Реальная глубина записи, или За каждый бит двух небитых дают
Всем известные параметры цифрового аудиопотока 16 и 24 бит — всего лишь официально заявленные мундиры, под которыми может оказаться рубашка с прорехами. Ищем надежный инструмент для диагностики.
Пытливые люди, которым интересно узнать фонетическую подноготную музыкального релиза, более или менее приловчились. Теорему Котельникова-Найквиста знает каждый ребенок, не говоря уже о том, что любое дитя сможет уточнить протяженность спектра в аудиофайле. Про оценку динамического диапазона тоже было рассказано немало, даже целое сообщество имеется – пишет петиции и стыдит издателей, злоупотребляющих компрессией. А уверены ли вы, что в 24-битовом хайрезе честно задействованы все разряды? Как это узнать?
На первый взгляд ситуация совершенно герметичная и неподконтрольная. Как показывает статистика официальных продавцов HD-аудио вроде Qobuz или HD Tracks, наиболее распространенными в ассортименте являются релизы в 24 бит / 44.1 кГц. То есть мы имеем ту же частотку и пики уровней, что на компакт-диске, просто в более точном и подробном изложении. И не надо удивляться скромности технических параметров таких вот Studio Master Files. Работает принцип разумной достаточности. Doctor Dre, тот самый, который маячит на популярных наушниках, одно время возился с сессионными записями в 24 бит / 88 кГц, а потом плюнул и перешел на 24/44.1 – так, говорит, места больше остается для работы с мультитреком. Да-да, музрынок харчуется не с аудиофильской аудитории. Чтобы пополнять закрома айтюнса, вполне хватает и таких вот студийных исходников. А раз найдутся гусики, кому туманит голову от 24 бит, отчего бы не продать то, что осталось?
В числе HD-релизов после 24/44.1 распространены издания в 24 бит/48 кГц. На них также сложно убедиться в хорошей родословной — верхний предел (т.е. половина частоты дискретизации) составляет 24 кГц — совсем близко от обычного компакт-диска. И, повторюсь, нет никаких гарантий, что запись не велась по образцу и стандарту DAT-рекордеров — в 16 бит / 48 кГц, а потом с помощью несложной программной процедуры была поднадута до благопристойных 24 разрядов. Выявить эти и другие подозрительные случаи поможет опция Bit Meter в аудиоредакторе WaveLab.
Анализатор цифровой глубины аудиопотока представляет собой пронумерованную по битам вертикальную шкалу и работает следующим образом. Загрузите испытуемые WAV или AIFF образцы в WaveLab и включите воспроизведение. Шкала Bit Meter отобразит каждый разряд в 16 или 24-битовом слове, которые будут выстроены по строгой иерархии согласно уровню сигнала. Сначала идут старшие биты, и надо сказать, что на спокойных ненасыщенных композициях четыре младших разряда не всегда-то и задействованы. Таким образом, будьте уверены, что сидишки со сладостным камерным джазком, которым любят тешить покупателей в аудиосалоне, на деле имеют глубину от силы в 12-14 бит.
Интересно будет на Bit Meter проверить пресловутые издания HDCD. Сграбленный на компьютер «как есть» такой диск ничем не будет отличаться от классического Red Book. Но с помощью программного HDCD-эмулятора (они имеются и в Foobar, и в dBpoweramper) можно раскодировать спрятанную информацию и перевести все в 24-битовые wav-файлы, которые станут объектом исследования Bit Meter. Опыт показывает, что те записи, на этапе HDCD-производства которых применялась функция Peak Extension (расширение динамического диапазона), показывают реальное увеличение разрядности от 17 до 20 бит — как и было сказано в рекламных проспектах на заре HDCD-технологии.
Примером успешной реализации могут послужить, например, CD-издания первых трех альбомов The Beatles загадочной конторой Fabulus Sound Lab, которые на сегодняшний момент мне представляются наиболее предпочтительными из целого вороха разномастных «битловских» релизов раннего периода.
В то же время такие компакт-диски, как например, Beck “Mutations” или одноименный сольник Nancy Sinatra 2004 года зажгут HDCD-метку на индикаторе совместимого CD-проигрывателя, но даже переведенные в 24 бита, разрядность сохранят прежнюю — 16 бит. Почему? Хотя в студии и использовался тот самый АЦП Pacific Microsonics (очень хороший, к слову!), но все его HDCD-цепи были отключены, осталась лишь метка в цифровом коде, от которой CD-плеер дурак и обрадовался.
