FAQ: АЦП, биты, платы и уровень записи

Тема в разделе "FAQ/HELP", создана пользователем sunet, 2 авг 2006.

     
Статус темы:
Закрыта.
  1. sunet

    sunet Victor Buruiana, 1959

    Регистрация:
    18 июл 2005
    Сообщения:
    8.966
    Симпатии:
    3.676
    Пол:
    Мужской
    Род занятий:
    music, recording, acoustic, radio
    Адрес:
    Chisinau, Moldova
    Оказывается многие даже опытные звукорежиссеры, особенно те что начинали работать на аналоговой технике, плохо понимают что такое битность сигнала, чем отличаются разные АЦП и как правильно выставлять уровень при цифровой записи. Ведь раньше было очень удобно слегка перегрузить магнитную ленту, достигая и обогащения гармониками и легкой компрессии без компрессора как такового и при этом можно было не так уж часто смотреть на индикатор уровня. Попробуем немного разобраться как быть при цифровой записи.

    Когда компьютеры были большими (а по возрасту маленькими) они были как
    аналоговыми так и цифровыми (хотя в самом раннем детстве они не были даже электронными), причем аналоговые считались более перспективными (а некоторые ученые считают так и сейчас) и для них много чего изобрели, в частности такое прекрасное устройство как ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (который потому так и называется, что в юности совершал математические операции) и без которого наши студийные приборы сейчас просто немыслимы. Но со временем цифровой компьютер победил (возможно временно) и всех стало интересовать почему это там все измеряется в «нулях» и «единицах», т.е. почему там используется двоичная система, когда все числа составляются из всего двух цифр - нуля и единицы. Оказывается такие системы стабильнее (меньше подвержены наводкам) и математические операции на них совершаются точно и просто. Составим число из 4-х цифр и назовем его термином «слово». При этом число (слово) будет называться 4-х разрядным и оно сможет изображать всего 16 разных чисел – от 0000 – это ноль, и далее до 1111 – это число 15. Конечно этого мало, но когда 15-ти значений не хватает, можно выйти из положения и разбить большое число на несколько слов и передать их по очереди. Ведь мы так и поступаем когда разговариваем друг с другой – передаем сложные значения комбинацией слов, почему бы и компьютерам так не делать? Да потому что это медленно! Хорошо, давайте увеличим длину слова до 8 разрядов, т.е. сделаем его 8-битным! Такое 8-битное слово еще называется байтом. В один байт можно закодировать 256 комбинаций. Уже лучше! Компьютеры были 8-битными довольно долго и даже наши любимые IBM-РС родились такими. Но людям всегда хочется больше и быстрее! Вначале 16 бит, потом 32 и совсем недавно они наконец стали 64-битными. Возможно через лет 10 дойдет очередь и до 128-битных. Поживем –увидим!
    Надеюсь пока не слишком сложно...?

    Теперь попробуем ответить на ряд часто задаваемых вопросов:

