🍵 ✊🏿 ♐️ إعادة التشكيل. جدار من الطوب الرقمي ضد نظرية المؤامرة. حكاية عيد الميلاد لعشاق الصوت الواضح ♈️ 👟 🥪

لا توجد أسطورة تراكمت العديد من الأساطير
كما هو الحال في مجال Hi-Fi وأجهزة Hi-End لإعادة إنتاج الصوت.
ضرب قصة عيد الميلاد على واحد منهم!

عندما تم قضاء العام القديم بالفعل ، تم استقبال السنة الجديدة أولاً في دائرة عائلية ضيقة ، ثم مع أقارب أكثر بعدًا ، عندما انتهت سلطات العام الجديد أو أصبحت عديمة القيمة وبدأت في إصدار صداع الكحول ...

أولئك الذين لم يرغبوا ~~أو لم يتمكنوا من~~ الاحتفال بالسنة الجديدة في Far Abroad يبدأون أشعر بمكالمة جهاز كمبيوتر شخصي.

بالنسبة لهم ، فإن قصة عيد الميلاد الخاصة بي تدور حول أساسيات إعادة التشكيل - وهي تقنية حسنت بشكل كبير جودة تشغيل الأقراص الصوتية المضغوطة في بداية الألفية. في ذلك الوقت ، بدأ استخدام المحولات الرقمية من 18 إلى 20 بت لتشغيل تسجيلات 16 بت. للوهلة الأولى ، بدا الأمر وكأنه حيلة تسويقية من الشركات المصنعة تهدف إلى استخراج جزء إضافي من المال من محافظ عشاق السمع السذج ، ولكن هذه المرة يمكن لداعمي نظرية المؤامرة أن يدخنون جانبًا. في الواقع ، كانت هذه محاولة ناجحة لتحسين جودة التكاثر وخفض سعر المعدات المهنية باهظة الثمن. القصة قديمة ، لكنها مفيدة ، من نواح عديدة ذات صلة بهذا اليوم.

محول رقمي تناظري رقمي إلى تناظري DAC هي قلب أي نظام audiovoproizvodyaschey وذلك باستخدام الأقراص المدمجة المصدر. يعهد إليها بمهمة معقدة وحساسة لفك تشفير سلسلة من أرقام 16 بت وتحويلها إلى تنسيق تدركه الأذن البشرية.

في عام 1983 ، ظهر أول مشغل أسطوانات مضغوطة Magnavox الشهير بمحول مزدوج 14 بت ، ولكن بحلول بداية القرن ، كان لدى العديد من أنظمة تشغيل الأقراص المضغوطة عالية الجودة 18 أو حتى 20 محول. لماذا؟

قليل من النظرية ، بدون صيغ تقريبًا

يعتمد مفهوم التحويلات الرقمية إلى التناظرية على ركيزتين: معدل أخذ العينات وعمق البتات الكمية .

لتشغيل الصوت بتنسيق PCM ، يجب أن نقوم على فترات منتظمة بتحويل القيم الرقمية إلى قيم الجهد التناظري أو القيم الحالية المقابلة لها. تردد هذه التحولات هو تواتر أخذ العينات. وفقًا لنظرية Nyquist ، فمن الممكن إعادة إنتاج الإشارات بتردد لا يتجاوز نصف تردد أخذ العينات. التنسيقات الأكثر شيوعًا والقادرة على إعادة إنتاج الإشارات بتردد تدركه الأذن البشرية ، ~~الرقم المقبول بشكل عام هو 20 كيلوهرتز~~ ، ولها ترددات عينات 44.1 و 48 كيلوهرتز.

الصورة

لا يزال الأول مستخدمًا على نطاق واسع في الأقراص الصوتية المضغوطة (CDDA و English Compact Disc Digital Audio ، والتي تسمى أيضًا الإنجليزية CD CD و Red Book) ، والثاني ولد في عدد من المعايير لمعدات التسجيل الاحترافية.

دعنا نتخيل أنه عند التسجيل ، تصل الإشارة الصوتية إلى محول تناظري إلى رقمي مثالي. ليس لها ضوضاء وتشويه خاص بها وتحول القيمة الآنية للإشارة التي تصلها إلى رقمية بعمق بت معين ، على سبيل المثال ، 16 بت ، كما هو معتاد في تنسيق قرص الصوت المضغوط. في هذه الحالة ، سيكون النطاق الديناميكي القابل للتحقيق نظريًا للإشارة (النسبة بين الإشارات الرقمية ذات المستويات الأعلى والأدنى) 98.1 ديسيبل. لحساب هذه القيمة ، غالبًا ما يتم استخدام صيغة تقريبية ، والتي بموجبها يضيف كل بت إضافي 6 ديسيبل إلى النطاق الديناميكي القابل للتحقيق نظريًا. للحصول على إشارة 16 بت ، نحصل على: 6

ديسيبل / بت * 16 بت = 96 ديسيبل .

