Уже который год наблюдаю сердобольного товарища, который витает в фантазиях про цифровое аудио. В интернете тоже такие встречаются.

А расскажу я про т.н. dither при квантовании - добавление к сигналу дискретного шума с определенными статистическими свойствами, может быть, кто слышал о таком - triangular dither.

В общем, это такой белый (по спектру) шум, который имеет размах 2 младших значащих бита. Но не просто белый шум. А шум с особым распределением значений, там частота встречаемости значения спадает от центра сигнала (нуля) к краям (+/-1LSB) линейно, практически до 0. Поэтому и называется он "треугольным".

Сейчас я не буду показывать, как сгенерировать такой шум в звуковом редакторе (и как вручную такой dither делать), а просто покажу краткую суть операции, потому что функция стандартная и есть везде.

Из предоставленных скриншотов можно видеть, что да, точность записи сигнала снижена (никто не спорит), но если в воображении сердобольных товарищей происходит округление чистой синусоиды с образованием ровных ступенек (до ближайшего целого), то при добавлении означенного шума к данной синусоиде округление получается не к ближайшему целому, а вводится т.н. элемент случайности, и величина ошибки квантования от времени становится довольно-таки случайным явлением. И шум такой на слух воспринимается так же, как и шум кассеты. Ну, то есть без разницы, какой там был сигнал, итог данного преобразования только ухудшает отношение сигнал/шум.

Данный dither характерен тем, что громкость шипения не зависит от того, как далеко входное значение сигнала от целых значений. То есть сигнал может быть +1LSB, может быть +0,3LSB, это повлияет только на среднее значение сигнала, а сам шум от этого не станет восприниматься иначе. Для понимания этого достаточно преобразовать в 8бит очень медленно меняющийся сигнал, например, 0,1Гц синусоиду.

Также не стоит обращать внимание на то, что по виду сигнал напоминает ступенчатый, только жирный. Это нормально, потому что звуковой редактор при отображении этого сигнала экономит ресурсы и соединяет отсчеты отрезками. Если этот сигнал правильно восстановить в аналог, то ступенчатость не будет видна, ибо при фильтрации сигнала уже не будут сохранены значения в сетке.

Добавлено after 9 minutes 13 seconds:
Вообще, я немножко наврал. Да, амплитудные значения шума будут частично повторять ступенчатый вид, но график эффективного значения сигнала (RMS) не содержит каких-либо ступенек.

Спойлер

И сам пример такого сигнала во вложении.

Добавлено after 7 minutes 42 seconds:
И также сам шум, если вычесть исходный сигнал.

Спойлер

Не то чтобы он совсем прямо случайный, но простой эксперимент, который каждый может повторить дома, показывает, что при вычитании исходной дорожки шум на слух (мы же боремся за качество звука, а не за визуальную форму осциллограмм) не отличается от обычного белого шума. И без разницы, какой там был полезный сигнал - хоть синусоида, хоть музыка. В общем, везде на слух эффект снижения отношения сигнал/шум.

Добавлено after 23 minutes 55 seconds:
И пример с фото. Такой же dither в 9 градаций яркости.

Спойлер

Ну и чё? Вот дай обезьяне гранату....то есть радиолюбителю в руки осциллограф, так он....
Открою страшный секрет: все эти "ступеньки" элементарно сглаживаются RC цепочкой на выходе ЦАП.
Был у нас подобный чудик(я как то рассказывал), дали ему в руки крутой мультиметр, так он все диоды, что имели обратное сопротивление МегОм и выше отбраковывал. При этом потными пальцами хватал щупы и измерял!
Выбрасывал новые диоды пачками....
А ты хотел найти на выходе ЦАП идеально чистый и естественный звук? Да НИКОГДА не увидишь!
И ради смеха пощупай осциллограмму от магнитной пленки, к примеру....так ваще застрелишься!!!!

А у нас прозвонил целую пачку транзисторов КП305
В пачке было ровно 100 шт.
Все оказались негодными.

