Як звучать CD (домисли та реальність). Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Аудіотехніка

 Коментарі до статті

На ринку побутової аудіоапаратури міцно утвердився цифровий формат запису звукових компакт-дисків (КД) Audio CD. У популярній аматорській та професійній літературі різні автори неодноразово висловлювалися з приводу переваг та недоліків цього формату. У цій статті, спираючись на свій досвід, спробую розсіяти деякі помилки.

[1] автор вказує на недоцільність копіювання компакт-касет з компакт-дисків, посилаючись при цьому на те, що якість звучання КД, на його думку, можна прирівняти до якості звучання аналогової звуковідтворювальної апаратури 3-го класу. У цій статті (що дуже цікаво) автор поставив під сумнів теорему Шеннона (чи, як її називають у вітчизняній літературі, теорему Котельникова).

Припустимо, що у вхід аналого-цифрового перетворювача (АЦП) надходить сигнал з рівномірно розподіленим спектром у смузі частот від 0 до 20 кГц (рис.1 а). Якщо здійснювати аналого-цифрове перетворення з частотою дискретизації fg = 44,1 кГц (дещо вище, ніж по теоремі Шеннона), а потім здійснювати зворотне цифро-аналогове перетворення на тій же fg, то в спектрі аналогового сигналу, що зазнав зазначених перетворень, з'являться паразитні смуги із центральними частотами, кратними fg (рис.1б). Спрощено дане явище можна назвати трансформацією елементарних синусоїдальних сигналів на сигнали складної форми (наприклад, описаний в [1] випадок перетворення одиночного синусоїдального сигналу 20 кГц в меандр з тією ж частотою).

Ріс.1

Для подальшого розуміння суті того, що відбувається звернемося до перетворення гармонійних періодичних сигналів з тимчасової області в частотну. На рис.2 графічно відображено цей процес. У часовій площині UOt побудовано графік періодичного сигналу. Якщо розкласти функцію, зображену на графіку, використовуючи дискретне перетворення Фур'є (ДПФ), швидке перетворення Хартлі (БПХ) або сучасне дискретне косинусне перетворення (ДКП) на гармоніки, і графічно відобразити їхню амплітуду зі зсувом по частотній осі Of, то можна побачити вихідний сигнал у своєму спектрі містить дві гармоніки з амплітудами U1 та U2. Насправді тимчасову залежність амплітуди спостерігають з допомогою осцилографів, а частотну - з допомогою аналізаторів спектра.

Ріс.2

Якщо здійснити ДКП синусоїдального та прямокутного сигналів із частотою 20 кГц при fg=40 кГц, вийде результат, зображений на рис.3 а і б відповідно. Як можна бачити, в спектрі прямокутного сигналу, крім основної частоти, є безліч гармонік з частотами, кратними основний, і амплітудами, що спадають зі зростанням номера гармоніки. Використовуючи ФНЧ (тобто вирізаючи всі "зайві" гармоніки), можна з прямокутного отримати синусоїдальний сигнал. Забезпечити цей процес можна як аналоговими, і цифровими методами.

Ріс.3

Якщо тепер, знаючи, що з виході ЦАП сигнал із синусоїдального стає прямокутним, тобто. у спектрі з'являються паразитні смуги (рис.16), використовувати ФНЧ із частотою зрізу fcp=20 кГц, з результуючого сигналу можна видалити всі паразитні смуги, кратні fg. Активні ФНЧ п-го порядку зазвичай є у всіх програвачах компакт-дисків (ПКД), а то й у схемі, то складі інтегральних ЦАП.

Паразитні гармоніки у сигналі з'являються через неідеальність АЧХ ФНЧ, включених на вході та виході АЦП та ЦАП (рис.4). В результаті виникають накладання спектрів формуються ЦАП сигналів, причому рівень паразитних складових тим менше, чим "крутіше" АЧХ ФНЧ і більше загасання в його смузі загородження.

Ріс.4

Збільшення fg у 4 або 8 разів щодо частоти Найквіста (верхньої частоти сигналу) дозволяє дещо розсунути складові спектра сигналу на виході ЦАП, проте при цьому невиправдано зростає потік цифрових даних, скоротити який засобами стандарту AudioCD не можна.