    1. ЧТО ТАКОЕ АЦП?
    АЦП (аналогово-цифровой преобразователь) это электронный вольтметр который периодически (с частотой F) измеряет входное напряжение и передает эти измерения в виде двоичных чисел в память компьютера. Т.е. он совершает конвертирование аналогового сигнала в цифровой и потому еще называется конвертером. Далее компьютер может совершать над этими изображающими звук числами чисто компьютерные операции.
    Если мы захотим сконвертировать в цифровую форму входной звуковой сигнал при помощи 4-х разрядного АЦП, то мы сможем это сделать с точностью в 1/15-ю от входного напряжения т.е. с искажениями в примерно 7%! Ужасно! И ведь это при том что амплитуда входного сигнала будет максимально возможной для данного АЦП. А что будет если сигнал будет слабее, скажем в два раза (-6дБ) ? В его конвертировании старший разряд уже не будет учавствовать и нам останется всего 8 комбинаций (3 бита) и погрешность возрастет до 14 % !!! И чем меньше будет сигнал, тем, само собой разумеется, больше будет погрешность. Теперь рассмотрим обратный случай – сигнал по амплитуде будет больше чем тот на который расчитан АЦП. Естественно что для отображения такого сигнала потребуется еще один, 5-й бит, но его ведь нет! И искажения сразу прыгнут до целых 50 % ! Вспоминаете треск цифровой перегрузки?
    Предположим теперь что у нас 16-разрядный АЦП. При его помощи можно получить уже целых 65356 различных значений (комбинаций) и при потере одного разряда искажения будут несущественными, но... это для максимальных значений сигнала! А ведь музыка имеет свой динамический диапазон и не все время играет громко, даже если это дискотечная музыка! А если у нас скажем инструмент второго плана играет с уровнем
    -24 дБ? Это уже минус 4 разряда. Но есть же инструменты которые звучат еще тише, наконец есть реверберация, от которой так много зависит, и которая звучит намного тише! К сожаленью в начале 80-х годов 20-го века были приняты стандарты цифрового диска - 16 бит при F=44100 Гц и цифрового магнитофона – 16 бит при F=48000 Гц. Как мы уже выяснили – этого мало, но... стандарт есть стандарт и его надо соблюдать! Тем более что тогда даже 16-битные АЦП были на грани технологических возможностей! В результате последующих акустических тестов при сравнении лучших магнитных лент с лучшими АЦП оказалось что разница между ними пропадает приблизительно при числе разрядов от 19-ти и выше. Вслед за этим появились 20-разрядные АЦП которые обеспечивают требуемое качество записи. Но во-первых почему не больше, разве магнитная лента предел мечтаний? Во-вторых при записи, редактировании и сведении обычно теряются несколько бит, а значит нужен студийный технологический запас. Вот почему сегодня АЦП стали 24-битными.

    2. ЧЕМ ОТЛИЧАЮТСЯ ЦАП И АЦП?
    ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) это устройство обратное АЦП. Оно
    конвертирует звуковую информацию из цифровой в аналоговую. ЦАП сделать несколько проще, поэтому он дешевле чем АЦП. Работающие в паре ЦАП и АЦП должны иметь одинаковые параметры – т.е. одинаковое колличество разрядов и одинаковую частоту. Звук в компьютерном представлении мы слышать не можем, а потому без ЦАП-ов контроль звука невозможен.

    3. КАКАЯ СВЯЗЬ МЕЖДУ БИТНОСТЬЮ КОМПЬЮТЕРА И ЗВУКОВОЙ ПЛАТЫ.
    Некоторые хвастаются что у них 64-битный компьютер и потому у них более качественный звук. Это неверно. То что звуковая плата имеет 24-битные конвертеры не имеет никакого отношения к тому сколько бит использует в своей работе центральный процессор компьютера. В компьютере много процессоров. Есть процессор в клавиатуре, занимающийся восприятием команд поступающих от наших пальцев, есть процессор в видеоплате занимающийся формированием изображения, процессоры жестких дисков и т.д. Всей этой армией процессоров управляет центральный процессор.
    На звуковой карте есть свой процессор управляющий конвертерами и у него свои частоты работы и своя разрядность. Это практически независимая система (компьютер в компьютере) обрабатывающая только звук.

    4. ЧТО СОДЕРЖИТ ЗВУКОВАЯ ПЛАТА?
    Чаще всего она содержит лишь три устройства – двойной (стерео) ЦАП, двойной (стерео) АЦП и процессор ими управляющий. Некоторые платы также содержат микшер для аппаратного микширования, а некоторые (очень редко) процессор эффектов или аппаратный сэмплер. Платы для многоканальной записи (например для того чтоб записать ударную установку необходимо как правило не менее 6-8 каналов записи) содержат большее число ЦАП и АЦП – 4, 6, 8 или даже 16. На многих современных платах есть также специальные порты для передачи MIDI сообщений. А если вы хотите переписать сигнал с компьютера на другой цифровой носитель, скажем минидиск, то нет необходимости конвертировать сигнал в аналоговый а затем (уже в минидиске) опять в цифровой. Это добавляет лишние искажения. Поэтому хорошая плата должна иметь не только аналоговые но и цифровые входы-выходы – коаксиальные или оптические, а лучше и те и другие.