Bit Meter поможет раскрыть и посрамить не только ворох престарелых компакт-дисков, но и хитрые HD-аудио, которые упоминались в начале материала. Никакая частота дискретизации не скроет от Bit Meter реальное состояние ячеек в разряде. Например, на альбоме Tricky “Mixed Race” (официально 24/44.1) отсчет начинается только с 20-го бита. Если в 24-битовом потоке в восьми старших разрядах остаются нули, так и будет показано на шкале. И значит, перед нами обычный апконверт из 16-битовой записи.
К счастью, подобные случаи относительно редки, однако от накладок не избавлены даже уважаемые B&W Society of Sound, под сенью которых были выпущены HD-издания The Unthanks “A Retrospective” и одноименный альбом Portico Quartet – оба показали 16-бит при анализе. Впрочем, это не значит, что подобные записи ужасно играют – на свете множество компакт-дисков с прекрасным звуком. Можно забить все разряды и спектр громким перегруженным саундом — такой файл будет тяжелым не только по размеру, но и на слух.
Не забывайте, что равно как и прочие инструменты аудиоредакторов, Bit Meter — это лишь один из элементов технической экспертизы, которые пусть и не ответят на все вопросы, но дополнят и обогатят ваш филофонический опыт.
Источник
Сравнение 24-битного и 16-битного звука: результаты аудиотеста
Блогер Archimago немало сил потратил, чтобы ответить на вопрос: какое качество звука человек способен определять на слух? В рамках одного из его последних аудиотестов респондентов просят вслепую различить звуки с динамическим диапазоном 24 бит и 16 бит. Каждый из них скачивал несколько пар 24-битных файлов, один из которых претерпел конверсию 24-16-24 бита, то есть на практике был 16-битным файлом. Их просили определить разницу.
В тесте приняли участие 140 добровольцев (138 мужчин и 2 женщины: честная демографическая картина для аудиофилов). Средний возраст респондентов: 44 года.
Согласно анкетам, более 20% респондентов назвались музыкантами и звукоинженерами, поэтому можно сравнить результаты среди «профессионалов» и любителей, с учётом статистической погрешности.
Стоимость аудиоаппаратуры у участников опроса чаще всего лежит в диапазоне от $1000 до $3000.
Результаты опроса по трём парам файлов довольно любопытны. В двух из трёх композиций правильные и неправильные ответы распределились ровно пополам.
А в композиции Bozza 52,85% пользователей ошиблись, приняв 16-битный файл за 24-битный.
20 респондентов правильно ответили на все вопросы, а 21 человек ошибся во всех вариантах, что тоже вписывается в рамки статистического распределения.
Ещё более удивительно, что музыканты показали результат хуже среднего, даже с учётом статистической погрешности! Особенно сильно напутали в композиции Вивальди.
А вот результат среди пользователей, у которых стоимость звукового оборудования превышает $6000.
Наушники тоже вовсе не помогают отличить 16-битную музыку от 24-битной.
Подводя итог. Конечно, есть приложения, в которых нужно работать именно с 24-битным звуком (тот же мастеринг). Но факт в том, что на слух 16- и 24-битный звук совершенно не различимы друг от друга. Если кто-то заявляет, что способен услышать разницу, то этот человек наверняка заблуждается.
Источник
Бит против килогерца: что важнее?
Размышления об успехе 12-битной драм-машины E-Mu SP-1200 и довольно узкая динамика поп/рок-репертуара зародил еретические мысли. Оптимальны ли характеристики наших цифровых протоколов?
Любители студийного мастер-звука могут сердиться сколько угодно, но факт остается фактом. Формат Red Book при немыслимом для цифровых технологий возрасте 35 лет все еще остается основным контейнером для коммерческих фонограмм. Даже если вы слушаете ощипанный трек в MP3 или iTunes, его пропорции описаны в тех же 16 битах на опорные 44,1 кГц дискретизации. Много это или мало? Смотря что мерить.
Компакт-диск или файл в аналогичном формате в состоянии обеспечить 16 х 6 = 96 дБ между самым тихим и громким пассажем. Это очень даже немало. Техническим сигналом для лабораторных испытаний можно заставить ЦАП выдать такой показатель, но я не знаю реальных музыкальных событий с подобным размахом. Даже тот самый «1812» с пушечкой — там 60 дБ в самых пиковых моментах и чуть больше 20 дБ в среднем. В современной фонограмме показатели динамического диапазона сужены обычно раза в три.
По преданиям, Philips сначала хотела остановиться на 14-битном разрешении; умножаем 14 на 6 = 84 дБ, это по-прежнему выше уровня рокота самых дорогих виниловых трактов. Первое поколение ЦАПов Philips TDA1540 оперировало именно с 14 бит и ничего, многие винтажисты очень довольны этим чипом по сей день.
