Обзор популярных систем снижения разрядности

Здесь кратко рассмотрим наиболее распространенные системы снижения разрядности с комментариями по поводу их звучания.

Основные параметры оценки - субъективная громкость шума квантования и уровень ВЧ-шума (понятно, что при равной громкости шума предпочтение отдается системе с меньшим уровнем ВЧ-шума). Все рассмотренные системы имеют примерно одинаковый уровень подавления гармонических искажений и модуляций шума, поэтому основной оцениваемый параметр - именно громкость шума квантования и его окраска.

Отметим, что субъективная громкость шума является результатом собственных измерений автора, и, чаще всего, значительно отличается от рекламных заявлений производителей.

В сводной таблице в конце статьи приводятся краткие параметры рассмотренных систем снижения разрядности и некоторых других.

Стандартный dithering

Этот метод (standard TPDF dither) уже рассмотрен. Громкость шума квантования этого метода является критерием для оценки громкости шума квантования других методов. Из всех рассмотренных систем этот метод дает максимальную громкость слышимого шума.

Apogee UV22


Рис.7. 16-битные сигналы, полученные с помощью стандартного dithering’а и с помощью UV22

Это, пожалуй, самая распространенная система снижения разрядности. Алгоритм UV22 и его многочисленные модификации встроены во многие цифровые приборы разных фирм и в некоторые компьютерные звуковые редакторы (например, VST plug-in UV22).

В UV22 использован dithering специальным шумом, содержащим максимум энергии выше 18 кГц. По заявлениям производителя, шум генерируется в зависимости от исходного аудиосигнала и содержит три пика с динамически меняющимися частотами выше 18 кГц.

В слышимой полосе шум квантования имеет ровный белый спектр. Слышимая громкость шума на 5 дБ ниже, чем у стандартного dithering'а. Однако в шуме прослеживаются периодические "поцикивания", которые могут несколько портить общую картину.

Sony Super Bit Mapping


Рис.8. 16-битные сигналы, полученные с помощью стандартного dithering’a и с помощью Sony SBM

Еще одна распространенная система снижения разрядности - разработка Sony.

В системе SBM используется noise shaping с фильтром 12-го порядка. Форма частотной характеристики была подобрана экспериментально, отталкиваясь от кривых Флетчера-Мэнсона. Она имеет довольно гладкую форму. Слышимая громкость шума на 5 дБ ниже, чем у стандартного dithering'а. Шум больше заметен на высоких частотах, чем на низких.

Waves L1 IDR


Рис. 9. 16-битные сигналы, полученные с помощью стандартного dithering’а и с помощью Waves L1 IDR

Эта система снижения разрядности встроена в известный лимитер L1 фирмы Waves. В разработке алгоритмов L1 принимал участие Майкл Герзон - всемирно известный специалист в области цифрового звука. Система доступна в виде подключаемых модулей разных форматов. Имеется несколько режимов - фильтров noise shaping с различными степенями подавления слышимого шума. Здесь мы рассматриваем режим "Ultra" как наиболее мощный.

Максимум энергии шума приходится на полосу выше 18 кГц. В слышимом диапазоне шум подавляется сильнее на низких частотах и чуть слабее на высоких. Слышимая громкость шума примерно на 8 дБ ниже, чем у стандартного dithering'а, причем слышны, в первую очередь, высокочастотные составляющие в районе 12 кГц.

Waves L2 IDR


Рис.10. 16-битные сигналы, полученные с помощью стандартного dithering’а и с помощью Waves L2 IDR

Более новая система снижения разрядности из не менее известного лимитера L2. Доступна как в программном варианте, так и в приборах L2. Как и в системе L1 IDR, имеется несколько режимов - фильтров noise shaping. Здесь мы рассматриваем режим "Ultra" как наиболее мощный.

Максимум энергии шума приходится на полосу выше 17 кГц. В слышимом диапазоне шум подавляется сильнее всего в районе 4 кГц - максимума чувствительности уха. Однако недостаточное подавление шума в районе 10...15 кГц приводит к появлению довольно неприятной высокочастотной окраски у шума квантования. Слышимая громкость шума примерно на 7 дБ ниже, чем у стандартного dithering'а.

POW-R


Рис.11. 16-битные сигналы, полученные с помощью стандартного dithering’а и с помощью POW-R

Система POW-R - относительно новая разработка консорциума POW-R (Weiss, Apogee, Z-systems, Millenia). Система встроена во многие цифровые приборы и в некоторые звуковые редакторы. Имеется несколько режимов работы: dithering специальным видом шума и несколько фильтров noise shaping. Здесь мы рассматриваем наиболее мощный режим - POW-R 3, представляющий собой noise shaping с фильтром 9-го порядка.

Максимум энергии шума приходится на полосу выше 17 кГц. В слышимом диапазоне шум подавляется сильнее всего в районах 3,5 и 12,5 кГц - максимумах чувствительности уха. Однако недостаточное подавление шума в районе 8…10 кГц приводит к увеличению общей слышимой громкости шума. Она примерно на 7…8 дБ ниже, чем у стандартного dithering'а.

MegaBitMax


Рис.12. 16-битные сигналы, полученные с помощью стандартного dithering’а и с помощью MegaBitMax

Упомянем еще одну новую систему - собственную разработку автора статьи. В данный момент система MegaBitMax лицензирована TC Works и встраивается в программные продукты этой компании. При разработке системы были проведены новые обширные эксперименты по восприятию шумов, и на их основании были разработаны фильтры noise shaping, которые дают минимальную громкость слышимого шума квантования при каждой заданной величине ВЧ-шума. Кроме того, большое внимание уделялось нейтральности, неокрашенности звучания шума.

В системе MegaBitMax имеется набор фильтров noise shaping и специальная функция уменьшения выбросов ВЧ-шума. Максимум энергии шума приходится на полосу выше 17 кГц. В диапазоне 3…14 кГц спектр шума белый, что согласуется с данными экспериментов автора по нахождению оптимального распределения шума. В наиболее мощных режимах слышимая громкость шума на 12…14 дБ ниже, чем в стандартном dithering'е.



Заключение

Мы рассмотрели методы снижения разрядности цифрового аудио и сравнили несколько распространенных профессиональных систем снижения разрядности. Как видно из таблицы, эффект от этих систем существенно различается. Однако не стоит делать выводы о качестве той или иной системы только на основании полученных числовых данных. Большое значение имеет не только амплитуда и громкость шума квантования, но и его окраска, взаимодействие с исходным аудиоматериалом.

Необходимо помнить, что любая система снижения разрядности - это всегда компромисс между уровнем шума и уровнем искажений (или модуляций шума).

Все производители систем понижения разрядности заявляют, что именно их система наиболее оптимальна. Поэтому на первом месте при выборе той или иной системы снижения разрядности должны стоять тесты и прослушивания. И пусть сведения этой статьи помогут вам сделать правильный выбор!

Источник: http://rus.625-net.ru