джиттер и, с другой стороны, способность ПК как цифрового источника выдавать минимальный уровень фазового дрожания сигнала.
Говоря о влиянии ЭМП на увеличение джиттера, нельзя забывать также о прямом воздействии помех на элементы схемы аудиотракта. Известны, например, случаи, когда помехи, вызываемые работой видеокарты и её вентилятора, приводят к серьёзным искажениям звука в виде шума, треска или гула, воздействуя на сигнальные цепи звуковой карты, если карты расположены близко друг к другу, в соседних разъёмах PCI.
Далее последовательно рассмотрим различные подходы и варианты, начиная с самого простого.
1. Настольный компьютер
Посмотрим, вернее – послушаем, как «звучит» обычный настольный компьютер среднего уровня, который мы используем для работы (эти строки набраны на нём), а также для развлечений, например, для просмотра видео.В комплектацию входит корпус Antec с вентиляторами Noctua (3 шт.) и блоком питания на 550 Вт (тоже с вентилятором), системная плата, оптический привод и видеокарта (с вентилятором) ASUS, жёсткий диск Western Digital. ПК работает на ОС Windows 7.
Подключим к компьютеру высококачественную звуковую систему. Для этого воспользуемся аудиовыходами системной платы или на передней панели ПК, которые, кстати, имеют красивое название HD Audio (high definition audio – аудио с высокоим разрешением). С помощью имеющегося в составе ОС Windows 7 программного проигрывателя Windows Media попробуем включить воспроизведение музыкального файла ВР 192 кГц/24 бит формата WAV.
Формат WAV выбран в связи с тем, что он часто используется при записи цифровых фонограмм в студии, и оригинал мастер-записи обычно хранится в этом формате (мы для простоты рассматриваем здесь цифровую звукозапись на основе ИКМ-кодирования). А частота дискретизации 192 кГц и разрядность 24 бит - это максимальные параметры файлов ВР, которые можно получить через Интернет (хотя в последнее время опробуется распространение файлов и с более высокими частотой или разрядностью).
И сразу сталкиваемся с проблемой: проигрыватель Windows Media, во-первых, не воспроизводит файлы формата WAV, а во-вторых, может работать только с частотами дискретизации до 96 кГц.
Попутно отметим, что проигрыватель Windows Media не воспроизводит и файлы нужного нам формата FLAC без установки дополнительного подключаемого модуля. И добавим, что не все программные проигрыватели могут работать с файлами ВР. Зафиксируем эту проблему следующим образом:
(А) Обычный программный проигрыватель не воспроизводит файлы ВР.
Вывод: надо использовать специализированный проигрыватель. Загрузим известный нам проигрыватель foobar2000 и включим воспроизведение. Услышанный нами звук никак нельзя назвать высококачественным, – даже описывать его нет никакого желания.
Постараемся проанализировать причины невысокого качества «звучания» ПК.
Первое, на что сразу обращаем внимание, – это акустический шум вентиляторов и жёсткого диска. Вентиляторы корпуса, блока питания, системы охлаждения процессора и видеокарты, без которых не может обойтись обычный настольный компьютер, а также жёсткий диск создают вторую проблему:
(Б) Акустический шум вентиляторов и жёсткого диска.
И хотя в нашем ПК установлены малошумящие вентиляторы Noctua, всё равно шум заметный.
Теперь займемся аудиотрактом. На системной плате нашего компьютера установлена интегрированная аудиокарта на микросхеме ADI AD2000B, которая считается качественной среди других подобных.
Хорошо, что она поддерживает частоты дискретизации до 192 кГц и разрядность до 24 бит. Но плохо, что её технические характеристики довольно слабые: динамический диапазон, например, только 92 дБ, а гармонические искажения+шум –70,5 дБ.
Понятно, что возможности встроенной аудиокарты, даже самой лучшей, нельзя сравнивать с техническим уровнем не только отдельного ЦАПа и усилителя, но и качественной звуковой карты. Чип размером 7 х 7 мм и толщиной 1 мм оснащён таким количеством аудиокомпонентов (в том числе шестнадцатью АЦП и ЦАПами, операционными усилителями для многоканального звука 7.1, цифровым сигнальным процессором, компрессором, эквалайзером и много ещё чем действительно необходимым для ПК), что говорить о высококачественном цифроаналоговом преобразовании и усилении звука, с точки зрения точного звуковоспроизведения, не приходится. Отметим в связи с этим (В) невысокое качество цифроаналогового преобразователя и аналоговых цепей интегрированной аудиокарты.
Большое значение имеет также качество электропитания. Известно, какое серьёзное внимание разработчики высококачественной аудиоаппаратуры уделяют системе питания. В схемах ЦАПов, например, часто используются раздельные блоки питания для цифровой и аналоговой части схемы, оснащённые большим количеством стабилизаторов. Всего этого нет, конечно, в обычном ПК. Поэтому –
(Г) Упрощённая система питания, особенно аналоговых цепей звукового тракта, от неприспособленного для звуковоспроизведения БП не может обеспечить необходимое высокое качество электропитания, а, значит, и звучания аудитотракта.