Первое поколение CD-плееров использовало 14-битный ЦАП Philips TDA1540
В общем, CD-качества вроде бы хватает с головой для самых смелых аудиозадач. И все-таки, когда сравниваешь мастер в Hi-Res и полученный из него стандартный Red Book CD, кажется, что-то утеряно. Где-то больше, где-то не очень — зависит от контента. Но и не забывайте, что ресемплинг и понижение битности понижается различными алгоритмами, так что итоговое качество для CD-печати получается гадательным.
Мой личный опыт возни с записью, редактированием и воспроизведением цифрового аудио по большому счету имеет две точки мнительности. Первая выглядит вполне технически обоснованной.
Мне категорически не нравится, что на аудиопотоке с дискретностью 44,1 кГц граничная частота лежит слишком низко, в области 20 кГц. Вроде бы там особо и не должно быть слышно, но как показывают графики работы цифровой фильтрации ЦАПа, в окрестностях творится черт знает что. Жесткий срез спектра записи, хотя в жизни имеет место пологое падение. Или наоборот, ранний завал из-за специфики фильтра. А еще какие-то паразитные гармоники на высоких частотах. Удельный вес относительно общего сигнала у них не очень большой, но все равно картинка получается неприглядная. Все вот эти оверсемплинги требуются из-за невозможности установить на 22,05 кГц нормальный аналоговый фильтр.
Было бы прекрасно, если бы в начале 80-х стандартом оставили дискретизацию 50 кГц первых цифровых рекордеров Soundstream. А еще лучше, если бы она составила примерно 60 кГц. Таким образом, мы бы получили достаточно протяженную АЧХ, обеспечивающую плавный спад всех музыкальных штрихов и нюансов до 30 кГц, как в хорошем магнитофоне или SACD. Вот выше уже действительно ничего нет. Но в итоге получилось по-другому.
До анонса компакт-диска цифровые рекордеры Soundstream записывали звук с параметрами 16 бит / 50 кГц
Sony выбрала значение 44,1 кГц из-за совместимости со стандартом PAL. Профессиональные видеомагнитофоны Betacam и VHS позволяли делать запись PCM-кода аудио. Три значения укладывались в каждую из 588 строк видеосигнала PAL, передаваемого с частотой 25 кадров в секунду: 3 х 588 х 25 = 44100. Вот такая арифметика.
Видеомагнитофон Sony с помощью процессора PCM-F1 мог записывать цифровой аудиокод
Дальнейшее развитие цифровых технологий записи и воспроизведения использовало кратное умножение базовых форматов CD и DAT — 44,1 и 48 кГц: т.е. 88,2, 96 кГц и так далее. Конечно, появилась возможность отодвинуть помехи квантования подальше в ультразвук, но ведь и кратно росли размеры аудиофайлов. А еще прибавка в полтора раза при переходе с 16 на 24 бит. А если это будет 32 бит? И при попытке сделать этот огромный аудиомассив чуть меньше меня добивает вторая мнительность.
Казалось бы, разрешение 24 бит и выше подразумевает выборку далеко за пределами человеческого слуха. Шутка ли, 24 х 6: нет такой ни техники, ни фонограмм, чтобы они плясали в диапазоне 144 дБ. Для того 24 бит и затевались в студиях — вынести любые ошибки наложения при редактуре куда подальше. Но стоит подвергнуть такой файл децимации, даже просто ресемплингу из 192 в 96 кГц, и что-то неуловимо меняется. Чуть другие уровни, чуть более плоский и тупой саунд, который мне не очень нравится в сравнении. Поэтому я выбираю оригинальные хайрезы не за абстрактную частотку, а лишь за отсутствие шрамов, которыми обрастает мастер-файл по пути вниз. Попытаемся оценить эти увечья.
Для экспериментов был выбран питомец лейбла 2L, который предлагает некоторые свои DXD-записи для свободного скачивания. Надо сказать, репертуар, как это бывает у аудиофильских контор, довольно тягостный и медлительный. Но, к счастью, там нашлась и выручила «Детская увертюра» Эжена Бозза. Эта фонограмма довольно энергично брякает, чтобы судить об изменении саунда при трансформации мастер-файла.
Изначально 5 с половиной минут DXD-оригинала «Детской увертюры» с характеристиками 24 бит / 352,8 кГц занимает целых 437 мегабайт. И это еще сжатое во FLAC, практически размер целого CD! На чем будем экономить?
