192 кГц против 44,1 кГц. Соревнование носителей звука. Часть 1 из 3.

Сегодня мы поговорим на тему: стоит ли переходить на цифровые источники с высокими частотами дискретизации (96, 192 и так далее кГц) с ныне популярного формата CD 44,1 кГц, или это все - ловкие маркетинговые ходы производителей аудиотехники, пытающихся постоянно наращивать свои объемы продаж.

Целью этого цикла статей также является разъяснение вопросов оцифровки и восстановления сигналов при работе со звуковыми картами и интерфейсами. И если после прочтения этих статей в следующий раз, когда Вы начнете сессию в домашней или профессиональной студии, физика процессов преобразования в цифру и обратно станет Вам более понятной - то моя задача может считаться выполненной.

Известно, что любой сигнал можно представить в виде суммы множества синусоид. Но тут имеется два случая:
1. Периодический или циклически повторяющийся сигнал любой формы можно представить, как сумму синусоид (гармоник) с разными фазами (говоря грубо, временными задержками) и частотами, кратными основной частоте (зависит от длительности цикла повтора) этого сигнала.




2. Непериодический или неповторяющийся сигнал (а это любая музыкальная фонограмма) имеет бесконечный сплошной спектр (бесконечное количество синусоид «прижавшихся друг», уровень которых, в общем случае, спадает с ростом частоты).

Приняв за истину то, что среднестатистический (повторяю: среднестатистический) человек не слышит выше 20 кГц, мы уверенной рукой отбрасываем все синусоиды, которые имеют частоту выше этой цифры (ультразвук), и считаем, что наше восприятие звука от этого ничего не теряет.

Но это – только полдела. Предположим, что мы действительно не слышим ультразвук выше 20 кГц, но, не смотря на это, он, все-таки, играет свою губительную роль в черном деле искажения исходного (на входе аудиокарты) звука при превращении последнего в цифру. И сейчас мы посмотрим, как это происходит.

Наш исходный сигнал имеет непериодическую форму (то есть он никогда не повторяется) и, следовательно, у него - бесконечный сплошной спектр. Все синусоиды, находящиеся выше 20 кГц мы назвали ультразвуком. Причем под ультразвуком на входе звуковой карты надо понимать не только сигнал, порожденный акустической волной, который практически полностью теряет все свои ультразвуковые составляющие прямо в микрофоне или звукоснимателе гитары. Ультразвуком мы назовем также (да простят меня читатели за эту вольность) разнообразные наводки на высоких частотах, которые успели примешаться к исходному сигналу при прохождении им электрических цепей усилителей, АЦП и пр. (вот хотя бы помехи от Вашего компьютера).



Что происходит теперь при аналогово-цифровом преобразовании сигнала со спектром от 0 Гц до бесконечности без принятия специальных мер? Все ультразвуковые синусоиды (все что осталось в живых после микрофона плюс высокочастотные наводки) с частотами выше половины частоты дискретизации попадают (смещаются и зерально отражаются) в слышимый диапазон.



На жаргоне цифровой обработки сигналов это называется «заворотом» спектра. И вместо чистого звука от 0 до 22 кГц (половины частоты дискретизации) мы имеем кашу из чистого звука и искаженного ультразвука (вся часть спектра, расположенная выше 22 кГц). Ультразвук смещается по частоте в область ниже половины частоты дискретизации и спектр его зеркально разворачивается: верхние частоты оказываются внизу, а нижние - вверху.

Как пример можете себе представить, дуэт баритона и тенора, которые сначала оба поют в тональности ля. А теперь представьте, что вы услышите, если бас продолжает петь в тональности ля, а тенор начинает петь в тональности соль диез, да еще и слова поет задом наперед.

Как борются с этим неприятным эффектом и имеет ли успех тяжелая борьба с техникой? Об этом – в следующий раз…


Автор: Юрий Корзунов