ИСТОЧНИКИ ЗВУКОВОГО СИГНАЛА

;       Перед тем как приступить к выбору источника сигнала следует немного пояснить некоторые определения. Прежде всего следует обратить внимание на такую единицу измерения, как Децибел (дБ).
    Величина относительная, тем не менее она наиболее четко выражает изменения чувствительности уха человека к громкости.
    Поскольку величина относительная, то и пользуются ею по своему усмотрению, хотя конечно с точки зрения логики все более-менее обоснованно. Например в психоакустике за ноль дБ принимают звук находящийся на пороге слышимости, следовательно все что будет громче будет идти в ПЛЮС. В усилителях мощности звуковой частоты за ноль дБ принимается максимальная мощность не искаженного клиппингом сигнала, следовательно все, что будет тише будет иметь отрицательное значение, т.е. идти в МИНУС.
    Для расчета этой хитрой единицы применяются следующие формулы:
        N=20*lg(U2/U1)
    Где U1 - опорное напряжение; U2 - измеряемое напряжение; N - их соотношение в децибелах.
    Существуют различные опорные напряжения, чтобы не было путаницы, обычно указывается, что именно имеется ввиду. Опорная величина должна указываться после букв дБ. В английском языке приняты две основные величины: обозначению dBu (русское дБ) - соответствует опорное напряжение 0,775 В; обозначению dBV (русское дБв) - соответствует опорное напряжение 1В; встречается и обозначение dBm (дБм), для него опорный уровень - также 0,775В.
    Если сравниваются мощности, то принято использовать формулу
        N=10*lg(P2/P1)
    Где P1 и P2 – опорная и измеряемая мощности
Если полученная величина окажется отрицательной, то это означает, что измеряемая величина меньше опорной.
    При измерении динамического диапазона (разница между максимальным и минимально возможными уровнями инструмента или какого-либо устройства) используется формула
        D = 20lg(Pmax/Pmin)
    Где Pmax и Pmin — максимальное и минимальное
Для наглядности возъмем несколько определений динамического диапазона:

    Следует упомянуть о том, что в усилителях звукового сигнала за 0 дБ как правило принимается маскимальная выходная мощность, еще не искаженного клипингом. Именно по этой причине в усилителях уровень громкости на шкале регулятора имеет отрицательные величины.
    Ну а теперь по порядку расмотрим влияние тех или иных параметров на звуковой сигнал.
    На что влияет динамический диапазон источника звукового сигнала? По большому счету на приятность восприятия прежде всего - слишком зажатая музыка довольно быстро утомляет, особенно это проявляется на средних и больших мощностях. Кроме этого она не способна раскрыть всех задумок композитора, поскольку мелкие детали либо размазываются, либо теряются полностью. Народная мудрость гласит: "Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать" поэтому ниже несколько фотографий - первая в редакции автора, лишь немного подрезана по размеру страницы. Вторая немного обработана - снижено количество переходов от белого к черному и вроде как бы пейзаж узнаваем, но:

    Картинка вроде как стала ярче, отчетливей, но потерялось большое количество мелочей в отражении на воде, верхушки деревьев смотрятся более колючими, хотя пейзаж по прежнему смотрится весьма не плохо, но уже как то не так...
    Так же на качество влияет и сжатие - картинка по прежнему узнаваема, однако применение к ней компрессора дает понять, что от оригинала она уже отличается координально:

    Размер картинки уменьшился в разы - со 131 кБ он стал в 11 кБ, но вот качество...
Примерно тоже самое происходит и со звуком - оригинальный источник, например оркестр, всегда звучит лучше, чем его запись, а запись прошедшая сжатие всегда хуже записи без сжатия и особенно ярко выраженно это у кодировки MP3.
    Следующим, не маловажным, параметром звукотехники является частотный диапазон источника сигнала. Человеческое ухо в идеале может слышать частоты от 20 Гц до 20000 кГц, собственно к этому и должен стремится аудиотракт. Однако если источник не позволяет воспроизводить весь диапазон, то и усилительному тракту усиливать будет не чего. Если проводить аналогии с графическими файлами, то по сути это получается ограничением количества цветов - на правой половине фотографии количество цветов уменьшено до 256. Фотография по прежнему узнаваема, но:

    На небе отчетливо видно, что количество полутонов резко сократилось и оно состоит из отдельных точек.
    Еще одна проблема в звукотехнике - количество собственных шумов, вносимых как в запись, так и возникающих в тракте воспроизведения. На средних и больших громкостях шум маскируется за основным сигналом и практически не заметен, однако на слабых сигналах его отчетливо слышно и при музыкальных композициях с большим динамическим диапазоном он несколько раздражает. В графических файлах шум тоже не сулит ни чего хорошего и хотя фото по прежнему узнаваемо, но правая сторона фото смотрится гораздо невзрачней, а ведь на ней просто добавлены разнотоновые точки в хаотичном порядке:

    В результате изначальное фото с добавлением искажений, шумов, с ограничением частотного и динамического диапазонов приобретает следующий вид:

    Теперь осталось выяснить какие из вносимых бед в аудиосигнал приемлемы, а с какими стоит побороться и сколько финансов имеет смысл потратить на эту борьбу.

    Оригинальный фрагмент теста был выдернут из проверочного диска созданного специально для тестирования и настройки аудиоаппаратуры. Более подробно с данными тестами можно ознакомится здесь.
   Для начала прослушайте "ТЕСТ №1" и решите что Вы услышали. Остальные фрагменты чисто демонстрационные, показывающие как звучит музыкальный фрагмент с шумом, ограниченным частотны и динамическим диапазонами. Далее три фрагмента с различным битерйтом и если вы не услышали разницу в качестве, то можете дальше не заморачиваться - у Вас либо нет слуха, либо аудикарта настолько убогая, что все остальные потуги не имеют смысла.

     Но вернемся к ТЕСТУ №1. Итак первый вопрос на который, прежде всего Вы должны ответить честно и причем ни мне, ни соседу, а именно себе:
    ЧТО ЗАПИСАНО НА ФРАГМЕНТЕ С ИМЕНЕМ "ТЕСТ №1"?
    ШУМ! ШУМ ЧЕГО? Дождя? Если это так, то ваш тракт воспроизведения пригоден к эксплуатации, но только для прослушивания звукового сопровождения мульфильма "Приключения Дональда Дака".

    На компьютере с аудиокартой Sound Blaster 5.1 VX к которой был подключен усилитель мощности на TDA2050 в режиме ИТУН и нагруженный на Macrom M3C.61Mk2 отчетливо слышно, что это совсем не дождь, а аплодисменты. Это не аудиофилизм, поскольку использовавшееся обрудование относится к средней ценовой категории и компоненты усилителя и соединительные кабели самые обыкновенные, из категории "валялись в ящике".

    В остальных фрагментах показано как меняется качество звуковой композиции в зависимости от битрейта - скорости передачи информации на выход аудиокарты, ну или плотности записи аудиосигнала в цифровом виде.
    Дальнейший тест уже зависит от вашей аппаратуры и Вашего слуха.
   Если, по Вашему мнению фрагменты звучат с одинаковым качеством и это подтверждает Ваша женщина (девушка) то Вам можно собирать ЛЮБОЙ усилитель, поскольку либо есть некоторые проблемы со слухом, либо Ваш тракт слишком... вобщем оставляет желать лучшего и даже самый простой из предлагаемых ниже усилителей будет звучать во всяком случае не хуже.
    Если же Вы отчетливо слышите разницу по качеству предлагаемых фонограмм, то тут уже аппаратура из категории "лишь бы балабонила" не подойдет.
    Было бы не справедливо умолчать, что первый тест был взят с диска "АУДИОДОКТОР FSQ", который был в виде приложения к журналу "САЛОН AV". На просторах интернета уже в свободном доступе вторая версия этого диска, содержащая большее количество тестовых фрагментов и позволяющая не только настроить аппаратуру, но и еще проверить слух (подробнее). Если Вы планируете постройку аудиосистемы мощностью более 10 Вт настоятельно рекомендуется обзавестись этим диском, поскольку в совокупности с измерительными приборами он позволяет оценить качество тракта не только по приборам, при подаче синусоиды, но и послушать как тракт справляется с сигналом, содержащим большое количество составляющих в большом динамическом диапазоне.
    Дальнейшая информация ни коим образом не предназначена для унижения аудиофилов, использующих в качестве источника проигрыватель виниловых дисков SME MODEL 30/2A, так же она ни коим образом не будет стараться унизить поклоников клубной музыки, закачивающие в 50 АС-201 по 100 Вт и удивляющиеся почему так часто горят динамики - каждое из направлений имеет право на жизнь, ведь у него есть поклоники. Другой вопрос - что именно подходит лично Вам?

