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 zoog
, а мы будем мадонну (тьфу, это образно) слушать.
Социальные закладки