Как улучшить качество звука

Tutorials

В этой статье термин "улучшить качество звука" означает "уменьшить искажения при воспроизведении на аналоговом выходе цифрово-аналогового преобразователя". Как можно попытаться уменьшить искажения при воспроизведении на имеющейся аппаратуре и портативных устройствах (аудио плеер, мобильный телефон и пр.) будет рассмотренно ниже.

Предупреждение: Результаты метода улучшения качества звука, рассмартриваемого ниже, зависят от используемых аппаратуры и программного обеспечения. И улучшение качества звука не может быть гарантированно.

Влияние ресемплинга (передискретизация) и битовой глубины (разрядности) на качество звука

Цифрово-аналоговый преобразователь (ЦАП, DAC) может иметь разные искажения в разных режимах. Под режимом ЦАП в этой статье понимается сочетание характеристик: частота дискретизации, разрядность, модуляция DSD/PCM.

Различные искажения в различных режимах ЦАП

How to Improve Sound Quality

Один или несколько режимов могут иметь минимальные искажения. Ниже такой режим называется "режим с наилучшм звуком".

Разрешение аудио файлов может быть конветированно в значения (частота дискретизации, разрядность, модуляция DSD/PCM) "режима с наилучшим звуком" для улучшения качества звука при воспроизведении (оптимизация аудио файлов).

Пример:

ЦАП (DAC) может иметь более низкие искажения для 192 кГц/24 бит/PCM, чем для 96 кГц/24 бит/PCM.
Таким образом, рекомендуется конвертация разрешения аудио файла в 192 кГц/24 бит/PCM для воспроизведения через этот ЦАП.

Теоретически, более высокая частота дискретизации и разрядность имеют меньший уровень шума/искажений. Однако, это скорее вопрос конкретной реализации.

"Режим с наилучшим звуком" может быть найден с помощью измерений тестового сигнала (см. рисунок выше). Однако, это требует наличия измерительной аппаратуры и навыков в измерениях.

В этой статье дано пошаговое описание, как найти "режим с наилучшим звуком" на слух. Это неточный способ, в отличие от измерений. Но слуховой тест позволяет приблизительно оценить режимы ЦАП в домашних условиях без дополнительного измерительного оборудования.

Влияние дитеринга на качество звука

В отличие от изменения разрешения аудио файла, которое имеет смысл только совместно с ЦАП, дитеринг позволяет повысить качество аудио файла самого по себе в некоторых случаях. Потому, что нелинейные искажения, коррелированные с аудио сигналом, размазываются и трансформируются в шум, некореллированный с аудио сигналом, после дитеринга.

Дитер может улучшить качество звука аудио файла из-за уменьшения коррелированный искажений

Если ЦАП имеет уровень шума выше шумов квантизации аудио файла, воздейтвие дитеринга может быть уменьшено или исчезнуть. Но современные ЦАП, как правило, уровень шума ниже 16-битного шума квантизации и дитеринга. Таким образом, для таких ЦАП дитеринг может иметь воздействие на воспринимаемое качество звука.

Воздействие программы аудио конвертера на результат

Ниже для конвертации аудио файлов предлагается использовать профессиональную программу конвертации аудио. Она имеет низкий шум искажений. Теоретически, мы можем пренебречь потерями качества при конвертации аудио (включая некратную передискретизацию) для профессиональных аудио конвертеров.

Тем не менее, различные режимы используемых в них фильтров передискретизации могут привести к различию слухового восприятия по причине различия параметров:

крутизна переходной полосы,
звон,
гладкость амплитудно-частотной характеристики,
линейность фазово-частотной характеристики,
прочее.

Различные программы конвертации аудио могут также иметь различные параметры фильтров передискретизации.

В настоящий момент автор не располагает надежными результатами исследований воздействия этих параметров на слуховое восприятие качества аудио.

Также ширина полосы фильтрации мрожет влиять на интермодуляционные искажения на аналоговом выходе ЦАП.

