Cyfrowa regulacja glosnosci

[camle]

dla pewności...: "logarytmiczny cycuś", ok?

[camle]

...jestem w stanie tą nazwę sponsorować ;)

[Peter Daniel]

>>Poszukuję dobrego potencjometru z węglowym ślizgaczem.

[Bacek]

Skrecenie głosności z maxa na pół skali nie ścisza o połowę (3 dba) ale o znacznie więcej

[Qubric]

Camle & Josef & ktokolwiek wie ...

 

Czy te same problemy z utratą długości słowa występują przy regulacji głośności aplikacją sterowników w komputerze?

O znaczy domyślam się że ściszenie zmniejsza zakres dostępnej dynamiki. Czy to znaczy że zapis 16 bit / 48 khz ma w rzeczywistości np. 14 bit / 48 khz ? I czy w ogóle w jakikolwiek sposób (poza zmniejszeniem dostępnej skali dynamiki) powoduje to degradację dźwięku? Bo się trochę w waszych wywodach już pogubiłem (prawdę mówiąc, to ... gdzie ja jestem???).

 

Od drugiej strony:

Czy dla utrzymania jakości 16 bitowej muszę przed cfrowym ściszaniem zrobić konwersję plików wav do 24 bitów?

Czy odtwarzając płytę CD powinienem mieć regulację głośności poza komputerem żeby utrzymać stale 16 bitową rozdzielczość niezależnie od ściszania?

Czy po prostu czegoś nie zrozumiałem z wcześniejszych wpisów?

[totem2]

>Czy te same problemy z utratą długości słowa występują przy regulacji głośności aplikacją

>sterowników w komputerze?

 

Zawsze występują. Niezależnie od tego który program to realizuje.

 

>O znaczy domyślam się że ściszenie zmniejsza zakres dostępnej dynamiki. Czy to znaczy że zapis 16

>bit / 48 khz ma w rzeczywistości np. 14 bit / 48 khz ? I czy w ogóle w jakikolwiek sposób (poza

>zmniejszeniem dostępnej skali dynamiki) powoduje to degradację dźwięku? Bo się trochę w waszych

>wywodach już pogubiłem (prawdę mówiąc, to ... gdzie ja jestem???).

 

Po cyfrowym ściszeniu o 3dB (czyli połowę napięcia p-p) zostaje już tylko 15bitów (wartość każdej próbki podzielona przez 2) , przy -6dB - 14 itd.

Oprócz ograniczenia dynamiki dochodzi szum spowodowany zaokrągleniami do wartości poziomów napięcia odpowiadających poszczególnym poziomom kwantyzacji, jeśli zmniejszenie sygnału na wyjściu nie wyraża się liczbą całkowitą, w dodatku będącą potęgą dwójki.

>

>Od drugiej strony:

>Czy dla utrzymania jakości 16 bitowej muszę przed cyfrowym ściszaniem zrobić konwersję plików wav do

>24 bitów?

 

W ten sposób zmniejszysz dodatkowy szum kwantyzacji, ale tylko jeśli masz 24 bitowy przetwornik.

 

>Czy odtwarzając płytę CD powinienem mieć regulację głośności poza komputerem żeby utrzymać stale 16

>bitową rozdzielczość niezależnie od ściszania?

 

Zdecydowanie tak. Regulacja głośności tylko analogowa, za przetwornikiem. Cyfrowa powoduje niewykorzystanie jego pełnej rozdzielczości i musi degradować sygnał.

[Qubric]

Ja rozumiem, że zmniejszanie głośności przekłada się na mniejszą długość słowa?

 

Załóżmy, że nie mamy błędu zaokrągleń.

Czy zmniejszenie długości słowa z powodu zmniejszenia głośności powoduje coś jeszcze? Nie wiem - może nagle zaczynamy słyszeć rzężenie, jakieś szumy czy coś jeszcze ponad to co jest skutkiem samego ściszenia w jakiejkolwiek domenie - cyfrowej czy analogowej.

 

A pisze o tym, bo ja w dużym zakresie regulacji głośności przez aplikacje sterowników nie odczuwam jakichś znaczących degradacji dźwięku. Ale gdyby była, to nic nie stoi na przeszkodzie żeby zwiększyć długość słowa albo wyprowadzić regulowanie głośności poza konwerter D/A - tylko czy to naprawdę trzeba?