لا تتكون الإشارة الموسيقية الحقيقية في الغالب من نغمة نقية ، ولكن من مزيج من عدد كبير من التوافقيات يغير ترددها وسعتها بسرعة. بالنسبة للتوافقيات ذات السعة التي تقل عن بت واحد من ADC ، من المستحيل استعادة الارتباط مع الإشارة الأصلية ، ونتيجة لعملية فك التشفير ، تتحول إلى ضوضاء بيضاء. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إنشاء الضوضاء من خلال الإشارات المتغيرة بسرعة ذات سعة كبيرة ، والتي سنقولها كثيرًا في موسيقى البوب.

من التقريبات المثالية إلى الحياة الواقعية. مشاكل مشغلات الأقراص المضغوطة الأولى

منذ بداية استخدام التكنولوجيا الرقمية في التسجيل الصوتي ، كان هناك سباق مستمر لزيادة إنتاجيتها وتقليل التكلفة. تحتوي مشغلات الأقراص المضغوطة الأولى على DAC موازية واحدة ودائرتي إدخال ، والتي تغذي الإشارات بالتناوب إليها من القناة اليمنى أو اليسرى. تم تسجيل المستويات الآنية للإشارات التناظرية عند خرج DAC باستخدام دارات خاصة للوقت بين قراءتين ويتم تغذيتها بالتناوب لفصل مضخمات القناة اليمنى واليسرى. أدى هذا إلى تشوهات إضافية ، تعتمد قيمتها على الاختلاف في مستويات الصوت اللحظي للقنوات. تحت ضغط منتقدي auidophiles ، اضطر المصنعون إلى التحول إلى مخطط مع DACs منفصلة لكل قناة.

الصورة

عند إخراج DAC ، توجد إشارة خطوة بخطوة ، والتي لا تشبه إلى حد كبير إشارة المصدر السلس ، وهناك تشوهات غير سارة للأذن. من أجل البساطة ، دعنا نتخيل أنه تم تطبيق متناسق واحد بتردد 1 كيلو هرتز على الإدخال. تؤدي عملية إعادة بناء الإشارة الرقمية إلى ظهور تشوه في التشكيل البيني بين الإشارة الأصلية وتردد أخذ العينات - في حالتنا 44.1 كيلوهرتز. (يمكن العثور على آلية حدوث تشويه التشكيل البيني والبرنامج التعليمي للتوافقيات ، إذا لزم الأمر ، في مقالتي الأخيرة ).

على الرغم من حقيقة أن التوافقيات الطفيلية تقع خارج الأذن البشرية ، إلا أن لها تأثيرًا سلبيًا على جهاز التضخيم ومن الأفضل التخلص منها.

في النماذج الأولى لمعدات إعادة إنتاج المحتوى الرقمي ، تم استخدام المرشحات لهذا ، والتي كانت لها خاصية مسطحة تصل إلى تردد 20 كيلوهرتز ، ثم توهين حاد للمستوى بمقدار 80 ديسيبل أو أكثر. في المصطلحات الإنجليزية ، تسمى هذه المرشحات بجدار من الطوب ، وتسمى أحيانًا بالروسية تشبيهًا بجدار من الطوب. كانت المشكلة هي أن مرشحات التمرير المنخفض التناظرية عالية الترتيب حساسة للغاية لدقة قيم المكونات السلبية التي تتكون منها. الوضع أكثر تعقيدًا من التصنيفات المطلوبة ، والتي ~~تقع خارج النطاق القياسي~~والمتطلبات الخاصة لجودة هذه المكونات ، وهي ضرورية لتحقيق الحد الأدنى من المساهمة في تشويه الإشارة. ونتيجة لذلك ، تبين أن تكلفة هذه الفلاتر باهظة ، ولكن الشيء الأكثر حزنًا هو أنهم لم يتمكنوا من تلبية طلبات عشاق الصوتيات ، لأن هذه الفلاتر كانت تشوهات طورية كبيرة ، خاصة عند حواف النطاق المستنسخ. لذلك ، صوت الإصدارات المبكرة من مشغلات الأقراص المضغوطة ، ~~على الرغم من التكلفة المرتفعة ،~~ عشاق الموسيقى وصفت بأنها " شجاع ".

اندفاع المرشحات الرقمية للانقاذ. الإفراط في الإصبع

كانت الخطوة الجادة نحو تحسين جودة الصوت ~~، والأهم من ذلك ، توفرها~~ هو إدخال تقنية تجاوز الإشارة للإشارة ، والتي تم تخصيص هذه المقالة لها.

