Попытка некоторого ликбеза

[Ремонт-NIK]

Странно первый пост темы не читать....

эт точно,

[Nagema]

"Кроме этого, проблема с восстановлением аналогового сигнала из цифрового состоит в том, что один и тот же цифровой сигнал может соответствовать нескольким разным вариантам аналогового сигнала на входе АЦП, поэтому на выходе ЦАПа появятся не только сигнал, близкий к оригинальному аналоговому, но и паразитные сигналы, которые могли бы быть на входе АЦП для получения того же самого цифрового кода. Разные ЦАПы по-разному фильтруют нежелательные составляющие на выходе, чаще всего ещё до собственно преобразования в аналог - путём дополнительной цифровой обработки данных, и во многом именно от варианта выполнения этого "участка работы" зависит качество звукового сигнала на выходе преобразователя.

Здесь мне хотелось бы ещё раз остановиться на важном моменте: цифровые звуковые данные несут вполне конкретную информацию об оригинальном сигнале, и, соответственно, о звуковой информации, важной для нас, как слушателей. При преобразовании из цифры в аналог какая-то часть этой информации опять теряется. Теряется всегда, больше или меньше - зависит от качества работы преобразователя. Но даже самый суперточный преобразователь не может найти в полученных цифровых
данных больше информации, чем они содержат. Процесс восстановления аналога - это набор компромиссов и проблем, которые могут только отнять от заложенного в цифре, но никак не прибавить."

Мне, как выяснилось, непонятно выделенное красненьким. Речь же по сути только о точности квантования и дискретизации идет: лишь опираясь на соседние значения описания кривой, мы можем сказать, что кривая убывает или возрастает.

[Apos]

Ремонт-NIK, спасибо за интересную информацию.
Хотелось бы только уточнить - у лазера при старении одновременно с уменьшением интенсивности илучения меняется угол расходимости луча?
Или "потеря фокуса" - это просто фигура речи, под которой имеется в виду сумма процессов по вертикальному позиционированию линзы, получению отклика с фотоприёмника, определению уровней нулей и единиц и т.д. и т.п., по кругу?

[Alex Nikitin]

Мне, как выяснилось, непонятно выделенное красненьким.

Я попытался "на пальцах" объяснить существование aliasing = "зеркальных каналов", возникающих, как при аналого-цифровом, так и при цифро-аналоговом преобразованиях. Посмотреть, что это такое, может каждый, подав на вход звуковой карты сигнал с перестраиваемого генератора, и посмотрев, что получится на анализаторе спектра при повышении частоты за пределы рабочего диапазона. Разумеется, зеркальные частоты фильтруют, но ни один фильтр не обладает бесконечной крутизной. На приложенных картинках два спектра - один для входной частоты 47 кГц, а второй - для входной частоты 49 кГц, амплитуда на входе моей RME Digi 96/8 PAD в обоих случаях одинаковая, частота дискретизации - 96 кГц. Как можно заметить, графики отличаются только амплитудой, и анализатор "думает", что и во втором случае частота - 47 кГц. При ЦА преобразовании произойдёт то же самое, только в обратном порядке - для "отцифрованной" частоты в 47 кГц появится и её зеркальный спутник с частотой 49 кГц (а также и на кратных зеркальных частотах выше), подавленный до определённой степени фильтрами ЦАПа. Иногда "зеркальные каналы" используются - в ВЧ АЦП, при оцифровке частот много выше частоты дискретизации, но чаще они - помеха, иногда очень неприятная, как, например, в цифровых осциллографах.

Из моих графиков видно, что подавление зеркального канала при расстройке в 1 кГц выше частоты Найквиста составляет примерно 15 дБ, и это далеко не самый плохой результат .

Алексей

[ИГВИН]

Алексей, если честно - я не понял.
Я понимаю, зачем ограничивают половиной частоты дискретизации спектр при оцифровке. Понятно, что это ограничение неидеально, и есть неподавленные частоты. Такие неподавленные частоты есть на диске? Или на болванке?
Или они появляются на входе ЦАПа? Тогда откуда?
Давайте ближе к цифро-аналоговому преобразованию 44,1 - может на яблоках будет понятнее?

[Alex Nikitin]

Алексей, если честно - я не понял.

Это всё достаточно подробно описано в любом толковом руководстве по АЦП и ЦАП. Если попытаться объяснить "на пальцах", можно сказать, что в моём примере выше цифровой код на входе ЦАПа от записи синуса 47 кГц приведёт к появлению на выходе ЦАПа частот и 47 кГц и 49 кГц и более высоких "зеркальных" составляющих - обычно они будут подавлены фильтрами, но если фильтрации нет, то на выходе ЦАПа появится целый набор частот, соответствующий одному и тому цифровому сигналу, полученному при записи синуса в 47 кГц (или же при записи синуса в 49 кГц и т.д. ).

Алексей

[philosophist]

На приложенных картинках два спектра - один для входной частоты 47 кГц, а второй - для входной частоты 49 кГц, амплитуда на входе моей RME Digi 96/8 PAD в обоих случаях одинаковая, частота дискретизации - 96 кГц. Как можно заметить, графики отличаются только амплитудой, и анализатор "думает", что и во втором случае частота - 47 кГц.