[senicz]

W bardzo kepskim sprzecie zmniejszenie dlugosci slowa nawet o 12bit niewiele zmienia. Duren majacy taki sprzet moze sluchac i na 1 bicie i jest mu z tym dobrze.

 

Panowie ja juz zamknalem ten watek i zabraniam w nim pisac!! zrozumiano?

milczec bez slowa!!

[josef]

>Załóżmy, że nie mamy błędu zaokrągleń.

jest to możliwe jeśli najmłodze bity sygnału nie są ustawione - przykładowo jeśli wszystkie wartości są podzielne bez reszty przez 4 to można ściszyć o 6dB bez utraty jakości

 

>Czy zmniejszenie długości słowa z powodu zmniejszenia głośności powoduje coś jeszcze? Nie wiem - może nagle zaczynamy

>słyszeć rzężenie, jakieś szumy czy coś jeszcze ponad to co jest skutkiem samego ściszenia w jakiejkolwiek domenie -

>cyfrowej czy analogowej.

w cyfrowej mogą pojawić się dziwne artefakty - szczególnie przy sporej redukcji - np. przy 16bit input i wyciszeniu o 45dB sygnał wyjściowy będzie 1 bitowy (prostokąt zamiast np. sinusa)

można zastosować dithering celem minimalizacji błędów zaokrągleń

w analogu poziom szumów własnych (przed)wzmacniacza jest addytywny i niezależny od sygnału wejściowego (zakładamy, że nie spartaczono jakoś układu)

 

>A pisze o tym, bo ja w dużym zakresie regulacji głośności przez aplikacje sterowników nie odczuwam jakichś znaczących

>degradacji dźwięku. Ale gdyby była, to nic nie stoi na przeszkodzie żeby zwiększyć długość słowa albo wyprowadzić

>regulowanie głośności poza konwerter D/A - tylko czy to naprawdę trzeba?

ale regulujesz czym? obcinasz w programie i zapisujesz do pliku czy rerulujesz z poziomu kontrol panelu karty dźwiękowej?

w drugim przypadku regulacja zapewne jest sprzętowa i realizowana przez układ wyjściowy

 

senicz - co to za zabranianie? jak nie rozumiesz o czym mówimy to się masz okazję poduczyć

[Edward]

Qubric,

 

pod pojęciem "cyfrowej regulacji głośności" ludzie często rozumieją dwa zupełnie różne zagadnienia. Oba mają część wspólną: powodem zmiany głośności jest jakaś forma sygnału cyfrowego. Ale działanie jest różne.

 

1) zmiana wartości sygnału cyfrowego

 

ten przypadek szerzej jest tu opisywany, choć moim zdaniem występuje rzadziej lub prawie wcale. Standardowy sygnał cyfrowy pochodzący z płyty Audio-CD może opisać 2^16 = 65536 stanów napięcia na wyjściu audio odtwarzacza. Możemy ten sygnał "przyciszyć" przepuszczając go przez jakiś procesor sygnałowy, który wyliczy nowe, niższe wartości próbek, które w knsekwencji dadzą niższe napięcia. W ten sposób faktycznie sygnał będzie cichszy, bo jego maksymalna amplituda będzie opisana mniejszą ilością możliwych stanów. I zamiast 16 bitów efektywnie będziemy wykorzystywać np. 14. To jeszcze pół biedy, ale gdy w ten sposób osłabimy sygnał np. 100 krotnie, bo chcemy posłuchać cicho, to będziemy używać już tylko 8 lub 9 bitów, a to jest czysty dramat! Gorzej niż mp3.

 

Tego typu przyciszanie jest ogólnie mówiąc błędem i nieporozumieniem. Ludzie potrafią robic cuda próbując uzyskać dodatkowy bit czy dwa (np. system HDCD) albo opracowują systemy kształtowania szumu aby jak najlepiej wykorzystać przyjęty system 16-bitowy, a tu jednym ruchem ciach! i totalna degradacja. Jak krew w piach :-)

 

Na szczęście chyba nikt tak nie robi. Aby było jasne: przetwornik D/A powinien pracować na maksymalnym sygnale aby wykorzystać w pełni swój zakres.