"Аналоговая" магнитная запись - тоже дискретная, ведь магнитный слой ленты состоит из множества мелких частиц, направленных в разные стороны и перемагничивающихся в поле записывающей головки... Сколько перемагнитилось - на столько и магнитное поле изменилось... С фотографиями и кино на ленте - та же аналогия, изображение состоит из отдельных зерен... Полного "аналога", похоже, и быть не может - есть неделимые атомы и прочие электроны... Вопрос-то не в том... Если некоторые уверовали в РСМ 16 бит 44 100 выборок в секунду - так это признак их принадлежности к той самой, многочисленной, группе "простых слушателей", для которых и создавался "стандарт CD". Только на нём свет клином не сошелся, есть и более современные стандарты хранения аудиоданных, обеспечивающие более высокое качество... Некоторые вообще "минидиск" слушают - а там качество ниже, чем у МР3 - и нахваливают...
"Некоторые" просто не понимают, в чём разница "цифры" и "аналога"...

А зачем простому обывателю понимать разницу?.

Если хорошо звучит по его восприятию, значит нет проблем.

Сегодня молодёжь включит смартфон и слушают этот хрип на полной мощности... жуть. Раньше были кассетники или магнитолы - намного было лучше качество звука.

А размеры никого не смущали.

Главное отличие цифрового формата - он может гарантировать заданное качество передачи сигнала. Не больше и не меньше. И все потуги некоторых товарищей доказать, что магический "вжопуносинг" сделает из 16-битного РСМ сигнал с качеством в 24 бита мне лично просто смешны...

Смартфоны можно и в наушниках слушать. И уже потом сравнить качество звука с древними кассетниками.

Это к тому товарищу на скрине.

А осциллограмму с ЦАП я щупал, 20кГц синус вполне себе правильный.

Уровень качества, обеспечиваемый "форматом CD", задан стандартом и известен. Сделать звук лучше - не удастся! Можно немного обмануть слух и замаскировать имеющиеся искажения, но всё равно ограничения формата не преодолеть! Нужно повысить качество - переходим к другому формату, в этом суть "цифры"... Это аналоговый проигрыватель можно улучшить в разы, "доработав напильником" (всякие фичи типа "влажного проигрывания"...) или магнитофон, добавив хитрую схему подмагничивания или ещё какой компандер, в цифровом формате всё задано изначально, и ничего особо улучшить нельзя - можно лишь более полно реализовать возможности формата...

Я правильно понял: предлагается заглушить "ступеньки" постоянным шумом?

Правильно, при формальной записи сигнала "ступеньками" отклонение сигнала от исходного на слух не отличается от шума той же магнитной ленты.Ага, 97дБ сигнал/шума в 20кГц полосе - уже мало, а 60дБ (из скриншота) "достаточно"? Странная логика.

Добавлено after 6 minutes 28 seconds:
И вообще интересно, как это дома можно так усиления накрутить, чтобы в представлении PCM 44100Гц 16бит начать слышать шум квантования. Большой сигнал пойдет - ляхи засрет.

Добавлено after 5 minutes 55 seconds:
Да, кстати, обычно приводят уровень шума, взвешенный по А кривой, а -97дБ - это с обрезным фильтром типа "кирпичная стена" на 20кГц.
При условии, что за 0дБ принята полная амплитуда.
Если считать от RMS синуса полной шкалы, то от данного отношения отнимем 3дБ и получим -94дБ. В принципе, ДД аналоговой записи измеряют от RMS шума (взвешенного) до синусоиды такого максимального уровня, при котором уровень Кг не выше заданного.

Молодёжь тусуется с девчонками ... о каких наушниках речь?

Компашка сидит на лавочке и балдеет под хрип смартфона.

В смартфоне ограничивающим качество звеном является его динамик, а ЦАПы далеко не всегда плохие стоят. Конечно, в одном безымянном DNS был слышен транкейт в низкую разрядность, зато в другом телефоне (тоже ноунейм китайский) уже ДД порядка 75дБ. Для симфоний не слишком запас, а остальную музыку уже можно слушать.

Достаточно подключить внешнюю более-менее АС с усилком.