Лише покращуючи характеристики ФНЧ до АЦП та після ЦАП, можна боротися з підвищенням перешкод, що створюються бічними паразитними смугами. Сучасні ПКД з ФНЧ не нижче 6 порядку щодо успішно справляються із завданням фільтрації сигналу після ЦАП, забезпечуючи ослаблення паразитних перешкод не менше 90 дБ. Смуга пропускання каналів звуку становить 20...21600 Гц при нерівномірності 5*10^-3 дБ. Дані параметри помітно перевершують аналогічні параметри аналогової аудіовідтворювальної апаратури всіх класів.

З вищеописаного можна дійти невтішного висновку, що з дискретизації сигналу з fg=2fB необхідно посилити вимоги до ФНЧ на виході ЦАП ПКД.

У [1] автор також повідомляє про компресію сигналу перед записом на КД, а також про утворення завалу частот у записах, вироблених з цих КД, в області 20...200 Гц. Точніше сказати, завал доходить до частоти 1 кГц, що вважається еталонною для техніки звукових частот.

Як випливає з теорії стійкості до перешкод, при передачі сигналів (в т.ч. і звукових), сигнали, що мають великі динамічний діапазон і смугу частот, перед передачею доцільно компресувати, що успішно узвичаїв на практиці американський дослідник Долбі. Експандування сигналу здійснюється у ПКД за бажанням користувача. Варто зауважити, що у більшості CD-ROM-драйвів, які програють КД, експандер практично відсутній. Його функцію замінює ФНЧ, що є в переважній більшості звукових карт і активних колонках (кнопка "Bass"), який піднімає рівень басів, але ніяк не може бути повним аналогом експандера.

Цифрова частина ПКД має можливість як коригувати, так і маскувати помилки, причому можуть виправлятися як помилки, зумовлені поганою якістю запису на КД, так і дефектами його поверхні. Однак не можна переоцінювати цю функцію ПКД, оскільки коди, що використовуються в ньому для перевірки, виправляють кінцеву кількість помилок, а їх кількість при експлуатації КД (механічні пошкодження), на жаль, зростає. Таким чином, при відтворенні неякісних КД, що особливо пройшли інтенсивну експлуатацію, якість звучання ПКД різко знижується.

Як приклад наведу такий факт. Трибітний коригуючий код чотирибітного слова (при корекції Хеммінгу) виправляє не більше 1 помилки. Отже, необхідно мати такий запис, щоб помилка зустрічалася не частіше ніж 1 раз на 7 біт інформації. Звичайно, в ПКД використовуються потужніші коригувальні коди, однак є певна межа кількості помилок. Важливу роль грають також якість апаратури, де проводиться запис КД; якість матриці, з якою виробляється тиражування КД за її масовому виробництві; а також умови експлуатації КД.

Існує думка, що той самий музичний твір, записаний на КД на різній апаратурі, звучить по-різному. Це дійсно так, через те, що ПКД намагається виправити (замаскувати) помилки, що виникають при відтворенні КД, записаних за допомогою неякісної техніки.

Схемотехнічно процес виникнення та маскування помилок зображено на рис.5. Нехай у моменти t1-t2 та t3-t4 на сигнал впливає імпульсна перешкода (рис.5а). Коригуючий пристрій відстежує її і замінює сусідніми "неураженими" відліками (рис.56), тобто. інтерполює сигнал. Однак якщо застосувати ДКП до отриманого сигналу та проаналізувати його спектр, у ньому можна побачити паразитні смуги. Якщо з ВЧ-складовими успішно "бореться" ФНЧ на виході ЦАП, то низькочастотні перешкоди накладаються на результуючий сигнал, створюючи специфічні спотворення, особливо помітні при тривалих перешкодах.

Ріс.5

У літературі зустрічається вказівка ​​те що, що звані " однобитные ЦАП " мають гірші параметри, ніж многобитные. Зокрема, більшого значення фазового тремтіння ("джиттера") спостерігається саме в однобітних ЦАП.

На рис.6 зображено функціональну схему однобітного ЦАП CS4328 фірми Crystal Sem. Послідовні дані (можуть бути представлені в 4-х форматах) надходять у вхідний перетворювач (ВП), що перетворює їх на 18-розрядні паралельні потоки двох каналів. Сигнали через цифрові інтерполятори (ЦІ) надходять на цифрові дельта-модулятори (ДМ), які формують однорозрядні потоки даних з 64-кратною наддискретизацією. Далі сигнали надходять на однобітні ЦАП, ФНЧ шостого порядку і через буферні підсилювачі подаються на вихід схеми.

