Пересчитывая цифру (Часть 1)

Когда-то, на заре прихода цифровых технологий, разработчики уверяли нас, что качество «цифры» неоспоримо — она сохраняет исходный сигнал в первозданном виде и таким же передает его на выход. Если за первую часть догмы ответственны профессионалы, то что касается второй — идеала здесь нет и быть не может в силу слишком уж немалого разброда характеристик бытовой аппаратуры. Вот и появляются на свет новейшие технологии, разного рода оригинальные (еще чаще эксклюзивные) алгоритмы обработки цифрового сигнала. Рассмотрим некоторые из них на примере цифрового звука

Зачем нужна обработка?

С точки зрения Нigh End любое искажение сигнала (а обработка это все же внесение изменений в «исходник» ) есть зло. Поэтому фанатам моноканальных усилителей и чистых трактов, во избежание психологических травм, данную статью читать не рекомендуем. Правда, если оценивать роль обработки с позиции получения правильного конечного результата в меняющихся акустических и технических условиях, то ее польза велика. К тому же в кинозвуке избежать некоторой «отделки» сигнала нельзя вообще. Иначе говоря, обработав сигнал, мы можем привести его в ту субъективную форму, которая будет соответствовать реалиям акустических параметров помещения и, что порой даже важнее, нашему собственному вкусу.

Какие типы обработки цифрового звука встречаются в аппаратуре?

Мы пока не будем показывать примеры из жизни, а попробуем разобраться с основами, чтобы в будущем с легкостью понимать, к чему способно привести применение тех или иных алгоритмов.
Итак, все обработки делятся на четыре типа: амплитудная, частотная, временная и смешанная. Больше, собственно говоря, менять в звуковом сигнале и нечего.
Самая на первый взгляд простая из них – амплитудная. Однако даже изменение амплитуды сигнала (громкости) может иметь значительные последствия, если это не просто кручение ручки Volume. Наиболее характерный пример – компрессия. Это быстрое изменение амплитуды сигнала: тихие звуки – громче, громкие – тише. В итоге ограничивается динамический диапазон. Чтобы услышать результат, достаточно включить любую FM-paдиостанцию – в силу технических ограничений диапазон ужимается до 35 дБ (для сравнения, компакт диск имеет 98 дБ). Подобный алгоритм зачастую скрывается и под кнопкой Loudness в недорогой аппаратуре, и проблема здесь только одна – хороший компрессор стоит немало. В последнее время встречается еще так называемый максимайзинг, который также занял почетное место «уплотнителей» звука. Его применяют в профессиональных студиях, чтобы создать субъективное ощущение большей громкости. Кстати, ему мы обязаны появлением крайне зажатых, но в тоже время «ударных» записей танцевальной музыки. В бытовых условиях он попадается редко, разве только в виде плагинов к популярному плееру Winamp.
Второй тип – частотная обработка. Наверное, многие знакомы с таким прибором, как эквалайзер (или просто ручки регулировки НЧ и ВЧ). Это как раз и есть пример частотных искажений. Почему сразу искажений? Дело в том, что в 99 % случаев эквалайзер вносит довольно серьезные аберрации в исходный сигнал, в том числе и фазовые. А оставшийся процент стоит настолько дорого, что в быту практически не встречается. Поэтому, прежде чем крутить рукоятку увеличения баса или ВЧ, как следует подумайте – ведь в результате звук будет размыт, атака сместится, потеряв согласованность с остальным спектром. Казалось бы, цифровая обработка не должна так уж сильно влиять на сигнал, однако алгоритмы частотно-фазовых преобразований до сих пор несовершенны...
Наконец, третий тип обработки – временной (он же фазовый).
Самый простой его вид – это задержка между фронтальными и тыловыми колонками, настраиваемая в зависимости от расстояния АС друг от друга. Поскольку алгоритм здесь довольно прост, то пользоваться задержками можно в аппаратуре, в общем-то, любого класса. Однако когда дело доходит до формирования окружающего звучания и уже применяются более сложные эффекты наподобие реверберации (эха), то возникает ситуация, аналогичная случаю с эквалайзерами. Большинство обработок, создающих искусственное окружающее пространство (такие пресеты на ресивере, как Наll, Big Room, Theatre и прочие), грешат слабым качеством. К тому же не следует забывать, что звукоинженеры в студиях уже сымитировали пространство, задуманное режиссером, а наложение одних обработок на другие может дать непредсказуемый эффект. Впрочем, и относиться к ним стоит только как к «эффектам», но ни в коем случае не как к алгоритмам, улучшающим или помогающим воспроизвести правильный звук.