Но, и вариантов реализации цифрового тракта в формате CD PCM, может быть довольно много, и это может быть, как "компьютерный"(с любыми видами карт); стационарные устройства - CDпроигрвыватели; а также возможны и комбинации одного с другим.
"Заданное качество", ввиде нескольких основных параметров, у всех этих вариантов - скорее будет одинаково( или различаться на уровне "тысячных"), а реальные отличия ушами - действительно будут существенны.
As, Вы почти всегда, говоря о CD-формате, рассматриваете "компьютерный" вариант его реализации, и чего скрывать - достаточно бюджетный. Хотя у Вас, вроде, и была СD-Вега, но потом поддались всеобщей компьютеризации и теперь упёрлись в якобы "недостатки" стандарта CD, хотя уверяю Вас, что многое из того, что он может, остаётся для Вас скрытым из-за недостатков: как самого компьютера(источника), отчасти УМ, а также акустики. Там огромное поле для раскрытия возможностей и изменения характера звучания.
Да, некоторые ограничения в формате есть, но они должны сказываться на пространственном восприятии источников звука, но об этом пока речь вести рано!
И уж не стоит вести речь о каких либо шумах....ну, нету их там, в том количестве, которое хоть как-то может на что-то повлиять. Мы уже неоднократно констатировали, что рип с LP звучит несколько лучше. Подтверждаю, НО я конвертировал эти файлы с высоким разрешение в формат PCM, и все эти отличия(преимущества) - так же сохранялись и на CD.
Вызваны эти отличия, скорее всего, механическим способом записи-считывания, который имеет определённый "разбаланс" во временной области...Такая себе "рандомизация" (по терминологии АМЛ).
Да, и предъявляя претензии к CD, не забывайте о носителе информации, ну и добавлю о студии звукозаписи. Всё-таки именно физические CD, остаются основными источниками во многих высококачественных системах.
Из личного опыта: когда-то со спокойной душой раздал несколько десятков дисков, заменив фонотеку на фирменные CD из Пурпурного Легиона. И разницу, на примере первого альбома DIRE STRAITS, слышно в сравнении, как день-ночь.
Вот SACD, вроде как, должен более точно передавать форму сигнала и по полосе раза в 2,5 больше( 50КГц по -3дБ), ну и что с того...Гибридные диски, где оба формата предпочитаю слушать с CD-слоя, через AD1862
Хотя даже говорилось, что для "контраста" в запись CD( или штатный его канал на проигрывателе) могут сознательно вноситься искажения, для подчёркивания преимуществ нового формата, перед старым.
Хорошая запись, фирменный диск и стационарный DAC. Рейтинг микросхем-цапов тоже неоднократно публиковался. Проблема, конечно в том, что многие уже(оригинальные) не производятся....
Так сами же и хороним формат, в угоду компьютеризации и файлов. Типа, это всё 1 в 1 Есть живой диск, живой DAC, соответственно будет и элементная база, заточенная именно под качество звука. А, если перешли на "файлы", то и будут клепать гаджеты "относительной паршивости", выдавая их за прогресс.
P/S Цифровой звук меня только в ТРИКОЛОРЕ раздражает, там при уменьшении громкости с пульта ресивера такой шум и детонация появляются , а вот если в ТВ это делать, то всё нормально. Ну, так это и несравнимые вещи. Да, и ещё в GSM, в отличии от закрытого этим летом СКАЯ, с которым около 15 лет был. Тоже 4G какие-то внедряют, а лучше бы качество речи да устойчивость связи улучшали...Хуже и хуже становится.

