2.5 Как снизить искажения и условия минимальной слышимости искажений

Нелинейные искажения - ограничение формы волны в области максимальных амплитуд

Для получения максимального качества с устройства передаточной функцией с постепенным ограничением в области максимальных амплитуд надо просто не превышать уровень сигнала выше порога, при котором начинается нелинейный режим.

Рост искажений может быть в любом компоненте тракта и соответственно необходимо проверить тракт от начала до конца.

Плеер (ПО)

Источником всегда является проигрыватель, который выдает поток на ЦАП. Иногда плеер может содержать эквалайзер или другую обработку звука.

Если для многих очевидно, что поднимая какой-либо частотный диапазон исходная звуковая волна выходит за рамки координатной сетки и возникает клиппирование (жесткое ограничение - срезание "макушек" на форме волны), то неочевидной является обратная ситуация, что когда понижается определенный частотный диапазон и это аналогично может приводить к клиппированию. Дело в том, что когда делается расчет кривой эквалайзера, то ключевые точки соединяются плавными линиями и около точки "провала" возникает нежелательный подъем.

При использовании любой обработки сигнала, желательно сперва уровень сигнала понизить, и тогда дальнейшая обработка не внесет нежелательных искажений. Если же понижать уровень сигнала после обработки, то искажения уже никуда не исчезнут.

ЦАП

Искажения обычно дает обвязка ЦАП из-за проблем со схемотехникой или недостаточного питания. В редких случаях используется излишне высокий коэф. усиления в предусилителе для ЦАП (как у )

Регулировка уровня сигнала в ЦАП делится на два вида - цифровой до микросхемы ЦАП (или непосредственно в ней) и в аналоговом виде после ЦАП.

Если есть проблема с клиппированием на выходе ЦАП в его обвязке, то устранить эти искажения можно путем понижения уровня громкости в цифровом виде до ЦАП. В этом случае уровень сигнала после микросхемы ЦАП не будет выходить за линейный участок передаточной характеристики.

Сильный клиппинг

В примерах выше виден значительный рост искажений около максимальной амплитуды. В такой ситуации необходимо понижать уровень сигнала до ЦАП.

Незначительное клиппирование

Здесь рост искажений не такой явный. Если основная музыка состоит из записей с широким динамическим диапазоном, где пики на звуковой волне - это редкие высокочастотные всплески, то вероятность услышать искажения от клиппирования довольно мала и можно не понижать уровень громкости.

В плеере HiFiMan HM 801 используется только аналоговый регулятор после ЦАП. Одним из вариантов устранения клиппирования - это включить его штатный эквалайзер, где при его активации снижается уровень громкости до ЦАП на 6 дБ.

Из-за особенностей прошивки, при понижении уровня звуковой поток преобразуется в 24 бит (что правильно, т.к. в этом случае не происходит понижения разрядности сигнала), но к сожалению на 24-х битный ЦАП поступает исключительно 16-ти битный поток с грубым округлением разрядности, что приводит к дополнительным искажениям в области тихих звуков. Таким образом, вариант компромиссный. Если использовать этот плеер как внешний ЦАП с цифровым входом SPDIF, то он корректно передает данные 24 бит на ЦАП и раскрывает свое качество в полной мере.

Для DAART Canary II рекомендуется понижение уровня громкости до ЦАП на 1 дБ. Так как DAART Canary II использует современный ЦАП, то на выходе программного плеера надо установить вывод данных в 24/32 бит и тогда точность данных от регулировки звука полностью сохранится.

MUSE AUDIO 4 x TDA1543 NOS DAC использует мультибитный R2R ЦАП не самого высокого класса с относительно высокими искажениями. Исходя из графика, ему желательно понизить уровень громкости до ЦАП на 2 дБ, но помнить, что и любое понижение громкости даст дополнительный неизбежный рост нелинейных искажений. Так как данные ЦАП может принимать только в 16 бит, то вывод потока аналогично должен быть строго в 16 бит, а алгоритм понижения амплитуды использовать диттер (подмешивание специального шума, устраняющего искажения от операций с конвертацией разрядности).

Искажения в области максимальных амплитуд

Наиболее распространенная ситуация, когда нет резкого роста искажений в виде явного клиппирования, но тем не менее есть "плавный" подъем искажений с гармониками высоких порядков.

Такой подъем не обязательно отчетливо слышен и может дать лишь дополнительную окраску звука. С одной стороны желательно понизить уровень от начального роста искажений, но из-за того, что это требует довольно сильного понижения по громкости, то тут возникают неизбежные компромиссы.

