Покупаешь процессор, а в паспорте «АЦП 24 бит / 96 кГц, ЦАП 32 бит». Звучит солидно, но что с этого тебе в машине? Ниже по пунктам и с цифрами: что эти буквы значат и на что в них реально смотреть.
Зачем в машине вообще переводить звук в цифру?
Звук переводят в цифру потому, что все полезные вещи процессора делаются математикой: фильтры кроссовера, задержки, эквалайзер. С числами это делается точно и без лишних деталей на плате. Аналоговую задержку на миллисекунду с нормальным качеством сделать почти нельзя, цифровую можно одной строчкой кода.
Если магнитола отдаёт аналог (RCA или выходы на динамики), первым в процессоре работает АЦП. Если сигнал приходит по оптике или USB, он уже цифровой, и АЦП в этом тракте не участвует.
Что значат 24 бит и 48 кГц в паспорте?
Частота дискретизации показывает, сколько раз в секунду берут отсчёт. По теореме Котельникова (Найквиста) она должна быть больше двух наибольших частот сигнала. 48 кГц дают полосу до 24 кГц, а слышим мы максимум до ~20 кГц. Подробнее в статье частота дискретизации.
Разрядность показывает, сколько ступенек у «линейки», которой меряют каждый отсчёт. Теоретический динамический диапазон считают так: 6,02 × N + 1,76 дБ. Для 16 бит это ≈ 98 дБ, для 24 бит ≈ 146 дБ. См. разрядность.
146 дБ, это же больше, чем нужно?
Больше, и реальный преобразователь столько не выдаёт. Упирается всё в аналоговую часть: шум микросхемы, питание, разводку платы. Хорошие преобразователи показывают 110–120 дБ, и это уже тишина, которую в машине не услышать: дорожный шум на ходу закрывает и больше.
Поэтому смотри не на «32 бит» в рекламе, а на измеренный SNR и THD всего тракта. У моих моноблоков EarClear ES 1601 заявлен динамический диапазон около 118 дБ, и узким местом в системе становится уже не цифра.
После ЦАП в процессоре стоит аналоговый фильтр, он срезает всё выше половины частоты дискретизации. Цифровые фильтры внутри, от кроссовера до фазовыравнивателя, работают уже с числами, и их точность от разрядности почти не страдает: внутри процессоры считают с большим запасом бит.
Как «перегрузить» АЦП и почему это главная беда?
Перегрузить АЦП можно, и это самая частая беда. У АЦП есть потолок, 0 dBFS (см. дБ SPL, dBFS, dBV). Всё, что выше, срезается в жёсткий клиппинг, причём цифровой клип звучит грязнее аналогового. Если громкость магнитолы на максимуме, а вход процессора выставлен слишком чувствительно, искажения родятся прямо на входе, и никакие усилители их уже не уберут.
Где чаще всего портят звук на входе и выходе
- Выбирать процессор по цифре «бит» в рекламе вместо измеренных SNR и THD.
- Не согласовать уровень магнитолы со входом процессора и получить клип на входе АЦП.
- Думать, что высокая частота дискретизации расширит диапазон динамика. Твитер как играл до своих 20–25 кГц, так и будет.
- Поднимать эквалайзером все полосы вверх. Запаса до 0 dBFS не остаётся, клип появляется на громких местах.
Что уточняют, когда выбирают процессор
Оптика лучше RCA тем, что убирает одно лишнее преобразование: ЦАП в магнитоле и АЦП в процессоре. Меньше этапов, меньше шансов поймать наводку и лишний шум. Но разница в звуке будет заметна, только если аналоговая часть магнитолы слабая. Хорошая аналоговая линия от ровного источника в машине звучит не хуже.
Входной уровень процессора выставляют по самому громкому сигналу, который может прийти с магнитолы. Ставь громкость магнитолы на рабочий максимум, включай тестовый трек с высоким уровнем и поднимай чувствительность входа, пока индикатор не подойдёт к клиппингу, потом отступи с запасом. Если громкости магнитолы на максимуме хватает с избытком, вход процессора стоит слишком чувствительно, и клип родится на АЦП.
Для полосы звука 96 кГц не обязательны: 48 кГц уже дают полосу до 24 кГц, а слышим мы максимум около 20 кГц. Плюс 96 кГц виден в другом: цифровые эквалайзеры на верхней октаве ведут себя ближе к аналоговым, подробнее в статье про IIR-фильтры. Выбирая звуковой процессор, смотри прежде всего на измеренные SNR и THD.
Квантование - это округление каждого отсчёта до ближайшей ступеньки цифровой шкалы. Разница между настоящим значением и округлённым превращается в шум квантования, и чем больше разрядность, тем он тише: теоретически 6,02 × N + 1,76 дБ, то есть около 98 дБ для 16 бит и около 146 дБ для 24 бит. В реальном преобразователе шум аналоговой части обычно больше шума квантования.
Цифровой клиппинг срезает сигнал ровно по 0 dBFS, без какого-либо плавного ограничения: выше этой отметки чисел просто нет. Вершины волны становятся плоскими с острыми углами, и в звуке появляется много высоких гармоник. Аналоговый каскад перед перегрузкой часто ограничивает мягче. Поэтому запас до 0 dBFS держат на всём цифровом тракте, от входа до эквалайзера.
С АЦП и ЦАП мало что можно «настроить», зато легко испортить уровнями. Как выставить входы процессора и гейны так, чтобы запас сохранился по всему тракту, разбираем в шаге «Настройка системы».
Слышишь хрип на громкости, но не понимаешь, где он рождается? Опиши цепочку от магнитолы до динамиков в нашем чате, найдём слабое звено.
Источники
- В. А. Котельников, «О пропускной способности эфира и проволоки в электросвязи», 1933
- C. E. Shannon, «Communication in the Presence of Noise», Proceedings of the IRE, 1949
- А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров, «Акустика. Справочник», 1989
См. также: DSP-процессор, Динамический диапазон, Джиттер, S/PDIF.