kształtowanie szumów przetwarzania D/A

[Edward]

W wątku nr 58028 "Kopiowanie płyt SACD" pojawiła się kwestia kształtowania szumów. Ponieważ temat ten nijak się ma do kopiowania SACD, a dodatkowo dyskusja poszła w zupełnie innnym kierunku to dla porządku zakładam nowy wątek.

 

Misiomor zadał tam dwa pytania:

- Jak w typowych odtwarzaczach wygląda porównanie poziomów 0dBfs i 0dBdsd?

- Jak często zdarza się wyraźne przekroczenie poziomu 0dBdsd w nagraniach SACD?

 

Nie mam tylu doświadczeń aby wypowiadać się jako to wygląda w typowych odtwarzaczach, ale wspomniałem o tym, że kiedyś zrobiłem analizę FFT materiału zgranego z CD i SACD. Pliki z analizą zgubiłem, ale same nagrania odnalazły się, więc porównałem je jeszcze raz. Wynik tego co wyszło jest dość ciekawy, dlatego go wrzucam i zapraszam do wyciągania wniosków.

 

Materiał został nagrany w następujący sposób:

 

- wybrałem jeden utwór z samplera wytwórni Tacet (rok 2004), jest to płyta hybrydowa CD - SACD.

- odtworzyłem go w 3 wersjach:

a) CD

b) SACD

c) SACD konwertowane do PCM w samym odtwarzaczu (Marantz DV-9500)

- nagrałem sygnał ANALOGOWY na Tascama w PCM 24-bit, 96 kHz

 

Następnie te 3 pliki poddałem analzie FFT, którą zamieszczam poniżej. Skala pionowa odnosi się do 0 dBFS. Nagrane sygnały nie było poddane żadnej obróbce, także poziom głośności jest oryginalny. Nawet pocztkowa i końcowa cisza nie była przycinana.

 

CD - kolor zielony

SACD - kolor czerwony

SACD konwertowane do PCM - kolor fioletowy

 

Oba wykresy przedstawiają to samo, tylko drugi jest w skali liniowej, aby lepiej było widać co dzieje się powyżej 20 kHz.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

[yayacek]

Skoro wykresy się pokrywają to znaczy, że master dla warstwy SACD i CD był jeden. Tym samym mamy potwierdzenie, że jeden i ten sam master jest konwertowany do formatu końcowego którym jest SACD i CD.

Jak już pisalismy w uprzednio wspomnianym wątku maksymalny poziom na DSD to +3.1dbDSD co wcale nie znaczy, że poziom takowy jest osiągany. To maksymalny dozwolony poziom ale z zasady tak się pracuje, że 0dbFS = 0dbDSD.

To, że wartość może sięgać katalogowego +3.1dbDSD wcale nie znaczy, że w studiach masteringowych dobija sie do wartości granicznej.

[yayacek]

tu jeszcze trochę info - może się komuś przyda:

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

[Gość rochu]

Edwardzie,

dobra robota.

Serio.

[shark700]

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

[Molibden]

Wygląda na to, że materiał był nagrany i obrabiany w formacie 48kHz a nie 96kHz czy więcej (w studiach nie pracuje się z cz. próbkowania 44.1kHz tylko robi na końcu downsampling do standardu CDDA).

Przetwornik wielobitowy pracujący z oversamplingiem (filtrem cyfrowym) zależnie od skuteczności tłumienia w paśmie zaporowym będzie w zakresie powyżej 22kHz, do 150kHz (O-S x4) lub 330kHz (O-S x8) wykazywał praktycznie brak jakichkolwiek pozostałości konwersji i cyfrowej filtracji. W odniesieniu do pozostałości po nowej częstotliwości próbkowania - pasma wokół 176,4kHz lub 352,8kHz zakres ten będzie stłumiony od 45dB w najgorszym przypadku do ok. 130dB w najlepszym przypadku. Ile będzie wynosił poziom tego pasma trudno mi opwiedzieć, można jednak założyć że nie wymaga on odfiltrowania - między pasmem akustycznym a pozostałościami konwersji i filtracji cyfrowej będzie odstęp ok. 130 lub 310kHz. W przypadku DSD lub konwersji na DACu D-S jest to kilka kHz i jest to ciągłe pasmo szumów.

[Edward]

yayacek, 21 Wrz 2009, 20:30

>Skoro wykresy się pokrywają to znaczy, że master dla warstwy SACD i CD był jeden.