 

2) regulacja poziomu sygnału cyfrowym potencjometrem

 

Cyfrowy potencjometr to ogólnie mówiąc drabinka rezystorów przez którą przechodzi sygnał analogowy, czyli ten, który wyszedł z kości D/A. I ten sygnał jest osłabiany, czyli przyciszany, ale dzieje się to już na drodze analogowej. O tym zaś, które rezystory w drabince zostaną uruchomione, a w konsekwencji jak bardzo sygnał zostanie przyciszony decyduje cyfrowo wpisana wartość. Tę wartość podaje jakiś mikrokontroler sterujący systemem. Stąd nazwa "cyfrowy potencjometr".

 

Tego typu układy są powszechnie używane, nawet w bardzo drogich konstrukcjach. Czasami też kość D/A posiada już w sobie taki potencjometr.

[josef]

ad 1)

niestety takie rozwiązania się stosuje w tanich CD (np. DCD 735)

[Qubric]

Josef - uzywam sterowników ASIO WDM czy jakoś tak się to nazywa, które podobno dają bezpośredni dostęp do funkcji karty. Czyli regulacja głośności sterownikiem powinna też działać bezpośrednio na kartę (sprzętowo). Jeżeli okazałoby się że powoduje to degradację brzmienia z powodu utraty długości słowa, to mogę np. pomyśleć o zgraniu pliku do formatu 64 bit floating point albo 24 bit dithering czy o czymś podobnym. Ale oczywiście nie wiem czy tak się dzieje, czy to w czymś pomoże, czy będzie coś słychać i czy w ogóle ma to jakikolwiek sens?

 

 

 

Edward – wiem co to jest potencjometr cyfrowy i że działa w domenie analogowej czyli jest po konwerterze D/A. Nie ma problemu żeby taki kupić i to za niewygórowaną cenę...

Nie wiem natomiast jak rozpoznać czy karta dźwiękowa ma właśnie taki układ wbudowany.

Kiedyś praktycznie wszystkie źródła traktujące o komputerach podawały żeby ustawiać sterowniki kart dźwiękowych (suwaki na interfejsie graficznym) na wartość bliską 100% wzmocnienia - jeżeli sygnał wyprowadzany jest na zewnętrzny wzmacniacz lub głośniki aktywne z regulacją wzmocnienia. Ale było to w czasach kiedy o kartach na ENVY24HAT z osobnymi przetwornikami D/A klasy AKM czy Bur Brown, wydzielonym zasilaniem itp. mało kto słyszał.

[Edward]

josef,

nie sądziłem, że tak się robi. Zresztą przeliczenie cyfrowej wartości sygnału wymaga już jakiegoś procesorka DSP, chyba że... regulujemy siłę głosu w tylko w 16 krokach :-)

 

Qubric,

wyjście z komputera w ogóle należy ustawiać dokładnie na 100% aby nie dać szansy grzebania w sygnale. Przeliczanie wiąże się z utratą dokładności. A jak rozpoznać czy Twoja karta przelicza sygnał czy ma cyfrowy potencjometr? Ano trzeba zobaczyć jakie kości tam siedzą, znaleźć noty katalogowe, poczytać o ich funkcjach i może da się coś logicznie wywnioskować.

[josef]

w tym denonie nie ma DSP - funkcje regulacji pełni filtr cyfrowy i odbywa się ona właśnie w 8 czy 16 krokach (czyli tracimy 3 do 4 bitów)

wbrew pozorom nie jest tak źle - pamiętajmy, że pierwsze CD miały przetworniki 14 bitowe i jakoś dało się tego słuchać ;)

[Edward]

josef,

 

wiesz... jakies 18 lat temu moim pierwszym odtwarzaczem był CD-104 Philipsa, właśnie na 14-bitowych przetwornikach. Pamiętam dokładnie, że nie był to dobry dźwięk :-)

[senicz]

Cyfrowo mozna to zrobic pod warunkiem ze zamieni sie slowo 16 na np. 48 bit i bedzie ok. Ale dac tez musi byc 48bit aby mial zapas w dol jakosci. Sa jednak cyfrowe stoly mikserskie. Byc moz eoperowanie na sygnale dsd pozwal ana taki efekt - regulacje cyfrowa poziomu bez zbytniej utraty jakosci. A byc moz ecyfrowe stoly robia to tak - zamieniaja sygnal na analog w dac zmieniaja jego wartosc i ponownie zamieniaja na cyre w innycm adc. Ale musicie przyznac ze to dosc karkolomne? ja ro rozwiazalem inaczej. I juz nie bede sobie zawracal tym glowy.

