Читать «Журнал «Компьютерра» №43 от 22 ноября 2005 года» онлайн - страница 81

Анализ показывает, что если разрядность дискретизации по амплитуде меньше разрядности динамического диапазона оцифровываемого сигнала (n‹m), то по формуле можно вычислить необходимую частоту дискретизации для восстановления «оригинального» качества. Например, для получения 20-битного (это соответствует 120 дБ) динамического диапазона в тракте разрядностью 16 бит частоту надо «разогнать» в 420-16=256 раз).

Для целей анализа уже записанных «в цифре» сигналов практически применим только вариант m‹=n (в этом случае значение 4(m-n) мы принимаем равным единице), тогда формула примет вид:

С другой стороны, если разрядность дискретизации по амплитуде много больше разрядности динамического диапазона (n››m), формула сводится к формуле теоремы Котельникова: Fгр=Fs/2, что свидетельствует о ее корректности в области соответствия граничным условиям.

Применяя предлагаемую формулу для оценки PCM форматов, как используемых в настоящее время, так и перспективных, можно свести результаты в таблицу, где рассчитана граничная частота (в килогерцах) для трех разных уровней динамического диапазона возможного сигнала:

1. 120 дБ - максимальный диапазон человеческого слуха[Здесь надо различать динамический диапазон и максимальный уровень звукового давления (140 дБ). Взят фоновый шум -20 дБ,получилсяДД=140-20=120 дБ].

2. 108 дБ - максимальный диапазон возможного музыкального сигнала. В качестве примера можно привести Торжественную увертюру «1812 год» П. И. Чайковского с колоколами и стрельбой изпушек.

3. 96 дБ - максимальный диапазон возможного музыкального сигнала, за исключением единичных случаев из многих тысяч.

Анализ на основании этой формулы показывает, что самый распространенный на земном шаре цифровой формат CD-DA (16 бит/44,1 кГц) при заявленном (в стандарте формата Red Book) динамическом диапазоне в 96 дБ имеет «граничную» частоту всего 5,51 кГц! Естественно, процесс «гладкий» и надо отчетливо понимать, что это некая теоретическая граничная частота, поскольку в конкретной записи с индивидуальным сочетанием динамического диапазона со спектральной насыщенностью по частотам результат будет различен и зачастую вполне приемлем. Эта частота Fгр. скорее обозначает контуры максимально жестких требований к параметрам цифрового формата.

Звукорежиссеры, по разным причинам, при создании CD дисков ограничивают динамический диапазон уровнем примерно в 60 дБ, но даже при этом граничная частота, посчитанная по формуле, составляет всего примерно 10 кГц, что для современной популярной музыки может и не критично, но классика в оркестровом исполнении звучит уже неестественно.

Формат DVD-A выглядит намного более предпочтительнее, особенно на частоте дискретизации 192 кГц. Тем не менее надо помнить о том, что реально применяемые дельта-сигма АЦП в современных DVD-A-проигрывателях не обеспечивают истинной 24-битной разрядности ни по монотонности аналогово-цифрового преобразования, ни по уровню шумов. Достаточно посмотреть THD+N: для истинно 24-битного должно быть ‹-144 дБ [24*6].