Видео об интермодуляционных искажениях:
Эксперимент с удалением ультразвука выше 20 кГц
("Optimized resampling filter")
при конвертации аудио файла

Как улучшить качество звука с помощью "режима с наилучшим звуком"

Нижеописанный алгоритм тестирования может быть использован для ЦАП (DAC), портативных аудио плееров, музыкальных серверов, любых аудио устройств, которые имеют микросхему ЦАП.

Найдите несколько аудио файлов с различной разрядностью (16, 24 бит, DSF, DFF, ISO, и т.д.) для тестирования вашего аудио оборудования.
Запустите конвертер аудио AuI ConverteR 48x44.
Для проверки звука может быть использован бесплатный AuI ConverteR 48x44 Free. несмотря на ограничения он позволяет оценить возможности оптимизации аудио файлов для вашего оборудования или устройства.
Откройте исходные аудио файлы см. шаг №1.
Перейдите в настройки AuI ConverteR Settings > General:
Снимите отметку с переключателя "Don't make DSP for unchanged sample rates".
В списке Filter Mode выберите "Optimized resampling filter".
Снимите отметку с переключателя "Use minimum phase filter (without pre-ringing)".
Нажмите кнопку OK.
Выберите один из выходных форматов: WAV, FLAC, AIFF. Если ЦАП (DAC) поддерживает только DSD, перейдите к шагу №19.
Выберите выходную частоту дискретизации (sampling rate), разрядность (bit depth).
Для начала рекомендуется выбрать максимальные частоту дискретизации и разрядность, которые поддерживаются вашим ЦАП.
Тем не менее, более высокая частота дискретизации и/ил разрядность не гарантируют лучшего качества звука.
В главном окне влючите дитер (Dither).
Если и входная и выходная разрядности выше 16 бит кнопка "Dither" игнорируется.
Выберите новый директорий для конвертированных файлов.
Совет: используйте уникальное имя директория, которое позволит понять использованные значения параметров конвертации при последующем тестировании.
Пример: "44100-16bit-DthOn", "DSD64-DthOff", etc.
Нажмите кнопку Start и подождите окончания конвертации.
В главном окне AuI ConverteR включите дитер (dither).
Выберите новый директорий для конвертированных файлов.
Нажмите кнопку Start и подождите окончания конвертации.
Повторите шаги №10 ... 16 для всех комбинаций частоты дискретизации и разрядности, которые поддерживает ваш ЦАП или устройство.
Повторите шаги №10 ... 17 для всех режимов фильтра (Settings > General > Filter Mode).
Дляr "Optimized resampling filter" проверьте оба (отмеченное и неотмеченное) состояния переключателя "Use minimum phase filter (without pre-ringing)".
Для других режимов фильтра (filter modes) этот переключатель игнорируется.
Если ваш ЦАП или устройство (DAC) поддерживает режим DSD, повторите шаги №10 ... 18 для выходных форматов DSF.
Прослушайте и сравните похожие файлы для всех режимов конвертации: сравните файлы с одинаковым музыкальным содержимым, расположенные в различных директориях с конвертированными файлами (шаги #12 и #15).
Параметры конверсии тех конвертированных файлов, которые имеют более предпочтительное звучание, вы можете использовать для конвертации (оптимизации) вашей библиотеки для проигрывания на протестированном ЦАП (DAC) или устройстве.

В общем случае, для сравнения режимов ЦАП, автор рекомендует выключать цифровую коррекцию акустики помещения. Но вы можете сравнить результаты как с, так и без этой коррекции.

Заключение

Если опртимизация аудио файлов дает слышимые улучшения звука в вашем случае, то вы можете конвертировать ваши аудио библиотеки в разрешение совпадающее с параметрами "режима наилучшего звука": частотой дискретизации, разрядностью, DSD/PCM.

Если в вашем случае нет слышимых преимуществ от оптимизации, то нет необходимости оптимизировать вашу библиотеку.

Настоятельно рекомендуется архивировать оригинальные аудиофайлы. Потому, что, скорее всего, вы будете покупать новые устройства и/или появятся новые алгоритмы трансформации разрешения аудио.

Юрий Корзунов,
разработчик в Audiophile Inventory,
10 Мая 2017