 

Absolutnie i ponad wszelką wątpliwość. Nie użyo żadnego kopresora, poprawiasza, czy psuja do dźwięku. Płyta ta pochodzi ze znakomitego wydawnictwa Tacet, ale wydaje mi się, że podobne wyniki są raczej normą, a nie wyjątkiem.

 

Yayacku, czy można określić lub oszacować rozdzielczość bitową strumienia DSD?

 

Rochu, to jest jeden z tych momentów, kiedy teoria pięknie pokrywa się z praktyką. Audio czasami nie jest wędrówką przez mgłę :-)

 

Molibden, z czego konkretnie wnosisz, że było to właśnie 48 kHz?

[misiomor]

>> Edward

 

Wielkie dzięki za udostępnienie tych danych. Sporo na nich widać.

 

Po pierwsze - ogromny poziom szumów kwantyzacji w okolicach 50kHz dla sygnału SACD. Wzmacniacze mają tam już zwykle słabo działające sprzężenie zwrotne (żeby się nie wzbudzały) i przez to zwiększone zniekształcenia, w tym intermodulacyjne. A więc te szumy, leżące tylko 36dB poniżej max. mocy sygnału raczej wlezą na pasmo słyszalne, i to niewykluczone że ze znacznie większą mocą niż -96dBfs szum kwantyzacji dla formatu CD.

 

Ograniczenia pomiaru (Fs = 96kHz) a więc Nyquist przy 48kHz oznaczają że obserwowane szumy poniżej 48k najprawdopodobniej w sporej części "wlazły" poprzez aliasing a więc w oryginale były położone wyżej. Co nie zmienia faktu że moc szumów jest tam duża, na pewno nie pochodzą one od pasma słyszalnego (skoro taktowanie SACD to 2.8MHz).

 

W sumie do takich pomiarów przydałby się przetwornik AD pracujący z częstotliwością ok. 350 - 400kHz i z porządnym antyaliasem np. 6th LR albo Bessel @ 50kHz, tnącym już o ok. 72dB przy częstotliwości Nyquista a więc 175 - 200kHz. A jakby zgodzić się na 16-bit rozdzielczość (w końcu to tylko pomiar), można by nawet zastosować PulSAR'a i pojechać z próbkowaniem pod 800kHz co by bardzo obniżyło wymagania na antyalias.

[Edward]

Misomor,

 

Drobna korekta na temat mocy sygnału. Analiza FFT sięga maksymalnie do około -46 dB. Nagranie jest ok -3 dB ciszej w porównaniu z oryginałem (tu wnoszę korektę do pierwszego postu, gdzie pisałem że jest to 0dBFS). Sam oryginał jest względnie cicho nagrany. To jest plumkający akuztyczny dżezik. Peak amplitudy leży na poziomie -8.25 dB.

 

W tej sytuacji to co widać na powyższych wykresach jest obniżone o -3 dB w stosunku do oryginału. Zatem przy 50 kHz będziemy mieć około -92 dBFS. A to chyba nie jest źle.

 

To co mogę zrobić, to ewentualnie nagrać materiał jeszcze raz w 24-bit i 192 kHz. Lepszego przetwornika A/D nie mam.

[kris_k]

Ciekaw jestem, w jaki sposób te szumy SACD >30kHz wpływają na to co się dzieje w paśmie akustycznym z jednej strony, i na zachowanie się elektroniki wzmacniającej z drugiej. Wcześniej wspomniano o różnych możliwych efektach, ale nie do końca to kumam. Jeszcze jedno pytanie - czy sygnał >30kHz dochodzi do kolumn? Jest jakoś odfiltrowany? Bo jeśli tak i nie jest - to przecież wpłynie też na zachowanie się głośnika wysokotonowego (czy nie???)

[Kyle]

kris_k, 22 Wrz 2009, 13:22

 

> czy sygnał >30kHz

>dochodzi do kolumn?

 

Tak. Efekt - większe grzanie wysokotonowca (chyba że zwrotnica w kolumnie tnie od góry w co wątpię).

[Edward]

Może spróbuję nagrać sygnał z zacisków kolumnowych?

[Kyle]

Edward, 22 Wrz 2009, 14:50

 

>Może spróbuję nagrać sygnał z zacisków kolumnowych?

