Про межсемпловый клиппинг
Тут недавно упоминал про "междусемпловый клиппинг".
Скрытый текст
В общем, речь о цифровом клиппе. Традиционно считалось, что при сведении фонограммы об уровене сигнала уже позаботились, и вопрос закрыт.
Но, к сожалению, в нынешнем столетии (вследствие "громкостной войны") ситуация несколько изменилась, и такой подход несколько устарел. Нынче, вероятно, вполне оправданно принимать во внимание возможность цифрового клиппа в фонограмме, вероятность которой никого не волновала во времена классических связок из двух чипов (ЦФ + ЦАП).
Чтоб пояснить о чем идет речь, можно привести классичекий "некорректный" случай. Посмотрим на "цифровой меандр".
Как-бы понятно, что сигнал "чистого прямоугольника" имеет бесконечный спектр, и, как следствие, не очень-то подходит для воспроизведения ЦАПом с оверсемплингом.
Чтобы привести задачу к корректному виду, сигнал обрезают посредством ФНЧ, что порождает привычные уже переколебания на "полках". Выглядит неэстетично, но, по сути, ничего страшного не поисходит.
Однако, в случае если изначальный меандр имеет амплитуду полной шкалы (0 dBFS), возникает забавная ситуация, когда амплитуда "переколебаний" должна быть еще выше, что, естественным образом, невозможно. Имеем клип в чистом виде.
Стандартное "утешение" - обозвать вопрошающего дураком, дескать сигнал "неправильный", потому и результат "левый" - кажется несколько натянутым. Такие уговоры никак не поднимают доверия к звукорежиссерам, которые конечено-же должны были-бы позаботится о "хорошести" фонограммы. Ну да..
Однако ситуация не ограничивается артефактами от отфильтровывания ультразвуковых компонент сигнала. Еще более неприглядно выглядит неидеальность подхода с точки зрения так называемого "межсемплового клиппинга" (это один из краеугольных камней в основании поклонения NOS - non oversampling DAC).
При интерполяции совершенно нельзя исключить ситуацию (и тому есть масса примеров), когда новые отсчеты могут оказаться выше изначальных, вылететь за 0 dBFS. В обычной ситуации "внешнего" ЦФ остается только уговаривать себя, что "ухо не слышит кратковременый клипп" или "я не слушаю современые записи" и т.д. и т.п.
Впрочем, есть ЦФ (вроде PMD100), которые несколько уменьшают громкость сигнала, за счет чего пики проходят без искажений. Но тут возникает другой вопрос: снижение эффективной разрядности преобразования.[свернуть]
В принципе, там вопрос понятен, но если кому интересно, пара примеров.
Во первых: Посмотреть, где (и как) начинает клиппить конкретный ЦАП можно, воспользовавшись тестовым файлом "22050Hz_200Hz_8dB_over_FS_1min.flac" у которого на фоне тоновой посылки просматривается "интерсемпловый пик" уровнем +8.42 дБ:
22050Hz_200Hz_8dB_over_FS_1min.flac
Это кусочки частоты 22050 Гц, частотой следования 200 Гц.
Выглядит одиночная посылка так:
Точки - уровни семплов, понятно, что амплитуды выше 0 dB FS появляются только после оверсемплинга и/или в восстанавливающем фильтре.
Очевидно, что запредельный уровень в +8.3 dB FS ни один ЦАП с ЦФ не отработает, но, понижая в цифре уровень входного сигнала, вполне можно отловить момент реального клиппа конкретного ЦАП.
Еще один файл содержит на фоне таких-же посылок дополнительные кусочки синуса с амплитудой соотвествующей 0 dB FS. На осциллограмме синус и посылка накладываются друг на друга и наглядно видно, как реальный ЦАП выскакивает за амплитуду, соответствующую полной шкале преобразования ( 0 дБ)
22050Hz_200Hz_8dB_over_FS_SineRef.flac
Вот картинка, как это может выглядеть на выходе ЦАП:
Видно, что только при снижении уровня более чем на 6 дБ пик начинает воспроизводиться полностью.
Грамотный мастеринг подразумевает, что ничего подобного быть в фонограмме не должно. Чаще всего ничего существенного и нет. Небольшие перегрузы (менее 1 дБ, обычно 0.2-0.3 дБ) обычно связаны с банальным клиппом, когда переколебания имеют ту-же причину, что и переколебания полок меандра. По факту, получается, что фонограмма и так вогнана в клипп, какое уж тут качество.
Но иногда бывает и так, что трек выверенный "ниже 0 дБ" на 44.1 кГц
после оверсемплинга превращаеся в такое вот
Это последние секунды 9-го трека (Mother And Father) из American Life Мадонны, там вся композиция такая, один из моих тестовых треков (идеальное качество, но требования предъявляет весьма высокие).
Ну и можно заметить, что клипп (как и ограничение у "старых добрых ЦФ") - это не только амплитудные искажения, но и "расширение спектра", со всеми вытекающими..
Конечно, "нет человека нет проблемы", и если ЦАП принципиально ограничен уровнем 0 dBFS, вся эта возня не имеет смысла. Да и как-то уже сложилось считать "классической" и нормальной ситуацию, когда после ЦФ получается что-то вроде упомянутый Алексом картинки банального ограничения сигнала
***
Дополнение.
Приведенный "тестовый" сигнал очень наглядно иллюстрирует механизм появления интерсемпловых пиков, но является весьма экстремальным случаем (частота заполнения посылок fs/2).
Реакция того или иного ЦФ на подобный сигнал может быть весьма специфической и не всегда отражает собственно "перегрузочную способность" связки ЦФ+ЦАП.
С целью определить потенциальные возможности ЦАП, целесообразно воспользоваться более "традиционным" синусом частоты fs/4 с амплитудным значением +3dB FS.
Файл 11025Hz_200Hz_3dB_SinRef.flac содержит референсные посылки синуса с амплитудами 0dB FS и +3dB FS. Контролируемо снижая громкость, нетрудно определить границу клиппа по исчезновению артефактов.
Здесь, например, снижение уровня на 0.5dB приводит картинку к правильному виду: чистый синус +3dB FS поверх синуса амплтудой FS.
Прикидка дает перегрузочную способность:
+3dB (пиковый уровень сигнала) - 0.5dB = +2.5dB.
Вплоть до этого уровня интерсемпловые пики будут передаваться без искажений.
Сообщение от 155ла3
, теперь что-уж, остается только дезавуировать. Впрочем, "нестрогий" посыл это не отменяет. Реальная музыкальная фонограмма (где это практически всегда так) провоцирует артефакты куда менее интенсивно, причем именно за счет меньшей загруженности верхней части спектра.
? В области корректной работы ЦФ они практически незаметны. Условие такого - апсемплинг (чтоб аналоговый фильтр был попримитивнее), да нормальная аналоговая часть, и только.
Социальные закладки