Зачем нужен Hi-Rez Audio не аудиофилам?

Какая реальная польза от поддержки Hi-Res Audio?

О сертификате Hi-Res Audio


Сегодня многие продукты маркируются логотипом Hi-Res, который означает поддержку форматов высокого разрешения. Для источников в виде портативных плееров, звуковых карт и USB-наушников это означает поддержку частот дискретизации выше 44/48 кГц.



Но, если не использовать специальные аудиофильские записи в форматах высокого разрешения и не касаться спорной темы на слышимость частот выше 20 кГц, то есть ли от этой поддержки хоть какая-то польза для обычного применения? Например при просмотре роликов с YouTube или звука в играх?

Как показывает практика - есть и очень заметная.


Сертификат Hi-Res Audio получают устройства, которые способны воспроизводить звук на частотах выше 20 кГц. Для наушников с аналоговым подключением этот сертификат является рекламной мишурой, т.к. все наушники способны воспроизводить частоты выше 20 кГц - просто какие-то модели их воспроизводят тихо, а другие очень тихо. Критерия порога этого “тихо” у сертификата Hi-Res Audio нет (либо он якобы есть, но не подлежит разглашению). Соответственно, абсолютно любые наушники могут его получить.

Для цифровых источников воспроизведение частот выше 20 кГц зависит от поддерживаемых частот дискретизации у ЦАП и соответственно все устройства, которые содержат современный ЦАП, соответствуют сертификату Hi-Res Audio.

Во всем виноват системный микшер


Дело в том, что в современных устройствах, как в компьютере, так и смартфоне, весь звук проходит через системный микшер. Он занимается смешиванием всех аудио потоков от разных программ. Все отдельные звуки с YouTube, видеоплеера, Skype, музыкального плеера и прочих программ должны преобразоваться в один стерео-поток.


Микшер всегда работает на определенной частоте дискретизации.

Все входящие звуковые потоки пересчитываются в ту частоту, на которой работает системный микшер. Чем выше частота, тем меньше искажений попадет в слышимый диапазон частот.

Откуда взяться искажениям при увеличении частоты дискретизации?

Это примерно как взять картинку с рисунком шахматной доски и немного увеличить с 8х8 пикселей в 15х15 пикселей. Очевидно, что при некратном увеличении нельзя просто продублировать пиксели для сохранения исходного рисунка. И при кратном увеличении будет вопрос, новые пиксели должны просто дублировать соседние, или содержать промежуточный цвет между исходными пикселями.

Оптимальный вариант будет зависеть от типа изображения. Но, чем больше будет разрешение конечной картинки по отношению к исходнику, тем визуально меньше будут заметны артефакты от изменения размера.



В нашем случае, при увеличении разрешения в пикселях, каждый пиксель будет более мелким. Т.е. увеличивая картинку в пикселях, мы по сути увеличиваем плотность пикселей при том же визуальном размере картинки.

Аналогично и с повышением частоты дискретизации - от повышения частоты дискретизации мы не получаем принципиально новых звуков, измерения тональности или скорости воспроизведения. Но при этом, при изменении частоты дискретизации мы получаем добавочные искажения в звуке. Чем выше будет частота дискретизации у системного микшера, тем больше искажений попадет в неслышимый высокочастотный диапазон.

Если источник воспроизведения звука всего один, то системный микшер на пути сигнала не нужен. Но для стабильности работы всей системы, он обрабатывает звуковой поток независимо от того, воспроизводит звук всего одна программа или десять.


Для тех, кто желает слушать музыку в высоком качестве - имеет смысл использовать вывод звука в обход системного микшера системы.

Такое поддерживают некоторые плееры для ОС Windows и Android (и профессиональный софт для обработки звука). Такой возможности нет ни в играх, ни в браузерах, ни в мессенджерах. Для ОС Android проект RAA проводит отдельные тесты для программных плееров, выявляя плееры с оптимальными настройками и смартфоны, в которых это работает.

В играх на слабомощных системах излишне высокая частота может снизить общую производительность - тут стоит делать разумный компромисс между качеством и быстродействием (если такой выбор возможен).

