Beatles.ru
Войти на сайт 
Регистрация | Выслать пароль 
Новости Книги Мр.Поустман Барахолка Оффлайн Ссылки Спецпроекты
Главная / Книги / Cтатьи, обзоры, интервью Битлз.ру / Мифы о виниле

Поиск
Искать:  
СоветыVox populi  

Книги

RSS:

Статьи
Периодика

Beatles.ru в LiveJournal:

beatles_ru_all
   

Мифы о виниле

Дата: 26 июля 2020 года
Автор: Makarow
Тема: Носители аудио и видео
Просмотры: 769

Сокращённый вариант статьи, полную версию читайте здесь.

Написать эту статью я решил после общения на некоторых форумах меломанов, проходящих под флагом эгоцентризма и дремучего невежества. Неудивительно, что восприятие таких невидимых явлений, как звук, сопровождается вымыслами. Идея «возрождения винила» возникла после первых разочарований несовершенными цифровыми технологиями. Людям внушалась мысль о том, что звук компакт-дисков содержит лишь часть информации об исходном аналоговом сигнале (что является абсолютной правдой), и это должно быть оскорбительно для слуха истинных ценителей музыки. Кодекс аудиофила гласит: хочешь настоящего звука, - забудь о «мёртвой цифре», режущей звук на кусочки, неделю прогревай усилитель, и используй соединительные шнуры из чистого золота. Считается, что если оцифровать пластинку с частотой в несколько мегагерц, то можно сохранить её «живую аналоговость» и «теплоту звучания», недоступную компакт-дискам.

В акустике, как и в любой другой области знаний, сложилась своя система измерений характеристик звука, основанная на законах физики. Аудиофилы утверждают, что музыку надо слушать ушами, а не осциллографом. Соглашусь, что «музыкальность» звучания не всегда напрямую зависит от технических характеристик. Например, эффект термоэлектронной эмиссии в вакууме, в отличие от движения электронов через полупроводник, обладает линейностью характеристик и предсказуемостью поведения усиливаемого сигнала. За счёт насыщения чётными гармониками звук приобретает ярко выраженный окрашенный оттенок, что вызывает эффект «узнавания» музыкальных инструментов. Поэтому ламповый усилитель, несмотря на худшие характеристики по сравнению с транзисторным, субъективно может звучать лучше. При помощи современной техники звук можно не только услышать, но и увидеть. Прямое визуальное сравнение характеристик разных форматов поможет ответить на многие вопросы.

Формат грампластинки в нынешнем её виде появился в 50-х годах прошлого века. Благодаря применению нового для того времени мелкозернистого и пластичного материала полихлорвинил (сокращённо винил), скорость вращения диска удалось уменьшить с 78 до 33&1/3 об/мин, а ширину дорожки, - с 0,14 до 0,055 мм. При этом время звучания увеличилось в восемь раз, а качество звука заметно выросло. За новым долгоиграющим форматом прочно закрепилось название Long Play (LP). Фонограмма предварительно подвергается компрессии амплитуды, чтобы динамический диапазон соответствовал свойствам винила. Этот процесс называется мастерингом. Затем записывается мастер-диск, представляющий из себя твёрдую алюминиевую основу с нанесённым на ней тонким слоем лака нитроцеллюлозы, в котором при помощи сапфирового резца формируется звуковая дорожка. Далее через промежуточные этапы методом прессования под высоким давлением при высокой температуре осуществляется печать пластинок. С одной пресс-матрицы можно изготовить от 500 до 1000 копий, после чего качество звука падает. Недаром существует термин «первопресс», который в зависимости от точки зрения можно трактовать как удачный экземпляр диска, или как нестабильность воспроизводства конечного результата.

АЧХ звука пресс-матрицы и фонокорректора

Природа звука такова, что энергия низких частот гораздо больше, чем высоких. Чтобы в этом убедиться, достаточно сравнить величину хода диффузоров НЧ и ВЧ динамиков. При воспроизведении перепад уровней звукового давления на краях частотного диапазона превышает 50 дБ, что соответствует 400-кратному соотношению амплитуд самого низкого и самого высокого звуков. С учётом кратковременных пиков сигнала это значение может достигать нескольких тысяч. Микроскопическая звуковая дорожка пластинки не способна передать большой динамический диапазон, и одного мастеринга здесь недостаточно. Уровень сигнала на нижнем пределе приближается к шуму виниловой основы, структура зерна которой сопоставима по размерам с высокочастотными колебаниями звуковой дорожки, что может исказить звук.