    (продолжение ниже)
     
    djjack, Doomsterion, Ressa и 5 другим нравится это.
  2. sunet

    sunet Victor Buruiana, 1959

    Регистрация:
    18 июл 2005
    Сообщения:
    8.966
    Симпатии:
    3.676
    Пол:
    Мужской
    Род занятий:
    music, recording, acoustic, radio
    Адрес:
    Chisinau, Moldova
    5. КАКУЮ ВЫБРАТЬ ЧАСТОТУ ЗАПИСИ?
    Современные конвертеры могут работать на частотах 44100, 48000, 88200, 96000, а некоторые и 192000 Гц. Эта частота должна быть больше в два раза чем верхняя частота звукового диапазона. Если мы (с некоторым запасом) принимем верхнюю границу диапазона 22000 Гц, то частота работы конвертеров должна быть не меньше 44000 Гц. Отсюда и взялись стандартные 44100 и 48000 Гц. К сожаленью эти два формата друг в друга без потерь не конвертируются, поэтому если конечным продуктом ваших трудов будет CD, то записывать надо сразу в 44100, а если DVD – то 48000 Гц. Конечно, для лучшего качества можно работать на удвоеных частотах – 88200 и 96000 Гц, но при этом вам потребуется в два раза больше места на жестком диске и компьютер значительно мощнее.

    6. КАКУЮ ВЫБРАТЬ БИТНОСТЬ?
    Выше было уже сказано как случилось что конвертеры стали 24-битными и вполне можно рекомендовать этот формат как основной, но математики придумали еще один хитрый формат - 32 float, что-то вроде виртуальных 32-х бит. Этот формат позволяет избежать внутренних перегрузок математического аппарата.
    В некоторых случаях, например при записи через плагины, имеет смысл переключиться на этот формат, не забывая однако что при этом увеличится и пространство занимаемое на жестком диске.

    7. ЧЕМ ОТЛИЧАЮТСЯ ДОРОГИЕ И ДЕШЕВЫЕ ПЛАТЫ?
    Помимо отличий в колличестве входов и выходов, аппаратных микшеров, процессоров эффектов и сэмплеров, бывает что две платы имеют вроде одни и те же параметры и одни и те же возможности и при этом отличаются на порядок в цене. Почему? К примеру две платы имеющие два аудио входа, два аудиовыхода, MIDI вход и выход и цифровые вход и выход. Одна считается полупрофессиональной и стоит скажем 200$, а другая профессиональной стоит скажем 1000 $. Чем объяснить эту разницу?
    Причин как минимум две.

    Технологически крайне сложно сделать настоящий 24-битный конвертер, по утверждению некоторых специалистов даже невозможно (я настроен куда оптимистичнее) и потому по целому ряду причин, как то качество самой микросхемы конвертера, температурной нестабильности, нестабильности напряжения питания, нестабильности частоты опорного генератора, шумов аналоговой части, наводок, реально конвертер не способен обеспечить в младших разрядах достоверную информацию о входном сигнале и вписывает туда по сути шум. Разработчики полупрофессиональных плат, применив хорошие конвертеры экономят на остальных элементах и колличество "нерабочих" разрядов оказывается большим, в некоторых случаях качество оцифровки оказывается даже хуже чем на хороших 16-битных конвертерах.
    Разработчики профессиональных плат стараются не экономить на остальных элементах и выжимают из АЦП максимальное число "рабочих" разрядов. Значит ли это что полупрофессиональные платы не стоит использовать и что качество будет ниже соответсвенно цене? Или что не стоит записывать в 24-битном формате раз конвертеры его фактически не обеспечивают? Отнюдь нет. Программа-то в дальнейшем будет работать с 24-битным файлом со всеми вытекающими приемуществами!

    Вторая причина разницы в цене заключается в маркетинговой политике престижных фирм или другими словами в искуственном завышении цен на профессиональные платы.

    Так что можно производить вполне профессиональные записи и на полупрофессиональных платах, что однако не значит что не следует стремиться приобрести профессиональную! Ибо качественная запись при помощи полупрофессиональной платы будет стоить вам куда больших трудов, что означает лишь одно - на творчество времени останется мало...

    8. КАК НАСТРОИТЬ УРОВЕНЬ ЗАПИСИ?
    Помните что происходит при цифровой перегрузке – требуется отсутствющий лишний разряд и искажения скачкообразно становятся ужасно большими.
    Отсюда первый вывод – уровень никогда не должен превышать нуля!