Улучшение звука при высокой частоте дискретизации

От алгоритма пересчета может существенно зависеть качество. При выборе алгоритмов под “обычного пользователя” между быстродействием и качеством делают выбор в пользу быстродействия. При переходе на более высокую частоту дискретизации посредственный алгоритм пересчета дает результат существенно лучше.

В тестах ОС Android, частота дискретизации устанавливается из расчета максимально поддерживаемой устройством. Спектры у устройств с поддержкой высоких частот дискретизации получились гораздо чище.

Таким образом, даже без прослушивания аудиофильских записей, поддержка Hi-Res Audio автоматически дает прирост качества звука в фильмах, играх и on-line аудио.

Игры, качество звука и Hi-Res Audio

Скрыть

Не так давно, у меня ноутбук использовался в паре со звуковой картой Creative SoundBlaster Omni. Изменение общей частоты дискретизации с 48 кГц на 96 кГц существенно повлияло на качество звука в TES Oblivion. Это подтверждают и измерения этой карты при настройке системного микшера на 48 и 96 кГц.

Раньше самое высокое качество в играх обеспечивали звуковые карты семейства X-Fi, где 90% мощности аппаратного процессора использовалось под качественный ресемплинг (так же работают анти-алиасинг фильтры в видеокартах). Частично проблему создал и стандарт AC97, где опорной частотой для кодеков и звуковых карт была 48 кГц вместо 44.1 кГц.

Сейчас, в редкие моменты, когда возникает желание поиграть в игры, использую простую версию X-Fi, подключенную по SPDIF к ASUS Essence One. При этом X-Fi позволяет вывести и звук виртуально на любую другую звуковую карту или внешний USB-ЦАП.




Кузнецов Роман
Основатель RAA


Известен под никами

romanrex
iXBT.com
player.ru
Head-Fi.org
Оverclockers.ru
habr.com
...
r.a.a.
4pda




Разница в искажениях для Creative SoundBlaster Omni
Синий спектр - частота дискретизации 96 кГц, оранжевый - 48 кГц.



Разница в искажениях для Xiaomi Redmi Note 4X
Синий спектр - без системного микшера, оранжевый - с системным микшером.

В играх в Android ситуация аналогична. Но частоту для системного микшера в Android нельзя менять и она будет просто максимально возможной.

В Windows частота дискретизации системного микшера настраивается в свойствах звукового устройства.

До появления Windows Vista ОС ставила максимальную частоту воспроизведения для воспроизводимого файла и был автомат опорной частоты при воспроизведении из одной программы. Примерно так сейчас работает Linux. Начиная с Windows Vista, опорная частота задается вручную.



В наушниках Hi-Res Audio наиболее актуален

Последнее время наушники являются более распространеными - источниками являются не только стационарные компьютеры в отдельном помещении, но и множество портативных ноутбуков и смартфонов.

Если громкость у колонок чаще всего регулируется отдельно в усилителе или на самой колонке, то громкость для наушников чаще всего устанавливают непосредственно в источнике. Т.е. через системный микшер устройства.

Одним из источников искажений является грубый расчет амплитуд по шкале разрядности сигнала в виде транкейта. Специально для демонстрации были разработан специальный тестовый сигнал и записаны демонстрационные треки, которые можно самостоятельно послушать.


Чем больше снижается громкость относительно максимума, тем сильнее слышно искажения. В примере со смартфоном LeEco Cool changer s1 видно, что при уменьшении амплитуды относительный уровень искажений растет. Амплитуда полезного сигнала уменьшается, а гармоники от искажений остаются на том же уровне.

Для колонок в источнике обычно устанавливают максимальный уровень, а в колонках или усилителе уже в аналоговом виде убавляют уровень до приемлемого максимального значения. В дальнейшем, при корректировке уровня громкости через системный микшер (если это удобнее) искажения не столько очевидны.



Таким образом, часть наушников с беспроводным подключением по Bluetooth при подключении к смартфону с хорошим аудиотрактом может обойти по качеству проводные наушники, банально из-за внешней регулировки громкости в самих наушниках. Деградация качества от передачи сжатого потока по Bluetooth будет меньше, чем искажения от системного микшера.

Для наушников, подключаемых напрямую к звуковой карте или смартфону, регулировка звука доступна только через микшер и порой требуется слишком большое снижение уровня для комфортной громкости. Это делает искажения от микшера более заметными.