Чтобы уменьшить разброс амплитуд, во время записи мастер-диска применяют частотную коррекцию: низкие частоты ослабляются, а высокие усиливаются, точкой перехода служит частота 1 кГц. Перепад уровней звукового давления при этом сокращается примерно вдвое, а соотношение амплитуд составляет технологически более приемлемое 20-кратное значение. На верхней картинке видно, что АЧХ пресс-матрицы сформирована таким образом, чтобы выровнять величину колебаний звуковой дорожки в наиболее чувствительной для слуха области частот, и увеличить тем самым соотношение сигнал/шум. АЧХ фонокорректора проигрывателя имеет зеркально отражённый вид, что в результате даёт близкую к линейной полосу воспроизводимых частот. Этот метод лежит в основе стандарта RIAA, который используется в производстве грампластинок.

АЧХ RIAA

В 1964 году Международная электротехническая комиссия IEC предложила использовать фильтр, ослабляющий частоты в районе 20 Гц на 3 дБ для уменьшения рокот-эффекта, вызванного короблением поверхности пластинок. Аппаратура того времени, особенно ламповая, плохо справлялась с инфранизкими частотами. В конце 70-х годов фирма Teldec запатентовала технологию DMM (Direct Metal Mastering), в которой звуковые дорожки на мастер-диске нарезались в тонком слое аморфной меди поверх гладкого стального основания. Такой способ исключал промежуточный этап гальванопластики, при этом качество записанного звука повысилось ещё больше, максимально приблизившись к студийному. Общее развитие технологий со временем довело звучание винила практически до совершенства, и для расширения полосы частот от фильтра IEC решили отказаться.

Полоса частот эталонного станка для записи мастер-диска составляет 5-25000 Гц, коэффициент гармоник на пиках сигнала 1,5%, минимальное разделение каналов 35 дБ, уровень рокот-эффекта (паразитных низкочастотных вибраций) -40 дБ, уровень шумов -60 дБ, коэффициент детонации 0,0025%.

Станок для записи мастер-диска

А теперь возьмём линейку и немного посчитаем. Диаметр пластинки формата 12 дюймов равен 300 мм, расстояние от центра диска до крайней внешней дорожки 146 мм, от центра до крайней внутренней дорожки 60 мм (зависит от общего времени звучания). Игла звукоснимателя перемещается по спирали от края диска к центру, и диаметр дорожки при этом плавно уменьшается с 292 до 120 мм. Если перевести диаметр окружности в её длину по формуле L=πD, то мы получим 917 мм снаружи и 377 мм внутри. При постоянной угловой скорости 33&1/3 об/мин линейная скорость движения звукоснимателя относительно диска плавно снижается по мере приближения к его центру. 33,(3) / 60 = 0,(5) об/сек, умножаем это значение на 917 и 377, и получаем 509 мм/сек на внешней дорожке и 209 мм/сек на внутренней.

Звуковая дорожка представляет из себя микроскопическую канавку, v-образная форма которой промодулирована звуковой волной. На каждой из её стенок, расположенных под углом 90° друг к другу, «отпечатаны» сигналы левого и правого каналов. Поперечные смещения канавки параллельно плоскости диска дают сумму амплитуд обоих каналов, что обеспечивает совместимость с моно записями, а вертикальное смещение вверх-вниз даёт их разность для получения стереоэффекта. Чем выше громкость, тем шире канавка, и наоборот. Это свойство механической записи звука легло в основу метода переменного шага дорожки. В громких местах сервопривод автоматически увеличивает обороты электродвигателя, перемещающего каретку с записывающим резцом, и расстояние между центрами широких дорожек становится больше, сохраняя минимальный технологический зазор между ними. В тихих местах обороты падают, и узкие дорожки располагаются плотнее, увеличивая общее время звучания. Одним из первых альбомов, записанных таким способом в 1981 году, был "Boonoonoonoos" группы Boney M, который имел время звучания по полчаса на каждой стороне. Между композициями скорость перемещения каретки увеличивается настолько, чтобы можно было их визуально различить на глянцевой поверхности.