[josef]

konwersja DAC -> korekcja analogowa -> ADC nie zmienia faktu, że utraci się rozdzielczość

[senicz]

Nie traci sie az tak bardzo gdyz ilosc bitow opisujacych sygnal nadal jest duza. Jasne ze sygnal musi byc odtworzony mniejsza iloscia bitow ale dynamika pozostaje nadal wysoka.

 

Moze dla tej latwosci dobrania poziomow i regulacji nadal sie spotyka wieloslady w studiach?

[Molibden]

>Po cyfrowym ściszeniu o 3dB (czyli połowę napięcia p-p) zostaje już tylko 15bitów (wartość każdej próbki podzielona przez 2) , przy -6dB - 14 itd.

 

Każdy dodatkowy bit rozdzielczości konwersji to przyrost dynamiki o 6dB (2x).

 

>w cyfrowej mogą pojawić się dziwne artefakty - szczególnie przy sporej redukcji - np. przy 16bit input i wyciszeniu o 45dB sygnał wyjściowy będzie 1 bitowy (prostokąt zamiast np. sinusa)

 

będzie 8-bitowy.

 

1 bit = 6dB stąd 8bit to 48dB a 16bit to 16x6 czyli 96dB dynamiki.

 

>wbrew pozorom nie jest tak źle - pamiętajmy, że pierwsze CD miały przetworniki 14 bitowe i jakoś dało się tego słuchać ;)

 

Tak, ale tam zastosowano oversampling - zwiększenie cz. próbkowania 2^2x czyli 4x przy 14 bitach rozdzielczości pozwalało przetwarzać sygnał 16-bitowy bez jego obcinania. Taki wczesny rodzaj przetwornika delta-sigma, połączenie wielobitowego DACa z modulacją 1-bitową na najmłodszym bicie 14-bit DACa.

 

A Denon ma 18-bitowe DACe + 8x oversampling + układ Alpha/Lambda który poprawia konwersję na najniższych bitach. Wogóle to zmniejszenie głośności chociaż powoduje obniżenie głębi bitowej, niezależnie czy tak jest na płycie czy jest to ingerencja z zewnątrz, idzie w parze z mniejszą czułością słuchu. Jeśli więc nie ściszamy sygnału o 30-40dB tylko po to żeby potem wzmocnić go o tyle samo lub więcej nie ma tu aż takich złych nastęsptw. Sygnał o tym poziomie też jest kodowany na 9-10 bitach i to już jest naprawdę cicho.

[PiotrSz]

Co wy ciągle o tych 16 bitach.

 

Przecież dzisiejsze DAC to w 99% deta-sigma, gdzie jest na wyjściu 24-bit.

[senicz]

No dobrze a 1541 jest delta sigma czy nie? a jakie dac nie sa delta-sigma z 24 bitowych? no i delta sigma to inaczej wielo stopniowy dac 1 bitowy tak?

[tomek_j]

PiotrSz, 30 Wrz 2007, 21:52

>Co wy ciągle o tych 16 bitach.

>Przecież dzisiejsze DAC to w 99% deta-sigma, gdzie jest na wyjściu 24-bit.

 

Jesteś tego pewien? bo mnie sie nie wydaje. Po pierwsze mylisz rodzoelczość przetwornika z rozdzielczością sygnału. Materiał nagrany jest na CD w rodzielczości 16bitowej, tzn każda próbka jest reprezentowana przez liczbę 16 bitową. Sygnal z CD podawany na wesjćie przetwornika o rodzielczości 24 bitów bedzie konwertowany tak jakby przetwornik miał rodzielczośc 16 bitów- namłodsze osiem bitów bedzie wyzerowanych.