К сожалению, эти искажения сам по себе Hi-Res Audio не может убрать напрямую, но в большинстве ЦАП с поддержкой Hi-Res Audio есть возможность регулировать уровень громкости через собственный регулятор громкости. Таким образом искажения от системного микшера уменьшаются вместе и с уменьшением уровня громкости через внешнее устройство.


Если рассматривать проблему регулировки громкости и искажений от транкейта, то в большей степени спасает возможность регулировки громкости во внешнем устройстве. Обычно, это устройства с выделенным ЦАП.

Среди внутренних звуковых карт регулировка громкости через ЦАП есть в Creative AE-5.



Скрыть

Очень часто проблемы с качеством звука находятся совсем не там, где их привыкли видеть. Из-за этого часть технических тестов и привычных методик не дают предсказуемого результата.

Надо все время сравнивать получаемые результаты технических тестов с субъективным восприятием и находить новые взаимосвязи.




Кузнецов Роман
Основатель RAA



Известен под никами

romanrex
iXBT.com
player.ru
Head-Fi.org
Оverclockers.ru
habr.com
...
r.a.a.
4pda





Комментарии



Андрей Янч vk
2018-11-11 21:28:32

Комментарий к обзору: Какая реальная польза от поддержки Hi-Res Audio не для аудиофилов?
Пример с SoundBlaster Omni демонстрирует в первую очередь ущербность самой SoundBlaster Omni, а не пользу от высокой частоты дискретизации.

"Таким образом, даже без прослушивания аудиофильских записей, поддержка Hi-Res Audio автоматически дает прирост качества звука в фильмах, играх и on-line аудио" ...при использовании фиговых ОС и/или устройств.
Ответ


romanrex
2018-11-11 21:30:12

Комментарий к обзору: Какая реальная польза от поддержки Hi-Res Audio не для аудиофилов?

Андрей Янч vk 2018-11-11 21:28:32
Комментарий к обзору: Какая реальная польза от поддержки Hi-Res Audio не для аудиофилов?
Пример с SoundBlaster Omni демонстрирует в первую очередь ущербность самой SoundBlaster Omni, а не пользу от высокой частоты дискретизации.

"Таким образом, даже без прослушивания аудиофильских записей, поддержка Hi-Res Audio автоматически дает прирост качества звука в фильмах, играх и on-line аудио" ...при использовании фиговых ОС и/или устройств.


За пересчет отвечает в первую очередь микшер ОС. В целом, можно подключить высококласный ЦАП, но качество после микшера будет неполноценным.

Для прослушивания музыки такой ЦАП спасет ASIO и WASAPI, но этот вывод не поддерживается в браузерах и многих видеоплеерах. В этих источниках выходом для меньшей деградации будет выбор высокой частоты дискретизации в микшере. Если интересно, можно провести отдельные тесты для Win 7 и Win 10.

Из видеоплееров я рекомендую Light Alloy с возможностью вывода в Wasapi.
Ответ


Андрей Янч vk
2018-12-10 21:30:40

Комментарий к обзору: Какая реальная польза от поддержки Hi-Res Audio не для аудиофилов?

romanrex 2018-11-11 21:30:12
Комментарий к обзору: Какая реальная польза от поддержки Hi-Res Audio не для аудиофилов?
За пересчет отвечает в первую очередь микшер ОС. В целом, можно подключить высококласный ЦАП, но качество после микшера будет неполноценным.

Для прослушивания музыки такой ЦАП спасет ASIO и WASAPI, но этот вывод не поддерживается в браузерах и многих видеоплеерах. В этих источниках выходом для меньшей деградации будет выбор высокой частоты дискретизации в микшере. Если интересно, можно провести отдельные тесты для Win 7 и Win 10.

Из видеоплееров я рекомендую Light Alloy с возможностью вывода в Wasapi.


Для демонстрации влияния именно микшера windows разве не было бы проще и нагляднее использовать виртуальную звуковую карту, чтобы полностью исключить влияние аппаратной части, продемонстрировав лишь последствия работы микшера?
Ответ


Хотите оставить комментарий или задать вопрос? Зарегистрируйтесь или войдите под своим логином