На заре цифрового звука еще не существовало эффективных моделей борьбы с ошибками квантования. Да и вычислительным мощностям процессоров было многое не под силу. Шкворчание 8-битного саунда первых компьютерных игр стало стереотипом на долгие поколения вперед, но сейчас вы сами убедитесь, что 8 бит сегодня может играть вполне прилично. Чудодейственной панацеей стал так называемый дизеринг (dither), а если еще точнее — его разновидность, нойз-шейпинг (noise shaping).
В весьма толковой статье разработчика iZotope Алексея Лукина дается наглядный пример, как подмешивание горстки шума выручает картинку при снижении разрешения до 4 бит с 16-ю градациями яркости. Просто чудо, когда видишь, как ошибки квантования (так называемая постеризация изображения) практически сходят на нет. То же самое происходит и со звуком.
В отличие от общего случая дизеринга, нойз-шейпинг генерируется не во всей полосе полос, а лишь на высокочастотной области, что менее заметно на слух. Рассуждения о заметности схожи с помыслами разработчиков MP3-алгоритма, с той лишь разницей, что эти в частотный диапазон добавляют, а не режут. Нойз-шейпинг позволяет увеличить динамический диапазон фонограммы, от души его применяют в DSD кодировании и также видны следы его работы при записи «Детской увертюры».
Итак, с помощью ресемплера и фирменного нойз-шейпинга iZotope MBIT+ был сгенерирован целый ворох «Детских увертюр». Получилась стопочка FLAC-ов с разрядностью 8, 12, 16, 20 и 24 бит на кратной дискретизации 44,1 или 88,2 кГц. Также не обошлось без пары образцов МР3 битрейтом 320 кб/с. Один был опрокинут из файла 24 бит / 88,2 кГц, другой из 16 бит / 44,1 кГц, которые также представлены в этом списке. Архив можно скачать и самостоятельно решить, кому что нравится.
Понятное дело, четче и лучше всех отыграла самая полная версия 24/88, практически неотличимо от оригинала. Я надеялся, что понижение до 20 бит не скажется на качестве, но не тут-то было. Значит, начнем двигаться с другой стороны списка.
Сортировка в папке по размеру показала, что самым маленьким оказался образец 8 бит / 44,1 кГц. Менее 12 мегабайт после 400! Несмотря на слышимый шумок, звучит он весьма задорно и это не иллюзия — после всей математики уровень фонограммы немного подрос. Следующими по объему ожидаемо шли МР3. Не знаю как вам, но мне из всего набора проверять их было скучнее всего. И это при том, что в паузе у таких файлов было все чисто и аккуратно. Ну не мое, и все тут. Скомканный серый звук без огонька. Приятнее слушать пусть шумноватый, но лосслесс с низкой битностью, напоминает кассету. Вот на них и выруливаем дальше.
В полтора раза больше чем МР3 оказалась пара образцов на 12 бит / 44,1 кГц и 8 бит / 88,2 кГц. Размер — 19,7 и 23,5 Мб соответственно. По сравнению с базовым CD-разрешением (28,5 Мб) дополнительный шум заметен разве что в 8-битном треке, да и то в наушниках. Я не смог отдать однозначное предпочтение какой-то одной версии.
Субъективно файл более высокой битности играет быстрее, напористей, особенно это касается 24 бит / 44,1 кГц. Но и у 8- и 12-битного аудио на более высокой частоте дискретизации 88,2 кГц имеются несомненные плюсы. Более «гибкие» послезвучия, глубже строится сцена в отсутствие цифрового фильтра в слышимой области. Вы также можете сгруппировать треки по размерам и сравнить их самостоятельно.
По коэффициенту качество/размер я бы выделил следующую тройку, и вся она, увы, опирается на повышенную частоту дискретизации 88,2 кГц:
• 12 бит / 88,2 кГц (13-кратное уменьшение оригинала)
• 8 бит / 88,2 кГц (18,5-кратное уменьшение оригинала)
• 16 бит / 88,2 кГц (10-кратное уменьшение оригинала)
Подытоживая этот обзор, если можно было перезапустить всю цифровую индустрию заново, я бы предпочел использовать следующую градацию PCM-протоколов:
• Частота дискретизации 60 кГц в качестве индустриального стандарта
• Частота дискретизации 120 кГц для ответственных High-End задач
• Длина разряда в 10 бит для потокового аудио (10 бит / 60 кГц)
• Длина разряда в 14 бит для стандартной дистрибуции музыки (14 бит / 60 кГц)
• 22 бит для студийной работы и аудиофильских изданий музыки (22 бит / 60 кГц или 22 бит / 120 кГц)
Источник