 

Czemu nie ;) W testach przeprowadzanych przez audio widać że prawie każdy wzmacniacz przenosi do tych ~100 khz

[misiomor]

Pisałem na szybko bo wyjeżdżałem, więc dodam jeszcze że jeżeli przy próbkowaniu 96kHz był jednak jakiś szczątkowy antialias, wtedy SACD musiało bardziej szumieć niż to widać w pomiarach.

[misiomor]

>> kris_k, 22 Wrz 2009, 13:22

 

Chodzi o to że jeżeli zapodasz dwa przebiegi na raz - powiedzmy 33kHz i 36kHz, to system nieliniowy oprócz harmonicznych (które będą przy 66kHz i wyżej więc nie są problemem) wygeneruje jeszcze produkty intermodulacyjne, a więc np. F2-F1 = 3kHz, 2F2-2F1 = 6kHz itd.

 

A niestety wzmacniacz przy 20kHz i wyżej jest bardzo nieliniowy, jak to już pisałem.

[misiomor]

BTW - tytuł wątku to "kształtowanie szumów przetwarzania D/A" jest nie do końca poprawny w kontekście SACD - gdzie kształtowanie szumów jest, ale przy przetwarzaniu A/D, ew. przy konwersji PCM -> DSD.

 

Przetwornik wyjściowy dostaje po prostu ciąg zer i jedynek z już ukształtowanym szumem kwantyzacji i odpowiednio do nich kluczuje wyjście między dolnym a górnym napięciem referencyjnym.

[misiomor]

>> Edward, 22 Wrz 2009, 14:50

 

Na zaciskach kolumnowych dużo więcej nie zobaczymy - po prostu odpowiednie próbki FFT będą minimalnie większe / mniejsze.

[Edward]

Na zaciskach kolumnowych sygnał zostanie uzupełniony o zniekształcenia wzmacniacza wraz z jego ograniczeniem pasma, a także być może dostaniemy coś zwrotnego od kolumn? Tego nie wiem, ciekawie będzie sprawdzić, a może porównać sytuacją, gdy obciążymy wzmacniacz czysto rezystancyjnie.

 

Tytuł wątku meżemy zmienić, moderatorzy mają chyba taką moc :-)

[Molibden]

Pasmo kończy się dokładnie na 20kHz. Jeśli celowo go nie oganiczono to wynika ono wprost z częstotliwości próbkowania (44,1kHz lub raczej 48kHz), dla SACD pasmo użyteczne powinno być widoczne do co najmniej 50kHz.

[misiomor]

Ja na razie widzę dwa problemy:

 

- identyczność (lub nie) przebiegów SACD i CD z płyt hybrydowych

 

- włażenie wysokoczęstotliwościowego szumu kwantyzacji SACD na pasmo słyszalne, grzanie przez niego cewki gwizdka, ew. sam szum w oktawie 10k - 20k

 

W pierwszym przypadku należałoby wziąć płyty na których jest spektakularna różnica brzmienia i analizować - przez FFT a IMHO lepiej nakładając waveformy w szczytach sygnału.

 

W drugim - najlepiej by było chyba wziąć jakąś płytę testową SACD / CD z wiadomo jakim przebiegiem (najlepiej jeden prążek ew. kilka) i wtedy robić FFT, tak żeby były miejsca gdzie nie ma sygnału - i wtedy można pokusić się o stwierdzenie - wlazł tam szum albo nie.

[misiomor]

Tak czy siak zaprezentowane przebiegi jasno pokazują czym jest robienie reedycji SACD płyt nagranych w 44.1kHz - zwykłym trzepaniem kasiory na naiwnych.

 

W takim przypadku przebieg CD jest lepszy, bo utraconej informacji powyżej 22k nic już nie odtworzy, za to lądujemy z całą masą szumu kwantyzacji DSD - a więc dostajemy w efekcie wady obu formatów.

[Molibden]

Misiomor, jeśli już zakładamy "grzanie" "gwizdka" przez wysokoczęstotliwościowy szum to musielibyśmy wiedzieć jaki procent mocy w odniesieniu do całego przetwarzanego przez ten głośnik pasma on stanowi. Czy jest to średnio 30% czy 10% i jakie pasmo przenosi wzmacniacz.

Trzebaby też ustalić słyszalność IMD od szumu nagrania SACD w porównaniu z PCM (mogą być oba nagrane analogowo z tej samej płyty SACD w 96/24, lub tylko SACD a PCM z warstwy CD po konwersji do 96kz).