Почему без включения кнопки типа SuperBass переносной плеер слушать практически невозможно?

Здесь мы как раз сталкиваемся с тем случаем, когда обработка сигнала необходима в связи с особыми условиями прослушивания. Кстати, подобные технологии относятся к смешанным, то есть в них используется сразу несколько типов обработки. Так, сигнал эквализируется, его низкочастотный спектр подвергается компрессии, и тем самым звук получается плотный, как раз для маленьких наушников. Странно, что до сих пор производители такой техники не додумались встраивать в плееры регулируемый пользователем компрессор, чтобы можно было настраивать динамический диапазон, – это было бы полезно, скажем, при поездке в метро, где тихие ноты услышать нереально.
Наиболее совершенные на сегодняшний день алгоритмы уже не просто эквализируют, но и работают с гармонической составляющей сигнала. Например, в последних моделях телевизоров JVC есть обработка басового спектра, которая позволяет обмануть уши за счет создания парных гармоник. В итоге вы слышите довольно плотный бас, хотя в реальности его нет – динамики его просто не воспроизводят, а следовательно, соседи будут спать спокойно. К психоакустическим алгоритмам относится и МР3-компрессия
(не путайте с амплитудной), когда, пользуясь знанием о том, что человеческое ухо все равно не услышит какую-то часть потока (например, звук сразу после громкой атаки), его убирают, что позволяет уменьшить размер файла.

Сейчас в описаниях часто встречаются такие технологии, как SRS WOW, TruBass и Focus. Что кроется за этими названиями?

В этот список можно внести еще несколько наименований продуктов американской лаборатории SRS Labs, Inc., среди которых WOW, TruSurround ХТ, Mobile HD и другие, ставшие в последнее время очень популярными. Первой разработкой этой компании был алгоритм Sound Retrieval System, позволяющий при воспроизведении моносигнала получать звучание, воспринимаемое на слух как довольно-таки приличная стереозапись. Более поздняя система SRS 3D является уже «расширителем» стереобазы. 3а счет фазовой и частотной обработок исходного сигнала, увеличения разницы между правым и левым каналами, добавления в поток «слепков» узких частотных полос исходника указанный алгоритм создает ощущение окружающего звука. Надо заметить, что искажается изначальный сигнал достаточно сильно, поэтому применять его рекомендуем все же в недорогих системах. Кстати, с SRS 3D начинались и все последующие технологии для кинотеатрального звука из двух колонок (или наушников), такие как TruSurround ХТ, Headphone 360 и прочие. Функция SRS WOW - это набор из нескольких алгоритмов (3D, TruBass, Focus), она обычно позиционируется как «улучшайзер» для техники, воспроизводящей файлы МР3 и WMA, сжатые с потерей качества.
Технология Focus делает звук как бы немного выше по вертикали, чем фактически находятся динамики. Она также основана на психоакустических исследованиях и за счет частотной и фазовой обработки и введения задержек в исходный сигнал добивается от наших ушей уверенности в ином, виртуальном расположении излучателей. Focus актуальна для автомобильного аудио, но и во время просмотра фильмов «глас с небес», возможно, кому-то придется по вкусу, а потому эта функция часто встречается в плоскопанельных телевизорах.
TruBass работает аналогично упомянутому выше алгоритму, использующемуся в продукции JVC, то есть обманывает человеческое ухо с целью повысить слышимый басовый спектр. Если одновременно будут звучать ноты 100 и 150 Гц, то человек будет чувствовать, причем довольно реалистично, присутствие звука с частотой 50 Гц. TruBass выделяет область средней и верхней середины, раскладывает ее на гармоники и динамически обрабатывает (сужает диапазон, создавая субъективное ощущение высокой громкости).
И если SRS Labs, Inc. специализируется на всяческих «улучшайзерах», то знаменитая Dolby Labs занимается системами декодирования многоканального саунда. Но об этом читайте уже в следующем номере.