    На сегодня источников сигнала не так уж много - отошли в забытье компакт кассеты и бобины, а вот радиостанции уже довольно серьезно увеличили качество звучания своих программ. На место ушедших стали новые форматы, которые по своим возможностям отодвинули на задний план когда то казавшийся идеалом CD-DA. Споры о том, какой источник ЛУЧШЕ будут длится еще ОЧЕНЬ долго, ну а о том какой источник ЗВУЧИТ пожалуй продлятся до скончания веков.
    Наилучшими техническими характеристиками на сегодня обладают проигрыватели виниловых дисков - некоторые модели способны воспроизводить частотный диапазон до 100 кГц, неравномерность амплитудочастотной характеристики ± 0,5 дБ, динамический диапазон порядка 100 дБ. Однако стоимость таких аппаратов для рядового обывателя просто запредельная, а если учитывать то, что и сами виниловые диски стоят не дешево, то наличие такого аппарата дома слишком сильно теряет целесообразность, ведь для такого источника нужен и соответствующий усилитель и АС.
    Катушечные магнитофоны могут потягаться по качеству звука с винилом, но он уже давно в разряде ископаемых. Некоторые кассетные магнитофоны довольно сильно приблизились к качеству винила, но они никогда его не смогут быть первыми - слишком маленькая скорость магнитной ленты и узкая звуковая дорожка не позволяют надеятся на получения идеальных характеристик.
    Компакт диски формата CD-DA на сегодня являются лидерами в категории качество-популярность, однако этот формат тоже не лишен недостатков.
    Прежде всего на качество выходного сигнала влияет разрядность цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). По шумам данный вид носителя близок к идеальному, поскольку при 16-ти разрядном ЦАП уровень шума составляет 97,8 дБ, однако с уменьшением аплитуды сигнала искажения возрастают - сказывается отношение уровня сигнала к "ступенкие" квантования. Перегрузочной способности у этого вида носителя нет как таковой, поэтому он не в состоянии справится с пикфактором. Для решения этой проблемы во время записи уровень сигнала умешленно снижают на 10-15 дБ, чтобы обеспечить запас на пикфактор.
Таким образом реальный динамический диапазон CD-DA составляет 35-40 дБ, что на 15-20 дБ меньше чем у компакт кассеты.
    Однако положение отнюдь не безнадежно, поскольку все большую популярность, заслуженную популярность, набирают ЦАП на 24 разряда. В этом случае уровень шума составляет почти 146 дБ. Это позволяет значительно уменьшить искажения сигналов маленькой амплитуды и создать запас для пикфактора музыкального сигнала.
    Альтернативным выходом из положения является использование компандеров (компрессор, сжимающий динамический диапазон+ эспандер, растягивающий динамический диапазон). Один из самых известных в профессиональной технике компандер dbx одноименной американской фирмы DBX (David Blackmer eXellence). На основании алгоритмов работы этого компандера Н.Сухов разработал свой вариант компандера на отечественной элементной базе, который был опубликован в 2000 г. в Радиохобби, а в 2002 г была описана переработка компандера под IBM компьютер.
    Компакт диски формата SACD рядовыми обывателями используются довольно редко - слишком дороги диски, необходимы специальные проигрыватели, причем тоже не дешовые. По характеристкам значительно превосходит CD-DA, но требует гораздо бОльших объемов. Динамический диапазон до 120 дБ, частотный 20 Гц...50 кГц.