Сферическая и эллиптическая иглы

Механические вибрации иглы преобразуются в электрические колебания звуковой частоты. Чтобы игла смогла отследить поперечные смещения канавки относительно её центра с частотой 20 кГц, радиус этих смещений должен быть не меньше радиуса заточки иглы, который равен 15 мкм (0,015 мм, гораздо реже встречаются картриджи с иглой 0,013 мм). Это примерно равно толщине пищевой алюминиевой фольги. Чтобы обеспечить такую плотность механической записи, линейная скорость движения диска относительно иглы должна быть достаточно высокой. Наружную скорость 509 мм/сек делим на 20 000 (количество механических колебаний в секунду, за которую игла проходит по дорожке 509 мм), получаем радиус одного смещения 0,025 мм на частоте 20 кГц, что превышает радиус иглы. Но поскольку частота колебаний резца во время записи ограничена полосой в 25 кГц, минимальный радиус смещения канавки на этой частоте в начале диска составит 0,02 мм, поэтому игла 0,015 мм вполне способна её воспроизвести, и здесь аудиофилы правы. Но дело тут не в самой ультразвуковой частоте, которую могут расслышать разве что дельфины, а в способности без искажений передавать обертоны малой амплитуды во всём слышимом диапазоне частот. У компакт-диска верхняя полоса всегда ограничена частотой 20 кГц, что даёт меньшее число формант записанных источников звука.

Если разделить внутреннюю скорость 209 мм/сек на 20 000 Гц, то мы получим радиус одного смещения микроканавки 0,01 мм на этой частоте, что в полтора раза меньше радиуса иглы. Смещения эти будут уменьшаться в размерах по мере приближения к центру диска, что приведёт к ограниченной амплитуде вибраций иглы, и как следствие, - к завалу в области высоких частот. Внутреннюю скорость 209 мм/сек делим на радиус иглы 0,015 мм, получаем частоту 14 кГц, выше которой неизбежен спад АЧХ. Таким образом, полоса частот пластинки с более-менее гладкой АЧХ плавно снижается с 25 кГц на внешней дорожке до 14 кГц на внутренней. Это примерно то же самое, как если бы частота дискретизации цифрового звука постепенно падала с 50 до 30 кГц. И хотя теоретически уменьшение амплитуды вибраций иглы на высоких частотах в 2-2,5 раза в конце диска соответствует падению звукового давления на 6-8 дБ, на практике оно гораздо больше. Дальше я покажу, почему это происходит.

Компенсация угловой погрешности

Из-за разницы формы резца для записи диска игла не совсем точно следует всем изгибам канавки, и считывает искажённую форму сигнала. В узких местах игла приподнимается вверх, а в широких опускается вниз, из-за чего возникает так называемый пинч-эффект, который является следствием удвоения частоты боковых отклонений и приводит к наложению на исходный сигнал второй гармоники. Иглы звукоснимателей выполнены из алмаза и бывают как с простой сферической, так и с эллиптической формой заточки. Большая часть эллипса в иглах второго типа ориентирована поперёк звуковой дорожки и имеет с ней увеличенную площадь контакта, за счёт чего обеспечивается более достоверное звучание. Их применяют в проигрывателях высокого класса. При записи диска резец станка движется строго по радиусу от края к центру. Во время воспроизведения игла звукоснимателя движется по дуге, из-за чего возникает угловая погрешность, вызывающая нелинейные и фазовые искажения, особенно на высоких частотах. Чтобы свести их к минимуму, хорошие тонармы имеют достаточно большую длину и изогнутую форму, за счёт чего достигается минимальный угол поворота в 24°. Точка контакта иглы с пластинкой, в которой звукосниматель расположен под прямым углом к её радиусу, выбрана равноудалённой от начала и конца всей записи, поэтому максимальная угловая погрешность составляет ±12°. Такие тонармы называются радиальными, или поворотными. Существуют также проигрыватели с тангенциальным тонармом, который всегда ориентирован перпендикулярно радиусу пластинки, но из-за высокой цены они не получили широкого распространения.

Механизм тонарма

Механизм тонарма имеет сложную конструкцию, балансирующую его во всех плоскостях. Он позволяет регулировать величину давления иглы на диск. Механизм антискейтинга устраняет неравномерность прижимной силы, направленной в сторону центра диска, чтобы уменьшить искажения звука. Весь проигрыватель подвешен на демпфирующих пружинах, которые гасят внешние механические вибрации. На самых лучших моделях стоят тихоходные шаговые двигатели с прямым приводом и кварцевой стабилизацией частоты вращения, массивные диски, гасящие неравномерность движения, и имеют коэффициент детонации, т.е. «плавание» звука, порядка 0,08-0,1%. Всё это требует бережного обращения с пластинками и проигрывателем, настройка которого отвлекает от процесса прослушивания музыки.