Ріс.6

Оскільки в мікросхемі використовуються простіші та дешевші однобітні ЦАП, вартість приладу зменшується при незначному погіршенні його параметрів. Тактовий генератор (ТГ), керуючий ЦАП, синхронізується за допомогою петлі ФАПЛ синхроніпульсами CLK, що приходять, що знижує рівень джиттера. Фільтр на конденсаторах, що перемикаються, дозволяє використовувати схему на будь-яких тактових частотах (тобто відсутня необхідність переналаштування ФНЧ). Динамічний діапазон мікросхеми сягає 93 дБ.

Безсумнівно, на момент випуску перших ПКД, пристрої цього класу мали характеристики, порівняні або перевищують відповідні характеристики аналогової апаратури відтворення вищого класу. Схемні рішення різних фірм-виробників відрізнялися різноманітністю, що викликало просування ринку моделей як високої, і низької якості.

Прихід на зміну CD багатопрофільного DVD-диска (звукової версії) дозволяє вирішити задачу фільтрації паразитних гармонік у спектрі вихідного сигналу цифровими методами, а також збільшення частоти дискретизації. Оскільки DVD-технології використовується MPEG-2 Audio-ущільнення даних, тобто. частотно-амплітудне подання сигналу за допомогою ДКП з подальшим скороченням надмірності, з'являється можливість ефективної цифрової фільтрації з використанням цифрових процесорів сигнальних.

Місткість одношарового DVD дорівнює 4,7 Гб проти 680 Мб КД, що дозволяє записувати на DVD більші обсяги даних. Однак оскільки в схемних рішеннях будуть використовуватися ті ж електронні прилади (АЦП, ЦАП тощо), то гостро стоятимуть проблеми зі зменшенням джиттера і т.п. Вирішатимуть їх фірми, що випускають електронні компоненти, шляхом проектування більш сучасних та якісних приладів.

На даний момент ПКД є найбільш повноцінною заміною морально застарілої аналогової апаратури відтворення звуку.

література

1. Скулькін І. Про якість звуку на компакт-дисках. - Радіоаматор, 1998, N1.C.19
2. Золотухін І. та ін. Цифрові звукові магнітофони. - Т. Радіо та зв'язок, 1990.

Автор: В.Федоров, м.Липецьк; Публікація: Н. Большаков, rf.atnn.ru

Дивіться інші статті розділу Аудіотехніка.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву На Марсі виявлено бір 16.09.2017 Марсохід Curiosity знайшов у гірських породах на Червоній планеті бор. Наявність на Марсі цього хімічного елемента теоретично збільшує ймовірність зародження планети життя земного типу. Curiosity знайшов бір у мінеральній жилі сульфату кальцію у кратері Гейла. Це означає, що бор був присутній у марсіанських ґрунтових водах. Вже встановлено, що грунтові води в цьому місці колись мали температуру 0-60°C і були за рівнем Ph нейтральне або слаболужне середовище (що також цілком підходить для життя). Відкриття було зроблено за допомогою встановленого на марсоході скануючого лазера ChemCam (від слів "хімія" та "камера"), створеного спільно вченими з Ло-Аламосу та Французького космічного агентства. Бор відіграє важливу роль у стабілізації полісахаридної структури РНК (рибонуклеїнової кислоти) – однієї з ключових молекул, яка є у всіх живих організмів. Робота в "зв'язку" з ДНК, РНК забезпечує зчитування зашифрованої в генах інформації та синтез на її основі білків, а це основа життя та розвитку будь-якої живої істоти. Таким чином, наявність на Червоній планеті бору теоретично збільшує шанси на те, що там колись могло зародитися життя. З'єднання бору - один із можливих "містків" між простими органічними молекулами та РНК. А без РНК немає життя. Присутність бору говорить нам у тому, що коли Марсі була органіка, такі хімічні реакції могли статися. Примітно, що вік відкладень, у яких було виявлено бір, вчені оцінюють у 3,8 млрд років. Це пізніше, ніж, за сучасними уявленнями, життя зародилося Землі.

Інші цікаві новини:

▪ Провітрювання тіла під одягом

▪ Комп'ютер складається вчетверо

▪ Сало з пробірки

▪ Швидкісна риба-робот

▪ Фотокамери Canon збиратимуть роботи

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Індикатори, датчики, детектори. Добірка статей

▪ стаття Дірак Поль. Біографія вченого

▪ стаття Як пов'язаний напад Німеччини на СРСР із розкопками могили Тамерлана? Детальна відповідь

▪ стаття Робочий, який виконує комплексне обслуговування та ремонт будівель. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Еластичний каучуковий лак. Прості рецепти та поради

▪ стаття Пачка сигарет, що обертається. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024