Я ничего против CD не имею, я против того, чтобы этот формат "обожествляли", это всего лишь компромисс между качеством и объёмом носителя! Да, многие записи вполне качественно переведены на CD, и я их с удовольствием слушаю. Да, воспроизведение записей с частотой дискретизации 44,1 на компьютере - большая проблема, звуковые карты, которые это более-менее прилично делают, можно пересчитать по пальцам - но мой "Зонар" не на столько хуже аппаратного CD-плеера, чтобы комплексовать по этому поводу... Да, я считаю, что мой нынешний воспроизводящий комплекс вполне себе Hi-Fi, хоть и состоит из компьютерных компонентов и допотопных микросхем в усилителе, да, я совсем не уверен, что все суперсовременные решения однозначно лучше "классики"!
Есть разные способы услышать фонограмму так, как это было задумано автором - кто-то покупает аппаратуру за много тысяч баксов, кто-то мирится с упрощенным звучанием, я вот пытаюсь получить максимум результата за минимальные деньги... Многие скажут своё "Фи!", но результат есть, и он меня почти устраивает... Я не могу ставить свои интересы выше семейных, это накладывает некоторые ограничения... Но, я буду слушать то, что мне нравится, так, как считаю правильным, и постараюсь пристрастить к хорошей музыке сына. А остальное - так, болтовня и попытки поиска оптимума, которые не всем интересны...

Вместо воды про "на какого слушателя рассчитан", следовало бы изучить свойства форматов и средства для работы с ними. А что именно представляет собой эта дискретизация и это квантование.

Всякие мысленные эксперименты с транкейтом чистых синусоид - просто фантазия, они не имеют ничего общего с объективной реальностью.

http://prosound.ixbt.com/education/dith ... ping.shtml можно почитать такой материал еще.

Опять же, соглашусь, что на СЧ шум и искажения CD определяются в большей степени способом подготовки фонограммы, чем ограничениями формата. Но, на ВЧ слышимые отличия от магнитной фонограммы есть, и от них просто так не избавиться! Мала частота дискретизации... Я уже много-много раз писал, но и ещё раз повторюсь: для моего слуха 96 киловыборок дают неотличимое от аналога качество. на 44,1 - некоторое ограничение качества, вполне слышимое, есть... ограничения формата 24/192 на много превышают возможности моего слуха, и предъявить претензии к качеству передачи этого формата я не могу. Я так же не могу объяснить, почему аналоговые фонограммы, записанные пол века тому назад, даже в оцифрованном на CD виде звучат много лучше российских исполнителей последних лет...

Чаво?

Да любые с этим справятся.

Так не очень понятно, какие конкретно претензии, As, Вы предъявляете к звуку в формате CD ? Даже вот с нашим постоянным участником as265, приходится соглашаться, в той части, что: ни шумов, ни искажений на малых сигналах, при соответствующей реализации - нет.

(Прочитал уже после того, как написал. "Искажения на ВЧ" Я при построении системы и отслушиваниях именно на них постоянно внимание обращал, и могу только сказать, что достоверность их передачи зависит от "железа" и студии звукозаписи и потенциал и результат может превзойти все ожидания, приятно удивить
Ну, и как анти довод - пример того же SACD, где точность передачи на ВЧ должна быть выше, но никакого преимущества на этих частотах нет...Есть, что интересно, на низах - басы кажутся ниже.)


Даже LP можно переписать так на СD, что будет сохранена самая тонкая "аудиофильская вовлечённость и уровни восприятия"(к примеру АML, который переписывал старые записи). Можно и ещё примеры приводить, когда CD-формат оставался предпочтительным именно перед другими способами проигрывания(компьютерно-файловые) и форматами(SACD) цифровой записи. Об этом ЮМ неоднократно писал. Я наблюдал когда-то за развитием фирмы Бурцева...сначала тоже был сделан шаг в сторону SACD, потом смотрю опять к обычному стандарту возвратились...Тот же Семыкин, так делал рип с LP(на без ОООС тракте), что слышны все достоинства качественного сведения( классики с большим ДД), даже потрескивания и щелчки не мешают

Так вот и ответ или большая его часть, что не в самом формате дело. Преимущества большей разрядности( если они есть) ведь тоже нужно правильно реализовать. Сейчас заниматься этим, на должном уровне, тоже видно не будут, т.к. упор на "гаджеты", "интегрированость" и прочие комп. устройства, в которых заботиться о тонких звуковых материях не будут, т.к. затычками в уши большинство - довольны и о другом звучании скоро просто не будут иметь представления.
А цена-качество тех же CD, былых времён, была вполне демократической. За 200$ можно было приобрести вполне достойный CD-проигрыватель, "заточенный" именно на одну функцию, а не на 1000000, как комп
В начале 2000х несколько моих знакомых, имеющих компьютеры( у меня тогда его даже и не было) приобрели CDюки именно ради музыки.