Вибрации иглы и сдвиг фазы

На верхней картинке воссоздана точная модель движения иглы по канавке в одном из каналов. Из неё видно, что амплитуда вибраций иглы на высоких частотах напрямую зависит от линейной скорости воспроизведения. Фазовый сдвиг при этом в начале диска составляет порядка 15°, в конце он уже превышает 30°, и только в самой середине, когда углы поворота иглы и резца совпадают, он равен 0°. В силу особенностей механической записи фазовый сдвиг будет зависеть от длины волны, проявляя себя всё больше по мере роста частоты, что может вызвать некоторую «размытость» звука и уменьшение чёткости восприятия музыки. Это явление изначально отсутствует в природе, оно присуще лишь системам воспроизведения, созданным человеком, влияя на достоверность звучания. Царапины на пластинке неизбежно приводят к появлению щелчков, которые невозможно устранить. Кроме того, статический заряд, накапливающийся на поверхности винила, притягивает микрочастицы пыли, содержащиеся в воздухе, что является причиной потрескивания звука. Игла со временем изнашивает звуковые дорожки, срок службы которых ограничен.

У компакт-диска считывание информации происходит от центра к краю с постоянной линейной скоростью за счёт плавного снижения частоты его вращения с 400 до 200 об/мин. Это обеспечивает постоянный цифровой поток, не зависящий от места расположения считывающей головки, что гарантирует одинаковое качество звука в любом месте диска. Алгоритмы кодирования цифрового звука обладают несоизмеримо большими возможностями по сравнению с аналоговыми схемами, и настало время это доказать.

Чтобы развеять некоторые распространённые мифы, будем безжалостно измерять характеристики звука. Современные программы и оборудование позволяют это делать с высокой точностью. Самым лучшим способом было бы сравнение «лоб в лоб» пластинок и CD с тестовыми сигналами частот. Но если найти такие компакт-диски ещё можно, то тестовый винил, а тем более рипы с него, оказалось просто невозможно, поэтому придётся двигаться окольными путями. Для измерения амплитудно-частотных характеристик будем использовать программу Adobe Audition. Я протестировал три звуковых файла с разных носителей: виниловой пластинки, компакт-диска и WEB Hi-Res 24/96.

Vinyl-Rip 24/192 Mylene Farmer, L'Ame Stram Gram, 1999 (12" maxi single 33&1/3).
CD-Rip 16/44 James Blunt, Best Laid Plans, 2010.
Lossless 24/96 Paul McCartney, Monkberry Moon Delight, Remastered Deluxe Edition 2012 (WEB Hi-Res).

   

Vinyl-Rip 24/192 Всегда необходимо помнить, что максимальная частота звука равна половине частоты дискретизации. Учитывая разницу линейной скорости чтения в начале и в конце диска, я снял АЧХ первого и последнего треков на стороне A. Смотрим на скриншот, нас интересует параметр Minimum RMS Power (Root Mean Square Power), минимальная среднеквадратичная мощность звукового сигнала, которая учитывает изменения амплитуды относительно постоянной плотности шумов. В начале диска она равна -65 дБ, что соответствует максимальной частоте 19 кГц. Всё, что ниже, - это сильные нелинейные искажения, сопоставимые со звуком бензопилы «Дружба».

В конце диска параметр Minimum RMS Power равен -62 дБ, и можно увидеть резкий провал спектра в районе 13-14 кГц на этом уровне, что подтверждает теоретические выкладки, изложенные выше. Если принять за максимум перепад звукового давления в 65 дБ, то отношение максимальной амплитуды сигнала к минимальной можно рассчитать по формуле: L=10^(D/20), где L - амплитуда, D - величина в децибелах. Оно составит 10^(65/20) = 1 778 условных единиц. Это значение даже меньше эквивалента разрядности в 11 бит, т.к. 2^11 = 2 048, хотя из-за разницы формы аналогового и цифрового сигналов оно подходит лишь для сравнения динамических диапазонов CD и винила. Пусть вас не смущает параметр Actual Bit Depth, который показывает разрешающую способность звуковой карты-оцифровщика. Формат 16 бит 44,1 кГц был бы здесь более уместен, но остаётся открытым вопрос о точности передачи формы самого сигнала. Может быть у винила он действительно настолько хорош, что 16 бит для него будет мало? Но об этом чуть позже.