    Диски формата DVD-Audio для записи звука применяют кодирование линейной ИКМ с разрядностью 16, 20 или 24 бит и частотой дискретизации 44,1, 48, 88,2, 96, 176,4 или 192 кГц. При этом с частотой дискретизации 176,4 или 192 кГц могут быть записаны не более двух звуковых каналов. Отдельно как носители аудиоинформации встречаются крайне редко, но очень популярны в DVD фильмах.
    Компакт диски формата MP3 - сжатый аудио сигнал, находящийся на пике популярности благодаря уменьшению объемов . Однако сжатие без ухудшения качества в этом формате практически не возможно и чем меньше по размеру одна и та же фонограмма, тем хуже будет качество. Чтобы как то найти компромис между потерей качества и объемами лучше использовать "плавающий" битрейт, принцип работы которого основан на автоматическом опеределении харатера музыкального фрагмента и в зависимости от "насыщености" звука определяется с каким битрейтом конвертировать звук. На протяжении одной фонограммы биттрейт может меняться от 320 kbit/s до 128 kbit/s.
    Однако довольно много фонограмм, по желанию производителя музыкальной продукции выпускается с битрейтом 128 kbit/s, поскольку кто то решил, что этого вполне достаточно. Какими идеями руководствовались люди, вводя эту рекомендацию, разгадать вряд ли получится, тем не менее спустя какое время потребитель присытился MP3 и владельцы более-менее серьезной аппаратуры начинают снова интересоваться CD-DA. Пиратские студии на этот возврат к старому формату отреагировали мгновенно - нужен CD-DA? Вот Вам CD-DA. Потребитель то не уточняет откуда он берется, поэтому можно умолчать, что довольно часто диски CD-DA это переконвертиованный MP3, все с тем же битрейтом 128 kbit/s. Если не хочется наступить на подобные грабли следует более внимательно изучить конверт, точнее вкладыш конверта покупаемого диска. Производители, которые относятся хоть немного серьезно к своему делу обязательно прокомментируют историю происхождения данной аудиозаписи тремя латинскими буквами. На диске должен быть один из маркеров:
    AAD - analog-analog-digital - аналоговая запись обработана на аналоговой аппаратуре и записна на цифровой носитель
    ADD - analog-digital-digital -аналоговая запись обработана на цифровой аппаратуре и записна на цифровой носитель
    DDD - digital-digital-digital - запись производилась на цифровой аппаратуре, обработана на цифровой аппаратуре и записана на цифровой носитель.
Сравнительно недавно появившийся формат flac обещает сжатие аудиофалов без потери качества, но бытовых проигрывателей подерживающих этот формат не много, поэтому ПОКА отнесем этот формат к разряду диковинок, но это не означает, что его нельзя использовать на компьютере. Существуют и специальные программы-проигрыватели для этого формата и в интеренете уже довольно много оцифрованных в этом фрмате фонограм, причем в подавляющем большинстве это оцифровки виниловых дисков довольно высокого качества.. Разработчики медиа плееров тоже далают поправку на возможность чтения этого формата предлагаемыми проигрывателями, например AIMP.
    Последним источником, популярным сегодня является эфир FM диапазона, т.е. УКВ радиовещание. Не смотря на то, что за последние несколько лет качество передач возросло многократно, тем не менее это как было РАДИО, так РАДИО и осталось. Частотный диапазон заужен, даже при хорошей антенне частенько проскакивают помехи, да и не все радиоприемники, извиняюсь - ресиверы, способны принимать и обрабатывать высококачественный сигнал, то этот источник можно рассматривать как шумовое сопровождение, в качестве фона во время работы, но не более того.