Poza tym sigma delta niema nic wspolnego z rozdzielczościa 24bitową. Klasyczny 1 bitowy modulator delta sigma ma przecież rodzielczość 1bitu. N ajego wyjściu nie ma słowa 24 bitowego, ale ciąg impulsów, które są potem filtrowane dolnoprzepustowo. Podawana przez producentów rodzielczość np 24bitów dla takich modulatorów (lub modulatorów wyższego rzędu)jest ekwiwalentem parametrów uzyskiwanych przez klasyczny wielobitowy przetwornik.

[tomek_j]

Edward, 30 Wrz 2007, 14:13

>ten przypadek szerzej jest tu opisywany, choć moim zdaniem występuje rzadziej lub prawie wcale.

>Standardowy sygnał cyfrowy pochodzący z płyty Audio-CD może opisać 2^16 = 65536 stanów napięcia na

>wyjściu audio odtwarzacza. Możemy ten sygnał "przyciszyć" przepuszczając go przez jakiś procesor

>sygnałowy, który wyliczy nowe, niższe wartości próbek, które w knsekwencji dadzą niższe napięcia. W

>ten sposób faktycznie sygnał będzie cichszy, bo jego maksymalna amplituda będzie opisana mniejszą

>ilością możliwych stanów. I zamiast 16 bitów efektywnie będziemy wykorzystywać np. 14. To jeszcze

>pół biedy, ale gdy w ten sposób osłabimy sygnał np. 100 krotnie, bo chcemy posłuchać cicho, to

>będziemy używać już tylko 8 lub 9 bitów, a to jest czysty dramat! Gorzej niż mp3.

 

Taka operacja nazywa się skalowaniem wektora, czyli mnożeniem przez wartość mniejszą od 1. Trzeba pamiętać że tego typu regulacje są robione w cyfrowym fitrze interpolatora, gdzie umowna "długość słowa" jest wielokrotnie większa niż rodzielczośc sygnału wejściowego. Z tego powodu taka regulacja nie degraduje rodzielczości sygnału i jest z powodzeniem wykorzystywana w wielu nowoczesnych przetwornikach DAC (np PCM1796, procesory serii TAS300x, kodeki Philipsa itp). Jezeli sie myle , to moze ktos mnie poprawi

[Edward]

tomek_j,

 

czy mógłbyś rozwinąc to zdanie "Trzeba pamiętać że tego typu regulacje są robione w cyfrowym fitrze interpolatora, gdzie umowna "długość słowa" jest wielokrotnie większa niż rodzielczośc sygnału wejściowego."?

[tomek_j]

dward, 30 Wrz 2007, 23:15

 

>tomek_j,

>

>czy mógłbyś rozwinąc to zdanie "Trzeba pamiętać że tego typu regulacje są robione w cyfrowym fitrze

>interpolatora, gdzie umowna "długość słowa" jest wielokrotnie większa niż rodzielczośc sygnału

>wejściowego."?

 

Nie jestem na 100% pewien, bo zaden propducent nie opisuje dokładnie jak to jest zrobione. Modulator sigfma delta stosowany powszechnie w fonicznych DAC ma ta wlasciwośc, zbez problemu pracujez duzymi fs - stad łatwo wykonac overampling. Overampling wykonuje sie w filtrze cyfrowym interpolatora. Interopolacja polega na dodawaniu zerowych próbek pomiedzy próbki wejsciowe i filtrowaniu tego dolnoprzepustowo do pasma okreslonego przez fs sygmału wejsciowego. Domyslam sie ze operacje skalowania robi sie po interpolacji, ale przed filtrowaniem, czyli na próbkach o wieloktrotnym fs. Mozna sobie wyobrazic ze pomiedzy dwoma probkami sygnału wejsciowego jest dodatkowo 8 probek interpolowanych, czyli informacji jest 8x wiecej. To na tych danych robi sie obliczenia i dlatego nie ma degradacji rozdielczości.

Musi byc to tak albo podobnie zrobione, bo na prawde działa to bardzo dobrze.

[senicz]

W Kin. Domow. widzialem tylko i wylacznie regulacje na potkach cyfrowych i nigdy z ukladami regulacji na danych. A pomysl z interpolacja jest swietny ale sama interopolacja pewnie wprowadza thd. Niestety mniejszy sygnal jest mniej dokladnie przedstawiany i gorzej gra muza we fragmantach cichych. Dlatego unika sie takich fragmentow w nagraniach. Wszystko siedzi z max amplituda. W analogu jest odwrotnie do pewnego stopnia do poziomu szumow.