    А что будет если записать сигнал со слабым уровнем? Можно ведь потом слабый сигнал увеличить программно. Да, можно, если конвертеры качественные и у нас остается некоторый запас качества. А если конвертеры плохие? Тогда мы потеряем часть разрядов, а вместе с ними и качество.
    Вывод воторой - записывать надо с максимальным уровнем, оставляя запас в несколько децибелл. И это относится не только к полупрофессиональным платам, но и при использовании профессиональных не помешает!

    Некоторые платы содержат встроенный микрофонный преамп. Конечно очень сложно обеспечить высокое качество такого преампа когда рядом столько источников цифровых наводок и такие преампы чаще всего предназначены для интернет-телефонии а не для студийной записи. Но предположим что инженерам все-таки удалось получить хорошее качество аналоговой части. Как же теперь регулировать уровень записи? Если преамп во внешнем блоке и содержит потенциометр которым можно управлять уровнем записи, тогда все в порядке! Но если такого регулятора нет (да и куда его встроишь на PCI-ной плате)? Тогда разработчики предлагают нам это делать программно... Но позвольте! Если уровень с микрофона перегружает АЦП, то программно этому горю уже не поможешь! А если уровень мал? Тогда его можно увеличить только вышеописанным способом, т.е. с потерей битов и качества. Так что запомните раз и навсегда – никогда не пользуйтесь встроенными преампами у которых нет потенциометра для регулировки чувствительности входа!

    Victor Buruiana
     
    djjack, other, Doomsterion и 5 другим нравится это.
  3. Phone Cuts

    Phone Cuts New Member

    Регистрация:
    7 сен 2004
    Сообщения:
    10.205
    Симпатии:
    1.284
    Род занятий:
    Graphic Design and Development
    Адрес:
    Toronto, CA
    я бы более подробно раскрыл эту тему, т.к. в любом случае лучше работать сначала с максимально возможной частотой, если такое позволяет компьютер и ньюанся работы. что за ньюансы?
    ну к примеру, если вы, предположим, работаете с проектами в которых много используете сэмплов с библиотек, то нету смысла переконвертироовать их туда сюда и лучше рабоатьт сразу в 44100 и не мучаться. однако если вы работаете без сэмплерных библиотек, а только с синтезаторами/драммашинами, то в данном случае выгодно работать в более высоких частотах, если опять же позволяет компьютерная мощность. (ИМХО)
     
    Последнее редактирование модератором: 19 дек 2009
  4. RUS-rus

    RUS-rus New Member

    Регистрация:
    22 авг 2007
    Сообщения:
    27
    Симпатии:
    0
    А если я делаю запись инструмента через пульт, а у него шкала от -30 до 12 Дб, как следует настраивать уровни входных и выходных сигналов пульта?
     
  5. mxc

    mxc Active Member

    Регистрация:
    8 сен 2006
    Сообщения:
    687
    Симпатии:
    194
    Род занятий:
    Audio Engineer
    Адрес:
    ufa
    Сигнал на запись в карту скорее всего берется с DIRECT OUT или INSERT на входной линейке пульта, верно? Потому как писать с MASTER OUT пульта нет особого смысла - зачем собирать весь шум с мастер-шины и прочего?
    Так вот. У входного каскада есть оптимум рабочего уровня. Жмешь кнопку SOLO на входной линейке, через которую пишется инструмент и крутишь GAIN (TRIM), пока средний уровень не будет колебаться около "0" на индикаторе пульта, а на пиках громкости не будет загораться перегрузка.
    Так теоретически можно получить лучшее соотношение сигнал/шум(искажения) для входной линейки пульта.
    Теперь главное чтобы на пиках громкости не перегружался АЦП карты. Если входной уровень на АЦП слишком низкий (по индикатору входной линейки в программе на пиках меньше, ну, -30...-40 dBFS), проверь распайку шнуров и, возможно, добавь GAIN - но чтобы не было перегрузки по входам.
    Уффф.... Сколько написал. Надеюсь, не зря. :) B)
     
    Последнее редактирование модератором: 19 дек 2009
    nikjos нравится это.
  6. loong

    loong New Member

    Регистрация:
    20 янв 2007
    Сообщения:
    156
    Симпатии:
    18
    Адрес:
    Москва
    Почему SPDIF выход из моего TC Helicon (Это вокальный процессор) даёт сигнал -6 Дб ?
    И не как не больше...