من أجل توضيح جوهرها ، دعونا نتخيل عملية استعادة الإشارة بتردد GOST المحبوب 1 كيلو هرتز. يوضح الشكل A سلسلة من عينات لمكونات الإشارة التي تظهر عند خرج DAC ، وإلى اليمين ، المكونات الطيفية من الدرجة الثانية والثالثة الواردة في الإشارة عند خرج DAC. يمكنك أن ترى أن الإشارة ليست أكثر من نتاج تشويه التشكيل البيني بين النغمة الأولية بتردد 1 كيلوهرتز والترقيم المتكرر 44.1 كيلوهرتز.

سنقوم بزيادة معدل أخذ عينات الإشارة أربع مرات من خلال عملية أولية - بإضافة ثلاث عينات إضافية بين عينتين متجاورتين ، لكل منها قيم صفرية ، كما هو موضح في الشكل C. وفي الوقت نفسه ، نضيف البتتين الأقل أهمية في كل عينة ، ونملئها أيضًا بالأصفار. الآن حصلنا على قيم عينة 18 بت. نتيجة لهذه العملية ، لم يتغير طيف الإشارة فعليًا ، ولكن في الواقع حدث تغيير أساسي. أصبحت التوافقيات من الدرجة الثانية الناجمة عن تردد أخذ العينات جزءًا من طيف الإشارة الرئيسية. انتقلت التوافقيات المشتقة فوق تردد 44.1 كيلو هرتز. يظهر هذا في الشكل د.

في المنطقة الطيفية للإشارة الرئيسية ، يمكن تطبيق التصفية الرقمية بنجاح ، وهو ما سنفعله باستخدام مرشح رقمي عالي الترتيب مع استجابة التردد الموضحة في الشكلوF . من الناحية المادية ، نحصل على نقاط وسيطة إضافية بين العينات المتاحة للإشارة ، والتي تعمل على تسهيل الانتقال بين القيمتين بسبب ظهور بتتين إضافيتين في تمثيل السعة.

الآن بعد أن قام المرشح الرقمي بجميع الأعمال الشاقة والقذرة ، نقوم بتغذية الإشارة الناتجة بتردد أخذ العينات 44.1 * 4 = 176.4 كيلوهرتز إلى DAC.

يبقى إضافة الكرز إلى كعكتنا - لتمرير الإشارة من خلال أبسط مرشح تناظري من الدرجة الثالثة ، والذي يتواءم تمامًا مع قمع التوافقيات في نطاق معين ولا يقدم تشوهات طورية ملحوظة.

النتيجة - أصبح طيف الإشارة المستقبلة أقرب كثيرًا إلى الأصل ، وتقلصت المكونات الطفيلية فيه بشكل كبير ، ويتم تقليل تشوهات الطور إلى الحد الأدنى بسبب قدرات التصفية الرقمية.

تنفيذ الأجهزة

يوضح الشكل تنفيذ الأجهزة للحل الموصوف أعلاه. تتم عمليات إعادة التشكيل والتصفية الرقمية بواسطة رقاقة CXD1088Q المصنعة من قبل SONY ، وهي أحد أسلاف تنسيق القرص المضغوط الصوتي. وتبدأ الدائرة المنطقية البسيطة بدورها في تحويل وحدتين DAC AD1860 منفصلتين 18 بت.

ما الفوائد التي حصلنا عليها نتيجة حيلنا الرقمية؟

الحد من تشويه التشكيل البيني
تشويه طور منخفض قدمه المرشح
قمع ممتاز للتوافقيات العليا الناشئة في عملية التحويل الرقمي إلى التناظري ، والتي يمكن أن تكون بمثابة مصدر لتشوه التشكيل البيني في مسار التضخيم
إن استخدام المحولات الرقمية إلى التناظرية بعمق بت أعلى يجعل من الممكن تقليل اللاخطية للتحويل ومعامل التشوه التوافقي لأن لديهم معلمات أفضل
, , .

, …

, . :

CD Hi Fi .

.

, .

, “ ”, ~~وليس فقط~~ التشوهات ورفع سعرها إلى السماء.

للحصول على مقارنة أكثر تفصيلاً لتشغيل المرشحات التناظرية والرقمية والإجابات على الأسئلة النموذجية ، راجع المقالة التالية

.

في إعداد المنشور ، مواد من المقالة DAC ICs: كم عدد القطع التي يتم التفكير فيها؟ تأليف Robert Adams

إعادة التشكيل. جدار من الطوب الرقمي ضد نظرية المؤامرة. حكاية عيد الميلاد لعشاق الصوت الواضح