shurik_pronkin
06.10.2024, 12:13
Теоретический динамический диапазон (ДД) в цифровой записи можно рассчитать по формуле: DR = 20lg(2N), где N — разрядность квантования. Поэтому при 16 бит потенциальный динамический диапазон около 96 дБ, а при 24 бит около 144 дБ.
Фактический динамический диапазон можно определить, замерив на спектрограмме расстояние от уровня шума (верхней границы шумовой полки) - это будет самый тихий неискаженный сигнал - до самого громкого неискаженного сигнала, в идеале до 0 дБ. Эта разница между минимальным и максимальным уровнем неискаженного чистого звукового сигнала и есть фактический динамический диапазон.
Например, здесь уровень сигнала +3 дБ 32 бит и ДД не хуже 120 дБ
https://i124.fastpic.org/big/2024/1006/53/4e1b3fc23df67b635594cc17bf28ff53.jpg
А здесь уровень сигнала -60 дБ 16 бит и ДД из-за высокой шумовой полки сузился до 50 дБ
https://i124.fastpic.org/big/2024/1006/2d/4197c3433156950bdb44a77bf673ed2d.jpg
И хотя у лучших компакт-кассет динамический диапазон без систем шумопонижения составляет в среднем всего 55 дБ по сравнению с потенциальными 96 дБ у CD, звучать компакт-кассета будет лучше, потому что зависимость уровня искажений от уровня сигнала у аналоговой компакт-кассеты и цифрового CD принципиально разная:
https://i124.fastpic.org/big/2024/1006/fb/f246fbda6475a405b58444cf81d669fb.jpg
В случае уменьшения уровня сигнала (громкости) в аналоговой записи (компакт-кассета) уровень искажений плавно (монотонно) снижается, в то время как у цифровой записи (CD) наоборот резко возрастает, стремясь к 40%, потому что «ступеньки» квантования становятся гораздо "громче" относительно тихого оцифровываемого сигнала, который как бы начинает заглушаться импульсами, "тонуть", теряться в их потоке.
Спектр искажений тоже разный: если у аналоговой записи преобладают "благозвучные" и привычные нечетные 3—5 гармоники, у цифровой дело обстоит гораздо хуже - множество чуждых для слуха комбинационных составляющих слышимых уже при уровне 1%, когда громкость сигнала опустится до -50 дБ и ниже, т.е. снизу динамический диапазон CD оказывается ограничен не столько шумами квантования, сколько нелинейными искажениями, и из теоретических 96 дБ остается только 50 дБ.
Но самое интересное вот что: в случае превышения уровня сигнала в аналоговой записи уровень искажений пропорционален квадрату уровня записи, т.е. если уровень громкости превысить в 2 раза, то коэффициент гармоник (искажений) возрастает всего в 4 раза и слух даже не успеет заметить эти кратковременные искажения на пиках. У CD при превышении номинального уровня сигнала на входе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) всего на 2—3 дБ нелинейные искажения возрастают в десятки тысяч раз:
https://i124.fastpic.org/big/2024/1004/25/6663aaae2710fcf677a01307c7953a25.jpg
По этой причине при оцифровке входной номинальный уровень громкости снижают на пикфактор реального музыкального сигнала (12 дБ - 15 дБ) и в результате из исходных 96 дБ остается уже всего 35—37 дБ реальных, что на 20 дБ меньше, чем у аналоговой компакт-кассеты.
Фактический динамический диапазон можно определить, замерив на спектрограмме расстояние от уровня шума (верхней границы шумовой полки) - это будет самый тихий неискаженный сигнал - до самого громкого неискаженного сигнала, в идеале до 0 дБ. Эта разница между минимальным и максимальным уровнем неискаженного чистого звукового сигнала и есть фактический динамический диапазон.
Например, здесь уровень сигнала +3 дБ 32 бит и ДД не хуже 120 дБ
https://i124.fastpic.org/big/2024/1006/53/4e1b3fc23df67b635594cc17bf28ff53.jpg
А здесь уровень сигнала -60 дБ 16 бит и ДД из-за высокой шумовой полки сузился до 50 дБ
https://i124.fastpic.org/big/2024/1006/2d/4197c3433156950bdb44a77bf673ed2d.jpg
И хотя у лучших компакт-кассет динамический диапазон без систем шумопонижения составляет в среднем всего 55 дБ по сравнению с потенциальными 96 дБ у CD, звучать компакт-кассета будет лучше, потому что зависимость уровня искажений от уровня сигнала у аналоговой компакт-кассеты и цифрового CD принципиально разная:
https://i124.fastpic.org/big/2024/1006/fb/f246fbda6475a405b58444cf81d669fb.jpg
В случае уменьшения уровня сигнала (громкости) в аналоговой записи (компакт-кассета) уровень искажений плавно (монотонно) снижается, в то время как у цифровой записи (CD) наоборот резко возрастает, стремясь к 40%, потому что «ступеньки» квантования становятся гораздо "громче" относительно тихого оцифровываемого сигнала, который как бы начинает заглушаться импульсами, "тонуть", теряться в их потоке.
Спектр искажений тоже разный: если у аналоговой записи преобладают "благозвучные" и привычные нечетные 3—5 гармоники, у цифровой дело обстоит гораздо хуже - множество чуждых для слуха комбинационных составляющих слышимых уже при уровне 1%, когда громкость сигнала опустится до -50 дБ и ниже, т.е. снизу динамический диапазон CD оказывается ограничен не столько шумами квантования, сколько нелинейными искажениями, и из теоретических 96 дБ остается только 50 дБ.
Но самое интересное вот что: в случае превышения уровня сигнала в аналоговой записи уровень искажений пропорционален квадрату уровня записи, т.е. если уровень громкости превысить в 2 раза, то коэффициент гармоник (искажений) возрастает всего в 4 раза и слух даже не успеет заметить эти кратковременные искажения на пиках. У CD при превышении номинального уровня сигнала на входе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) всего на 2—3 дБ нелинейные искажения возрастают в десятки тысяч раз:
https://i124.fastpic.org/big/2024/1004/25/6663aaae2710fcf677a01307c7953a25.jpg
По этой причине при оцифровке входной номинальный уровень громкости снижают на пикфактор реального музыкального сигнала (12 дБ - 15 дБ) и в результате из исходных 96 дБ остается уже всего 35—37 дБ реальных, что на 20 дБ меньше, чем у аналоговой компакт-кассеты.