    До сих пор не упоминалось еще об одном параметре - искажениях вносимых трактами источника в аудиосигнал во время усиления или преобразования. Но этот параметр зависит от используемой элементой базы и схемотехнических решений самого источника и к типу источника как бы отношения не имеет - в каждом источнике свои искажения и свои способы их снижения.

    С основными параметрами и основными источниками вроде бы разобрались, можно подводить итоги:
    Если усилитель планируется крохотный, с выходной мощностью до 3-5 Вт на канал, то в большинстве своем тип источника особой роли не играет. Разумеется, что если источник хороший, то звук будет приятней, но как бы там ни было полноценной звуковой картины все равно получить не удастся - слишком маленькая мощность. Поэтому для таких мощностей можно довольно сильно упростить схемотехнику усилителей или использовать интегральные усилители. К акустическим системам такой мощности тоже требования сильно занижены - корпуса АС можно изготовить из пластмассы, причем особых формул для расчета не требуется - высота АС в 2 раза больше размера дифузора, ширина так же в 2 раза больше ширины дифузора, если динамическая головка овальная, а глубина АС в 3 раза больше, чем глубина динамика. В подавляющем большинстве случаев такие пропорции АС к динамику позволяют получить вполне приемлемое звучание для АС подобного типа. АС лучше делать типа "ЗАКРЫТЫЙ ЯЩИК", чтобы не разбираться с фазоинверторами, которые на частоту ниже 70 Гц все равно вряд ли получится настроить. Использовать с подобными усилителями выскокачественные источники как то не совсем этично, но это чисто "на вкус и цвет".
    Если есть желание и возможность обзавестись более мощным комплексом, до 20 Вт на канал, то, с одной стороны - уже желательно использовать источник посолидней, по поводу использования MP3 с битрейтом 128 kbit/s вопрос спорный, но разница по отношению 320 kbit/s уже ощутима. К акустическим ситемам уже имеет смысл подходить более серьезно - имеет смысл подумать о фазоинверторе или лабиринте. Диаметры дифузоров АС лучше выбирать не менее 130 мм, оптимально 160 мм. Данная мощностная категория хорошо работает во всех комбинациях: СТЕРЕО, 2.1, КВАДРО, 5.1.
    Если планируется постройка комплекса мощностью 50 вт на канал, то о наличии источника РЕСИВЕР лучше вспоминать на мощностях до 30 Вт - слишком быстро утомляет. MP3 с битрейтом 128 kbit/s тоже уже начинает утомлять - часа через два рука сама по себе убавляет громкость до 15-20 Вт. Винил, CD-DA и MP3 256 kbit/s по прежнему доставляют удовольствие. Форматы SACD и DVD-Audio не тестировались по причине отсутствия. Однако основываясь на заявленные характеристи звук будет весьма достойным. FLAC показал хорошие результаты - оцифрованные клоны виниловых дисков от оригинального винила возможно и можно отличить, но для этого потребуется ОЧЕНЬ хороший тракт и наличие музыкального слуха. К акустическим системам мощностью свыше 50 Вт уже предъявляются очень жесткие требования - объемы перемещаемого дифузорами воздуха уже достаточно велики и нагрузка на корпус уже солидная, а отсутствие герметичности корпуса гарантирует свистяшие и шипящие призвуки.
    Если принято решение о создании комплекса мощностью до 100 Вт на канал, то количество источников сокращается до винила, CD-DA и MP3 320 kbit/s. Эти же источники остаются вплоть до мощности 500 Вт на канал, но необходимость подобных мощностей для бытового использования уже слишком спорная тема.
    Приведенная линейка мощностей предназначена для прослушивания в помещении 14...20 кв м при высоте потолка 2,4 м. Если система планируется для бОльших помещений или для эксплуатации на открытом воздухе, то при мощностях 500 Вт MP3 с битрейтом 128 kbit/s звучит вполне терпимо, поскольку эта аппаратура переходит из разряда "для прослушивания" в разряд "для озвучивания".
    Если предстоит построить комплекс мощностью свыше 500 Вт, то это в подавляющем большинстве комплеск "для озвучивания", в котором требования к качеству несколько снижаются, поэтому в источником музыкального сигнала может быть даже FM радиостанция - на открытом воздухе искажения не так заметны и не так сильно раздражают.
   Одну из важнейших ролей в тракте воспроизведения играет элементная база, используемая для постройки предварительного усилителя и усилителя мощности. Подробнее ЗДЕСЬ.