CD-Rip 16/44 Параметр Minimum RMS Power -81 дБ соответствует частоте 18 кГц. Это предел минимальных искажений, характерных для 16-битного звука, о котором я писал выше. Частота 20 кГц плавно падает на уровне -96 дБ, что полностью соответствует спецификации стандарта CD Audio. Вывод: абсолютно честный звук 16 бит 20 кГц.

Lossless 24/96 Параметр Minimum RMS Power равен -140 дБ, что гарантирует качество звука в полосе вплоть до 48 кГц во всём динамическом диапазоне. Обратите внимание на уровень звукового давления -96 дБ на частоте 20 кГц, амплитуда которой меньше максимального уровня 0 дБ в 10^(96/20) = 63 096 раз. Чтобы оцифровать такой слабый сигнал с хорошим качеством, в 24-битном формате ещё есть приличный запас по измерению, равный 144 - 96 = 48 дБ. Т.е. частота 20 кГц измеряется 10^(48/20) = 251 градацией амплитуды, вместо 1-2 градаций в 16-битном формате. Вывод: звук для хорошей аппаратуры 24 бита 20 кГц+.

В истории рок-музыки есть один любопытный технический момент, который связан с группой The Beatles. Как наверняка знают многие меломаны, на альбоме Sgt. Pepper's Lonely Hearts Club Band в самом конце песни A Day In The Life есть коротенький кусочек длиной в несколько секунд с частотой 16 кГц. Как утверждают музыкальные критики, Пол Маккартни в качестве шутки записал его специально для своей собаки Марты. Фокус был в том, чтобы при прослушивании собаки реагировали на ультразвук, который они хорошо слышат, а люди ничего бы не замечали, поскольку для них эта частота находится на пороге слышимости. Этот фрагмент как будто специально находится в критической для винила зоне с маленькой линейной скоростью, и сам напрашивается на то, чтобы его измерили. Я снял АЧХ этого фрагмента с винил-рипа и с CD-рипа, и совместил их на одном скриншоте. Чтобы графики точно совпадали, рипы были с одинаковой частотой дискретизации 44,1 кГц.

A Day In The Life, ультразвук на разных носителях

На всех виниловых изданиях альбома и на старых компакт-дисках записана частота 15 кГц, а на ремастированных CD и DVD Audio 16 кГц. На картинке для наглядности даны оба этих варианта. Разница уровней сигнала CD и винила здесь составляет 37 дБ. Теоретически радиус смещений микроканавки на частоте 15 кГц на внутренних дорожках равен: 209 мм/сек / 15000 Гц = 0,014 мм, что на 7% меньше радиуса иглы 0,015 мм. Это приведёт к падению амплитуды вибраций иглы не больше, чем на половину. Ожидаемый расчётный уровень сигнала при этом должен составить: 20log(0,5) = -6 дБ, но никак не катастрофические -37 дБ, что эквивалентно уменьшению амплитуды в 10^(37/20) = 70 раз. Для чистоты эксперимента я протестировал несколько разных изданий альбома. Ни на одном из винил-рипов частота 15 кГц не поднималась выше отметки -42 дБ, а на всех цифровых носителях она была строго на уровне -11 дБ. Если даже допустить, что для запаса по перегрузке уровень сигнала мастер-диска снижен на несколько децибел, то разница всё равно получается слишком большой. Так в чём же здесь дело?

Динамические нагрузки в станке для записи мастер-диска растут пропорционально частоте, и при одинаковой амплитуде сигнала ускорение движения резца будет больше на высоких частотах. А поскольку АЧХ пресс-матрицы имеет подъём в этой области спектра на 20 дБ, то станок практически постоянно работает на пределе мощности, которая составляет несколько сотен ватт. Представьте, какое усилие нужно приложить к резцу, чтобы он вибрировал с частотой в несколько десятков тысяч раз в секунду. Чтобы не сжечь управляющие катушки электромагнитов и сам резец, температура которых достигает 300°C, применяют дополнительное многополосное ограничение уровня сигнала в «неслышимой» области частот. Видимо, причина падения уровня высоких частот нашего винил-рипа заключается именно в этом. К сожалению, говорить о равномерности АЧХ винила не приходится, т.к. механической записи звука компромиссы свойственны в гораздо большей степени, чем цифровой. Немаловажным является и тот факт, что из-за нечётких требований стандарта RIAA пластинки разных производителей могут звучать по-разному.