Т.н. искажения на ВЧ - алиасинг, наложение спектров. Более важны при первичной дискретизации материала, когда некоторый диапазон частот выше 1/2 частоты взятия отсчетов все же попадает на устройство выборки-хранения. И получается, что частоты, равноотдаленные от 1/2 частоты дискретизации, становятся неотличимы.
Диапазон частот, в котором дискретизация сигнала однозначна, определяется частотой, на которой начинается условная полоса подавления фильтра перед дискретизатором.

Если смотреть на характеристики хороших современных АЦП сигмадельта (АЦП передискретизации), то можно там увидеть, что для режима single speed (частоты дискретизации до 50кГц) полоса подавления начинается на примерно 0,57 частоты дискретизации, что говорит о том, что верхняя частота, дискретизируемая однозначно, равна (1-0,57)*48000Гц=0,43*48000Гц=20640Гц. Выше этой частоты уровень алиасинга выше.
То есть фильтр рассчитан на малые искажения в полосе 20кГц.
Хвостик выше 20кГц может быть отфильтрован оффлайн, средствами компьютера. Оффлайн можно применить более "острый" фильтр, да и у компьютера мощностей побольше, чем у DSP в АЦП.

Алиасинг же в ЦАП менее важен, ибо некоторое количество ультразвуковых побочных полос, которое все же пройдет через фильтры, реальной проблемы не создаст. Например, я подключал карточку на CMI8738, у которой нету цифровой интерполяции, она натурально рисовала ступеньки на экране осциллографа. То есть там даже вообще не было каких-либо фильтров после ЦАП.
На больших сигналах этот фактор не вызвал значительного влияния, а на малых сама звуковая карта "шуршала", ибо там эффективная разрядность составляет бит 10 всего.

Для сравнения, в asus xonar dx нормальный современный ЦАП, с передискретизацией на кристалле, он даже 20кГц синусоиду правильно выводит. Без каких-либо искажений.
В реалтеках то же самое, но цифровой фильтр чуть попроще (АЧХ начинает валиться после 19кГц, плюс волна около 0,07дБ в размахе).

Характеристики цифрового фильтра в ЦАП аналогичны, только у ЦАП (cs4398) частота полосы подавления все же ближе к 0,5 частоты взятия отсчетов, конкретно у cs4398 она равна 0,546Fs, что позволяет выводить 20кГц полосу без алиасинга не только при частоте дискретизации 48кГц, но также и при 44,1кГц. Но это не то чтобы фактор.

Единственное, что могу сказать по обработке материала, - это то, что, учитывая характеристики этого фильтра, логично будет очень острым фильтром срезать все частоты выше 20кГц перед понижением разрядности в 16бит. Если полоса сигнала четко ограничена 20 килогерцами, то фильтр обрабатывает этот сигнал корректно, а выше 20кГц будут только стационарные шумы. По сути, практически идеальное восстановление сигнала при практически полном отсутствии верхней боковой полосы.

Добавлено after 23 minutes 33 seconds:
Кстати, насчет ЦАПов без передискретизации. Экстраполяция сигнала нулевого порядка (вывод в виде кусочно-постоянного сигнала) дает спектр с завалом частот, и затрагивается в т.ч. основная полоса (0-22050). Что можно наблюдать на спектре.

Забавно, но факт. На 16кГц такое "восстановление" уже дает 3дБ завал.

Это получается, что для старых ЦАП, работающих на частоте 44100Гц, нужен фильтр, имеющий пик на АЧХ около 20кГц, который скомпенсирует этот спад.

Добавлено after 16 minutes:
Стоп, так это же опять всё банально к АЧХ сводится. От чего открестились, то по лбу и дало.