 

Same pot cyfrowe tez sa kiepskie. Wew. uklady przelacznikow elektornicznych wprowadzaja wlasne thd. Nie sa liniowe. Ale ilez mozna uzyc przekaznikow w 7 kanalowym kinie domowym?

[PiotrSz]

No dobra. Postaram się to wytłumaczyć.

 

Na wejściu mamy przykładowo 16bit/44.1kHz.

 

W DACu SigmaDelta są na początku robione dwie rzeczy.

 

a) 16bit -> 24bit (przez dodanie zer na końcu słowa bitowego, pomijam tu fakt kodowania w kodzie uzupełnieniowym do dwóch gdzie dla liczb ujemnych jest uzupełnianie jedynkami, ale to szczegół).

 

b) jeśli mamy przykładowo 8x oversampling, to dodawane jest 7 próbek o wartości zero (już 24-bitowych).

 

Nastepnie taki ciąg jest przepuszczany przez filtr interpolacyjny FIR o wysokim rzędzie. Dzieje się rzecz nastepująca. Próbki zerowe uzyskują wartości pośrednie względem sąsiadujących ale w rozdzielczości 24-bit !

 

Podam trywialy przykład.

 

dane 4bit/1Hz -> 8bit/4Hz

 

Próbki oryginalne (weźmy trzy) 4bit/1Hz (o - oznacza próbkę oryginalną)

 

0000 (o)

0100 (o)

1000 (o)

 

dalej zamiana na 8bit/4Hz (d - oznacza próbkę dodaną)

 

00000000 (o)

00000000 (d)

00000000 (d)

00000000 (d)

01000000 (o)

00000000 (d)

00000000 (d)

00000000 (d)

10000000 (o)

 

a teraz interpolowane:

 

00000000 (o)

00001000 (d)

00010000 (d)

00100000 (d)

01000000 (o)

01010000 (d)

01100000 (d)

01110000 (d)

10000000 (o)

 

Może nie jest to zbyt szczęśliwy przykłada, ale w innym za dużo bym musiał liczyć. Generalnie jest tak, że próbki dodane są w rozdzielczości wyższej. Tutaj widzimy to dla próbki nr 2 (1 na 4 bicie)

[Qubric]

Czy ktos ma zamiar jeszcze zaprzeczyć wnioskom z wpisu PiotraSZ ? Czy wszyscy się już ugieli pod ciężarem argumentow matematyki - lub się aż tak na niej nie znają? ;)

 

W takim razie pozostaje tylko zapytac które D/A na jakich kartach dźwiękowych mają ten sposób modulacji i regulacji głosności? Może ktoś wie?

[senicz]

Oczywiscie kazdy wspolczesny dac ma taka reg. zaszyta w scalak. Ale niestety obnizenie poziomu sygnalu na poziomie cyfrowym obnizy jego jakosc po prejsciu prze zdac. I nie ma na to rady. Wiec sprawa odpada. Sa regulacje sygnalu analogowego na wzm programowanych z barzo duza dynamika i malymi thd. Ale akurat dla mnie sie to nie nadaje.

[PiotrSz]

Ja dodam tylko jeszcze jedno.

 

Typowe przetworniki 1-bit DeltaSigma są bardzo wrażliwe na jitter zegara taktującego przetwornik. W elektronice jest zawsze coś za coś. W sygnale mamy dwie osie czas t i wartość sygnału y. Wymagania odnośnie kwantyzacji na osi y zostały w tego typu przetwornikach przeniesione na wymagania koherencji czasowej na osi t.

 

W przetwornikach 1-bit mamy dwa źródła jittera. Pierwszy to sygnał zegarowy z odbiornika SPDIF, a drugi to jitter modulatora DeltaSigma. Praktyczne rozdzielczości uzyskiwane to góra 12/14-bit dla sygnałów o wyższej częstotliwości.

 

Producenci robią więc teraz głównie przetworniki co prawda z modulatorem DeltaSigma ale 5-bitowym. Wpływ jittera jest wtedy zdecydownaie niższy. 5-bitowe modulatory stosują wszyscy wielcy: BurrBrown, Analog Devices, Wolfson, Cirrus Logic, Asashi Kasei.