В начале 2000-х годов инженеры Abbey Road Studios разработали технологию Half Speed Mastering, существенно улучшающую качество звучания пластинок. Суть её заключается в том, что дорожки на мастер-диске нарезаются на вдвое меньшей скорости его вращения 16&2/3 об/мин, что требует такого же понижения скорости движения мастер-ленты. При этом динамические нагрузки на резец снижаются пропорционально падению частоты сигнала, то есть вдвое, и необходимость в ограничении полосы высоких частот отпадает. Записанный таким способом звук становится ближе к оригиналу, хотя разница линейной скорости воспроизведения в разных местах диска остаётся прежней.

Разница формы сигнала CD и винила

На этом скриншоте уровень сигнала CD специально уменьшен с -11 до -48 дБ для точного сравнения двух синусоид. Сигнал винила нестабилен по амплитуде и фазе, его форма заметно отличается от синусоидальной. На сжатом по времени отрезке видно, что частота 15 кГц промодулирована низкочастотной составляющей. На фон переменного тока это не похоже, т.к. частота модуляции ниже 50 Гц. Причина заключается в так называемом рокот-эффекте, вызванном короблением поверхности пластинки и вибрациями электродвигателя, которые улавливаются чувствительной иглой звукоснимателя. Не стоит забывать и о том, что АЧХ фонокорректора имеет подъём на 20 дБ на самых низких частотах, что только усиливает рокот-эффект.

Для борьбы с этим явлением на хорошие проигрыватели устанавливают тихоходные шаговые двигатели, а также применяют фильтры, подавляющие инфранизкие частоты. Но полностью избавиться от рокот-эффекта невозможно, поскольку он имеет механическое происхождение. Это побочный эффект аналогового способа записи звука. В этом смысле «тяжёлый» аудиофильский винил весом 180 грамм и более имеет преимущество перед обычными пластинками, поскольку толстый диск в гораздо меньшей степени подвержен короблению, а значит и рокот-эффект на нём будет меньше. Все остальные преимущества таких дисков, - из области фантазии, т.к. нормы производства всех пластинок строго регламентированы.

Синусоида компакт-диска гораздо стабильнее, но на сжатом по времени отрезке видно, что её амплитуда всё ещё далека от совершенства. Небольшая модуляция скорее всего вызвана периодически неплотным прилеганием аналоговой мастер ленты к воспроизводящей головке, что особенно критично для высоких частот. Уровень сигнала ремастированного издания на CD уже практически идеален во времени. Здесь хорошо видна разница предела возможностей обоих носителей.

A Day In The Life, ультразвук и его гармоники на Vinyl Rip 24/192

Благодаря винил-рипу высокого разрешения 24 бита 192 кГц, - предмету гордости аудиофилов, можно увидеть гармоники гигантской амплитуды, кратные основной частоте 15 кГц. Их появление вызвано формой сигнала, отличной от синусоидальной, которая видна на предыдущей картинке, а также интермодуляционными искажениями между основной частотой 15 кГц и инфранизкой частотой рокот-эффекта 10 Гц. Здесь присутствуют не только чётные гармоники: вторая 30 кГц, четвёртая 60 кГц и шестая 90 кГц, но и нечётные: третья 45 кГц и пятая 75 кГц. Это гарантия возникновения неприятных для слуха искажений, и ни о каком аудиофильском качестве звука здесь речи идти не может. Измерив амплитуду каждой из гармоник, можно рассчитать коэффициент гармонических искажений для этой частоты по формуле:

Здесь U1 соответствует амплитуде основной частоты 15 кГц, она же первая гармоника, U2 - амплитуде второй гармоники 30 кГц, U3 - амплитуде третьей гармоники 45 кГц, и т.д. Это основные частоты, у каждой из которых есть по две дополнительных, которые тоже нужно измерить. Не будем учитывать гармонику на низкой частоте, которая не имеет прямого отношения к нашему сигналу и скорее всего вызвана какой-то инфранизкой наводкой типа рокот-эффекта. Для перевода из децибел в амплитуды берём перепад между минимальным звуковым давлением и уровнем каждой из гармоник, и переводим их в условные единицы по формуле U=10^(D/20), где U - амплитуда, D - величина в децибелах. Например, первая гармоника лежит на уровне -48 дБ, что выше минимального звукового давления -144 дБ (для 24 бит) на 96 дБ, и соответствует амплитуде 10^(96/20) = 63 096 условных единиц. Глядя на график, теперь можно рассчитать амплитуды всех гармоник.