После ЦАП у нас идет усилитель с определенным максимальным уровнем усиления. Может получится так, что понизив уровень у ЦАП до максимально качественного уровня, усилитель не сможет обеспечить необходимую громкость с имеющимися наушниками. Обычно это актуально для наушников с низкой чувствительностью.

Клиппирование на меандре

Т.к. в каждом ЦАП (кроме вариаций NOS) есть алгоритм повышения частоты дискретизации, то на сигналах, далеких от чистого синуса, могут возникать всплески выше 0 dBFS. У некоторых моделей есть небольшой запас по амплитуде, но производители не всегда обеспечивают микросхему ЦАП необходимым запасом питанием, ориентируясь лишь амплитуду синуса.

Слышимость межсемплового клиппирования находится под вопросом, т.к. в основном "срезаются" лишь верхушки у высокочастотных сигналов, а это считается, что услышать нельзя. Но для собственного успокоения можно немного снизить громкость, если у ЦАП нет запаса по амплитуде выше 0 dBFS.

Усилитель

У усилителя регулятор громкости может быть выполнен как делитель напряжения на входе и на такой усилитель можно подать сигнал любого уровня громкости, а может иметь входной каскад до регулировки громкости, что ограничивает допустимый входной уровень.

Например, у усилителя балансный вход, и сигнал в балансном виде поступает на ОУ, в нем переводится в небалансный сигнал и только потом производится регулировка уровня сигнала перед подачей на блок усилителя. Если ОУ при текущем питании может через себя пропустить на более "стандартных" 2+2 В_RMS, то при превышении этого уровня на входе будет клиппирование сигнала. И дальнейший регулятор громкости положение никак не исправит. Вторым вариантом таких ограничений может быть использование DSP с АЦП на входе и соответственно регулировкой уровня звука через DSP.

Если усилитель на входе может перегружаться, то желательно уровень громкости понизить у источника или добавить предусилитель (это может быть пассивный регулятор громкости на переменном резисторе или реле). В паспортных характеристиках иногда указывают допустимые уровни сигнала для входа.

Для усилителей обычно приводят график искажений от амплитуды под определенным номиналом нагрузки.

Сами по себе значения напряжения для пользователя абстрактны, ведь звук мы слушаем через наушники или АС. У наушников есть параметр чувствительности, который позволяет нам предположить конечный уровень громкости. Если нам надо услышать звуковое давление в 100 дБ SPL, а чувствительность наушников равна 115 дБ/В SPL, то от усилителя нам надо напряжение -15 dBV (0.17 В_RMS). Если при этом уровне напряжений нет нежелательных искажений, то мы можем предполагать качественный звук. Но помнить, что если мы не видим искажения под уровнем шумовой полки, то они там все же могут там быть.

Для более быстрой и наглядной оценки график для усилителя можно строить сразу к звуковому давлению, указав в настройках чувствительность наушников к напряжению (не к мощности ).

Если на участке между усилителем и наушниками видно, что на желаемой нам громкости есть нежелательные искажения, то избавится от них можно только одним способом - выбором другого усилителя или других наушников (с большей чувствительностью или бОльшим сопротивлением).

График выше, выраженный к звуковому давлению показывает искажения только усилителя. При оценке звукового давления, выше 120 дБ SPL стоит учитывать, что сами наушники могут уйти в собственные искажения.

Наушники/АС

Если искажения возникают в низкочастотном диапазоне, то можно использовать эквалайзер с отсечкой самых низких частот. Это может существенно снизить искажения без ощущения потери баса. Такое обычно применяют для АС.

Редко (а может и нет) искажения может дать кабель от наушников (или для колонок). Кабель для наушников обычно является многожильным для высокой гибкости. Со временем жилы перетираются и рвутся. И в проводе возникают участки с очень малым сечением, через которое не может пройти необходимое количество тока. В наибольшей степени этому подвержены провода из литцендрата, где каждая жила в изоляции. При проверке мультиметром такие провода не выявляются, т.к. тест проводится малым током. С таким проводом чаще всего при прослушивании на большой громкости возникает ощущение дисбаланса между каналами (т.к. проблема обычно возникает в проводе одного из каналов, или в разной степени между каналами). На данный момент готовится подробный отчет с примером такого провода.

<< 2.4 Субъективное восприятие | 3. Искажения формы волны в области минимальных амплитуд >>