[Molibden]

misiomor, 22 Wrz 2009, 17:06

 

>Tak czy siak zaprezentowane przebiegi jasno pokazują czym jest robienie reedycji SACD płyt

>nagranych w 44.1kHz - zwykłym trzepaniem kasiory na naiwnych.

>

>W takim przypadku przebieg CD jest lepszy, bo utraconej informacji powyżej 22k nic już nie odtworzy,

>za to lądujemy z całą masą szumu kwantyzacji DSD - a więc dostajemy w efekcie wady obu formatów.

 

Trzebaby sprawdzić więcej płyt SACD, by wiedzieć jak często jest to to samo.

W przypadku styarszych nagrań cyfrowych na pewno będzie to identyczna zawartość, musiałyby więc pochodzić albo z analogowych masterów albo nowszych w 96kHz.

[misiomor]

>> Molibden, 22 Wrz 2009, 17:10

 

Jeżeli master jest w 44.1kHz, to robienie z tego SACD jest techniczną nieuczciwością.

[Molibden]

Ogólnie samop w sobie jest to nieuczciwością w każdym takim przypadku, nie wiem jednak jak często się to zdarza.

[Edward]

misiomor, 22 Wrz 2009, 16:58

>należałoby wziąć płyty na których jest spektakularna różnica brzmienia i analizować - przez FFT

 

Bardzo dobry pomysł! Znajdźmy taką płytę, chociaż jedną, podobno jest ich dużo. U mnie niestety (albo stety) na wszystkich płytach, ktore mam warstwa CD i SACD różni się naprawdę minimalnie.

 

misiomor, 22 Wrz 2009, 16:58

>najlepiej by było chyba wziąć jakąś płytę testową SACD / CD z wiadomo jakim przebiegiem

>(najlepiej jeden prążek ew. kilka) i wtedy robić FFT

 

Czyli płytę testową SACD. Niestety to marzenie ściętej głowy. Jeden producent, cena zaporowa, a licencja praktycznie wyklucza możliwość zakupu przez amatora.

 

Molibden, 22 Wrz 2009, 17:08

>jeśli już zakładamy "grzanie" "gwizdka" przez wysokoczęstotliwościowy szum to

>musielibyśmy wiedzieć jaki procent mocy w odniesieniu do całego przetwarzanego przez ten głośnik

>pasma on stanowi.

 

Powyższe FFT pokazują, że dla SACD jest on maksymalnie na poziomie -92 dBFS. O żadnym grzaniu gwizdków w ogóle nie ma mowy.

 

Molibden, 22 Wrz 2009, 17:08

>Trzebaby też ustalić słyszalność IMD od szumu nagrania SACD w porównaniu z PCM

 

Byłoby super! Tylko jak to zrobić?

[misiomor]

>> Edward, 22 Wrz 2009, 17:58

 

"Czyli płytę testową SACD. Niestety to marzenie ściętej głowy. Jeden producent, cena zaporowa, a licencja praktycznie wyklucza możliwość zakupu przez amatora."

 

Boją się aby ich bezeceństwa na światło dzienne nie wyszły. Innego wytłumaczenia nie widzę.

[Molibden]

Brak dostępu do płyty testowej np z parami tonowymi do pomiaru IMD praktycznie wyklucza możliwość udowodnienia "wyższości" SACD/DSD nad PCM. Ale można odtwarzać sygnały PCM na przetwornikach 1-bit/D-S i zbadać to samo bez płyty testowej SACD, to ta sama technologia.

[misiomor]

>> Edward, 22 Wrz 2009, 17:58

 

"Powyższe FFT pokazują, że dla SACD jest on maksymalnie na poziomie -92 dBFS."

 

Jak dla mnie to one pokazują że ten szum jest jakieś 55dB poniżej najmocniejszego prążka sygnału użytecznego.

[misiomor]

>> Molibden, 22 Wrz 2009, 18:06

 

Trzeba by dostać przetwornik 1-bit D-S pracujący z 2.8MHz - a więc dość mocny archaik, raczej nie pracowałby też z sygnałami PCM powyżej 44.1kHz. Musiałby też mieć cały modulator D-S kształtujący szumy kwantyzacji.

 

No i proponenci SACD zawsze mogliby powiedzieć że te ich nowe wynalazki mają udoskonalone algorytmy czy modulatory kształtujące szum.