Измеренный по этой формуле коэффициент гармоник виниловой пластинки на внутренних дорожках на частоте 15 кГц составил 20%. Все желающие могут посчитать сами. Поскольку данный параметр применяют для количественной оценки уровня искажений, это означает, что форма измеренного сигнала лишь на 80% соответствует оригиналу, что подтверждают предыдущие скриншоты. И хотя это один из наихудших показателей в спектре, и с увеличением длины волны уровень искажений будет падать, правильная передача формы сигнала даже в неслышимом диапазоне частот имеет решающее значение при субъективной оценке качества звука.

Насколько такие искажения велики? Ведь всё познаётся в сравнении. Согласно исследованиям в области психоакустики, которые легко можно найти в интернете, слуховое восприятие искажений прямо пропорционально квадрату номера гармоники. Например, если 1% амплитуды второй гармоники не смогут расслышать даже самые опытные эксперты, то 1,8-3,5% обнаруживают большинство людей, а 0,1% амплитуды десятой гармоники замечают уже абсолютно все. Построим математическую модель восприятия искажений на основе данных, полученных выше. Если принять амплитуду первой гармоники 63 096 за 100%, то среднее значение амплитуды второй гармоники, заметное на слух, будет равно (1,8%+3,5%)/2=2,65% от амплитуды первой, что соответствует значению 1 672 у.е. Эквивалентное значение амплитуды третьей гармоники обратно пропорционально квадрату её номера: 2,65%/(3^2/2^2)=1,18% от амплитуды первой, или 744 у.е., и т.д. для всех остальных гармоник. Теперь построим таблицу.

Как мы видим, все измеренные значения в среднем в пять раз превышают среднестатистические, полученные в результате психоакустических исследований. Хотя в реальных условиях прослушивания низшие гармоники всегда будут частично маскировать высшие с меньшей амплитудой. Например, чем больше амплитуда второй гармоники относительно третьей, тем субъективно меньше будут искажения. Но учитывая тот факт, что на логарифмической шкале разница между ними не столь велика, можно предположить, что слуховое восприятие искажений будет довольно большим.

A Day In The Life, ультразвук 16 кГц и гармонический спектр на выходе плеера, источник CD Rip 16/44

Подсчитать коэффициент гармоник CD-рипа предыдущим способом невозможно, поскольку гармоники частоты 16 кГц лежат выше полосы частот компакт-диска. Но можно подключить к линейному выходу аудио плеера внешнее записывающее устройство, на котором произвести запись в WAV с качеством 24 бита 192 кГц, как и в случае с винил-рипом. Визуальный подсчёт гармоник занимает слишком много времени и больше подходит для сигналов с высоким уровнем искажений, таких как в предыдущем примере. В программе Adobe Audition в окне Frequency Analysis есть кнопка Copy to Clipboard, при помощи которой можно скопировать значения уровней 32 768 гармоник в буфер обмена и работать с ними, например, в программе Excel. Измеренный этим способом коэффициент гармоник CD-рипа на аналоговом выходе составил 0,11%. Насколько можно судить по верхнему скриншоту, это значение является суммарным для ЦАП и АЦП устройств воспроизведения и записи, но в любом случае оно несоизмеримо меньше (в 180 раз), чем у винил-рипа.

A Day In The Life, ультразвук 16 кГц и его гармоники на DVD Audio Rip 24/96

Поскольку мне не удалось найти DVD Audio 24 бита 192 кГц, протестируем рип высокого разрешения с качеством 24 бита 96 кГц. С учётом спектра шума в области до 4 кГц (великодушно дадим фору винил-рипу) коэффициент гармоник составляет 0,013%. В итоге, форма сигнала DVD Audio на 99,987% соответствует гипотетически идеальной синусоиде против 99,89% у компакт-диска и 80% у винила.