    Внутри самого процессора есть настройка уровня сигнала но она актуальна только для аналогова выхода!
     
  7. Methafuzz

    Methafuzz Loading. Please, wait...

    Регистрация:
    16 май 2006
    Сообщения:
    4.717
    Симпатии:
    2.088
    Пол:
    Мужской
    Адрес:
    Калуга
    чтобы не было клипирования. Ведь для цифрового сигнала 0 это абсолютный потолок. Вот и оставляют запас по перегрузке.
     
  8. loong

    loong New Member

    Регистрация:
    20 янв 2007
    Сообщения:
    156
    Симпатии:
    18
    Адрес:
    Москва
    -6 Дб ??

    я понимаю -0,5 или -1 на худой конец, а -6 то зачем....

    да и прикол в том что ты хоть заорись в микрофон он более не даёт!
     
    Последнее редактирование модератором: 19 дек 2009
  9. Methafuzz

    Methafuzz Loading. Please, wait...

    Регистрация:
    16 май 2006
    Сообщения:
    4.717
    Симпатии:
    2.088
    Пол:
    Мужской
    Адрес:
    Калуга
    Есть разные типы сигналов с разным отношением пикового к среднеквадратичному.
    Может быть тихий сигнал с большими пиками или наоборот громкий с приглаженными, зависит от предыдущей обработки. -0.5 или - 1 дБ обычно оставляют после матерого лимитера. С необработанным голосом такое не прокатит. Невозможно будет удержать сигнал на этом уровне, обязательно в клип уйдет.

    А тут подобрано так, чтобы в самом худшем случае пики не доставали до абсолютного потолка. так что плохо орешь, раз до самого худшего случая не дотягиваешь. :)

    6 дБ запас по перегрузке маленький кстати, в профессиональной технике принято оставлять headroom как минимум 12 дБ.


    Но это я говорю в общем, а у Хеликона могут быть какие-то особенности. Особенно будет обидно, если ты орешь, а там автогейн какой-нибудь стоит. RTFM в таких случаях помогает как правило. :)
     
  10. RUS-rus

    RUS-rus New Member

    Регистрация:
    22 авг 2007
    Сообщения:
    27
    Симпатии:
    0
    mxc, да это все понятно, только пульт-то у меня не цифровой, и если шкала расчитана до 12 Дб, почему следует придерживаться 0 Дб?
     
  11. mxc

    mxc Active Member

    Регистрация:
    8 сен 2006
    Сообщения:
    687
    Симпатии:
    194
    Род занятий:
    Audio Engineer
    Адрес:
    ufa
    Причем здесь цифровой? Что тогда понятно? :)
    Все вышесказанное о пульте как раз и относится к аналоговой технике! У которой и существует некий оптимальный рабочий уровень, при котором выполняются заявленные характеристики (в теории, конечно; на практике бывает по-разному, в зависимости, например, от класса устройства).
    Этот оптимум для входной линейки - как раз 0 dB в режиме SOLO PFL. Тише - ухудшается соотношение сигнал/шум, громче - возрастают нелинейные искажения.
    Ну почитайте руководство к пульту! Там все написано.
    Особенно если это писали ребята из Woodinville :D Там делают Mackie. В свое время я с удовольствием читал мануалы их авторства, написаные столь доходчиво и с таким юмором, что лучшего чтения не было. :lol:
     
    Последнее редактирование модератором: 19 дек 2009
  12. Methafuzz

    Methafuzz Loading. Please, wait...

    Регистрация:
    16 май 2006
    Сообщения:
    4.717
    Симпатии:
    2.088
    Пол:
    Мужской
    Адрес:
    Калуга
    да и с пультом то же самое. Индикатор пульта показывает RMS, при этом пики сигнала вылетают еще как минимум децибел на 6-10. Чтобы они не срезались надо сигнал держать в районе нуля.
     
Статус темы:
Закрыта.

Поделиться этой страницей