Поскольку с аналоговых выходов на системной плате или лицевой панели ПК, даже при наличии красивого названия HD Audio, получить высококачественный звук не получается, попробуем вывести его в цифровом виде. Начнем с оптического выхода S/PDIF, подключённого к упомянутой микросхеме ADI AD2000B. Кстати, подобным цифровым выходом в настоящее время комплектуются многие системные платы. Соединяем этот выход через отдельный ЦАП с высококачественной аудиосистемой.
И снова сталкиваемся с проблемой: этот интерфейс не пропускает частоты выше 96 кГц. Подберём запись с частотой дискретизации 96 кГц и включим воспроизведение. Констатируем, что и на этот раз звук не радует нас.
В чём же дело? Разберёмся с цифровой частью аудиотракта. Одной из основных причин деградации звука в цифровых источниках является джиттер или фазовое дрожание – кратковременные фазовые отклонения цифрового сигнала от его нормального состояния. Не вдаваясь в подробности физической сущности этого неприятного явления, отметим только, что джиттер приводит к искажению звука и появлению шумов. Звучание цифрового источника при наличии высокого уровня джиттера становится металлическим, жёстким, или, как часто говорят, «цифровым», особенно на высоких частотах. Низкие частоты теряют упругость. Ухудшается ощущение пространства, уменьшается глубина звуковой сцены, смазываются звуковые образы.
Перечислим основные причины возникновения джиттера при воспроизведении звука с помощью ПК.
(Д) Нестабильность собственного тактового генератора ПК. В отличие от качественных профессиональных аудиосистем, имеющих внутренний или внешний высокостабильный тактовый генератор, в компьютере частоты дискретизации обычно генерируется с помощью программных средств из базовой частоты, получаемой с помощью генератора, не обладающего необходимой для звуковоспроизведения стабильностью. Кроме того, в процессе деления частоты также возникает некоторый джиттер.
(Е) Шум на шине заземления. Импульсные токи, возникающие при одновременном переключении большого числа логических элементов системной платы, приводят к появлению импульсов на шине заземления, которые, в свою очередь, вызывают смещение уровней сигналов и уровней срабатывания схем тактирования.
(Ж) Нестабильность и помехи в системе питания. Нестабильность напряжения или его падение под нагрузкой, которое может происходить в различных частях электрической схемы ПК, приводит к изменению скорости реакции логических элементов, в том числе при цифроаналоговом преобразовании. Колебания питающих напряжений изменяют частоту тактового генератора, а помехи, распространяющиеся по цепям питания (например, от вентиляторов), также приводят к увеличению джиттера.
(З) Перекрёстные помехи. Взаимное воздействие сигналов друг на друга может проявляться как внутри интегральных схем, так и на близко расположенных дорожках печатной платы. Если по одному проводнику проходит сигнал, а в другом, параллельно расположенном, в это время меняется ток, то такие изменения вызывают отклонение уровня сигнала в первом, сигнальном проводнике. Если это, к примеру, проводник, по которому идёт тактовый сигнал, то такая помеха может повлиять на время прихода тактовых импульсов.
(И) Влияние интерфейсов. В выходном интерфейсе S/PDIF или AES/EBU происходит кодирование двух сигналов (звукового и тактового) в один сигнал, который затем снова декодируется в два раздельных во входном интерфейсе (например, на входе отдельного ЦАПа). Эти процессы также вносят джиттер. Кроме этого, некачественные «дешёвые» интерфейсы сами могут являться источником высокочастотных шумов.
(К) Электромагнитные помехи (ЭМП). ЭМП воздействуют на сигнальные цепи и могут генерироваться импульсным источником питания, радиочастотными схемами, процессором, видеокартой и другими подобными источниками, что вызывает увеличение джиттера.Необходимо подчеркнуть, что если цифроаналоговое преобразование производится внутри компьютера с помощью интегрированной или отдельной звуковой карты, в которой не предусмотрены специальные меры снижения джиттера, то перечисленные выше факторы вносят суммированный вклад в его увеличение. А это, в свою очередь, приводит к искажению звукового сигнала. При использовании отдельного ЦАПа большую роль играет его способность подавлять входящий джиттер и, с другой стороны, способность ПК как цифрового источника выдавать минимальный уровень фазового дрожания сигнала.
Говоря о влиянии ЭМП на увеличение джиттера, нельзя забывать также о прямом воздействии помех на элементы схемы аудиотракта. Известны, например, случаи, когда помехи, вызываемые работой видеокарты и её вентилятора, приводят к серьёзным искажениям звука в виде шума, треска или гула, воздействуя на сигнальные цепи звуковой карты, если карты расположены близко друг к другу, в соседних разъёмах PCI.
Комментариев нет:
Отправить комментарий