Для прямого сравнения АЧХ компакт-диска и виниловой пластинки я взял одну и ту же композицию с разных носителей. Чтобы быть в одной системе координат с винил-рипом высокого разрешения, CD-рип был предварительно конвертирован в формат 24 бита 192 кГц без применения обработки типа Dithering и Noise Shaping.

АЧХ композиции Highway Star группы Deep Purple

АЧХ обоих носителей практически совпадают в наиболее чувствительной для слуха области спектра вплоть до частоты 15 кГц, выше которой у винила наблюдается спад на 6-10 дБ относительно CD. Параметр Minimum RMS Power гарантирует качество звука винила в полосе частот лишь до 3 кГц, с большой натяжкой, - до 10 кГц, в то время как у CD она доходит до 18 кГц. Причина столь низкого качества заключается в шипении «запиленной» пластинки, которое сопоставимо по уровню с высокочастотным спектром звука. Оно маскирует полезный сигнал, сужая динамический диапазон. И всё это в зоне высокой линейной скорости движения звукоснимателя, поскольку композиция Highway Star, - самая первая на стороне A. Чтобы представить, как могла бы звучать пластинка более высокого качества, нужно посмотреть, какой частоте соответствует сигнал на уровне минимального звукового давления винила в районе -65 дБ, в данном случае это 15 кГц. Огромный хвост длиной до 96 кГц является бесполезной тратой ресурсов, т.к. находится в зоне устойчивой плотности шумов виниловой основы, превышающих шум квантования на 144 - 52 = 92 дБ (!). Расширение динамического диапазона свыше 60-65 дБ при том же размахе колебаний звуковой дорожки привело бы к появлению сильных искажений на малых амплитудах сигнала.

Если существует достаточно большое количество людей, которых такой звук устраивает, получается, что слух является не очень точным инструментом, который легко можно обмануть, например, lossy форматами с высоким битрейтом. Кроме того, мозг человека имеет свойство адаптироваться к любому звуку при длительном прослушивании, и определить без специальных приборов качество сигнала бывает очень сложно.

Винил давно стал частью нашей культуры. На восприятие звука, который мы слышим, подсознательно влияет совокупность многих факторов. Лёгкое шуршание иглы проигрывателя навевает ностальгические воспоминания, а визуальный эффект вращающегося диска даёт ощущение «аналоговости». Для кого-то важна полиграфия пластинок и тактильные ощущения от контакта с ними, чего нет в звуковых файлах, существующих лишь в форме абстрактных невидимых импульсов. А жизненный опыт нам подсказывает, что внушает доверие лишь то, что можно увидеть своими глазами и потрогать руками. Благодаря техническому прогрессу качественный звук стал доступен огромному количеству людей, и чтобы как-то выделиться из общей массы, люди состоятельные или просто замороченные на технике с удовольствием расскажут вам сказку про «живой аналоговый звук». Надеюсь, я наглядно показал, что он из себя представляет. Винил был хорош для своего времени, и для меня он навсегда остался в прошлом.

Комментарии (3) - читать все комментарии в теме форума "Статья "Мифы о виниле"

Автор: netlensky7Дата: 29.07.20 01:34:49
Это КРАХ!!! :-(
Автор: VergiliiДата: 29.07.20 09:04:48
Что-то я не понял какой DVD-audio с музыкой Маккартни тестировал автор статьи..
А так, ещё один вариант ликбеза на известную тему.
Автор: MakarowДата: 29.07.20 11:34:45
Да, Vergilii прав, формально это не DVD Audio, а цифровой релиз Hi Res Deluxe Unlimited Version 24/96 2012 г. https://www.discogs.com/Paul-Linda-McCartney-Ram-Hi-Res-Deluxe-Unlimited-Version/releas... Сейчас исправлю.

 

Ваш комментарий (если вы еще не регистрировались на Битлз.ру — зарегистрируйтесь):

Текст:
Картинка:
 
   

Дополнительно
Тема: Носители аудио и видео

Новости:
Статьи:
Периодика:
Форумы:

См. также: Полная подборка материалов по этой теме (96)

Главная страница Сделать стартовой Контакты Пожертвования В начало
Copyright © 1999-2020 Beatles.ru.
При любом использовании материалов сайта ссылка обязательна.

Условия использования      Политика конфиденциальности


Яндекс.Метрика