Это говорит только о поганой фильтрации в АЦП /поправил/(anti-alias filter по входу), или, а если Oversampling присутствует (наверняка), то поганой фильтрации в цифровом фильтре. На другом АЦП будет по другому. Опять-же, применительно к музыке, столь высокие обертоны под 50кГц если и есть, то имеют уровни ниже 30-60 дБ, а нахрена нам ультразвук.

[ИГВИН]

Если попытаться объяснить "на пальцах", можно сказать, что в моём примере выше цифровой код на входе ЦАПа от записи синуса 47 кГц приведёт к появлению на выходе ЦАПа частот и 47 кГц и 49 кГц и более высоких "зеркальных" составляющих - обычно они будут подавлены фильтрами, но если фильтрации нет, то на выходе ЦАПа появится целый набор частот, соответствующий одному и тому цифровому сигналу, полученному при записи синуса в 47 кГц (или же при записи синуса в 49 кГц и т.д. ).

Понемногу понимаю, но возникает вопрос.
На входе АЦП антиализинговый фильтр присутствует. Далее сигнал (звук) существует в оцифрованной форме.
Если звук оцифрован с частотой дискретизации 44,1 - откуда на входе ЦАПа появится более высокая частота. Помеха?
Давайте пока без цифрового фильтра обойдемся - для простоты понимания.

[ZugDuk]

Я понимаю, зачем ограничивают половиной частоты дискретизации спектр при оцифровке. Понятно, что это ограничение неидеально, и есть неподавленные частоты. Такие неподавленные частоты есть на диске? Или на болванке?

Частоту дискретизации при оцифровке правильно выбирать 176.4 / 192 кГц. Аналоговый фильтр на входе настраивать кГц на 40. В этом случае подавление ВЧ составляющих достаточное, чтобы ничего не появилось на болванке (на практике часто выбирают частоту оцифровки 96 кГц, мотивируя это тем, что при более высоких частотах АЦП не так хорошо работают).

Если звук оцифрован с частотой дискретизации 44,1 - откуда на входе ЦАПа появится более высокая частота. Помеха?

Макаров бы вспомнил инструмент клавесин. Типа у него очень широкий спектр. И зеркала от него в этом случае будут.
(ой, не посмотрел, что ты не про АЦП, а про ЦАП).

Добавлено через 4 минуты

откуда на входе ЦАПа появится более высокая частота. Помеха?
Давайте пока без цифрового фильтра обойдемся - для простоты понимания.

На входе только служебные сигналы более высокой частоты, нужные для последовательной загрузки цифровых отсчетов в ЦАП (если бы была параллельная загрузка целого отсчета сразу, частоты большей, чем 44.1 кГц не потребовалось бы).

[Alex Nikitin]

Это говорит только о поганой фильтрации в ЦАП (anti-alias filter по входу)

В данном примере ЦАП вообще никак в процессе не участвовал - только АЦП .

Опять-же, применительно к музыке, столь высокие обертоны под 50кГц если и есть, то имеют уровни ниже 30-60 дБ, а нахрена нам ультразвук.

Я просто проиллюстрировал, что такое зеркальная помеха. Ультразвук же на выходе ЦАП образуется даже тогда, когда на входе АЦП его не было и в помине, об этом, собственно, и речь.

Если звук оцифрован с частотой дискретизации 44,1 - откуда на входе ЦАПа появится более высокая частота. Помеха?

Зеркальные каналы. ЦАП без фильтра в принципе "не знает", соответствует код частоте ниже или выше Найквиста, это мы знаем, и ставим фильтр, какой нужен в данном случае - иногда бывает, что нужно именно на зеркальных частотах, например для работы на ВЧ и СВЧ.

Это всё основы ЦА и АЦ преобразования. Может быть кто-нибудь посоветует для желающих книжку на русском, поскольку мои источники всё больше на английском... .

Алексей

[Nagema]

Если не описывать все эти важные тонкости простым, наглядным, образный, детскосадовским языком -- широкие массы типа меня так и не поймут, возможно, самого главного.

И продолжат точно так же бредить, как и я: "Наклон стенки медленно-проплавленной пластмассы очень влияет на ГВЗ пита, на когерентность отраженного луча", пятое-десятое.

Конкретный вопрос: можно ли двумя словами объяснить, отчего на выходе ЦАП присутствуют "не те" частоты?

Подвопрос: если бы сетка оцифровки была дэ-стандарто намного мельче, чем ныне /чем даже 192 на 32/ -- актуальность всех этих "зеркальных каналов" пропала? или бы наоборот возросла?

[ИГВИН]

Я просто проиллюстрировал, что такое зеркальная помеха. Ультразвук же на выходе ЦАП образуется даже тогда, когда на входе АЦП его не было и в помине, об этом, собственно, и речь.

Да, Алексей, вот это совершенно понятно.

Конкретный вопрос: можно ли двумя словами объяснить, отчего на выходе ЦАП присутствуют "не те" частоты?

Да.
Там кусочно-линейно аппроксимированный сигнал.
Любой фронт - это широкополосная помеха.
Понял, Нагемыч?

[Nagema]

Понял, Нагемыч?

Ниструя.

Об чем и спич.
Алексей ведь задумал популярное объяснение. Или опять ошибаюсь?

[Alex]

Конкретный вопрос: можно ли двумя словами объяснить, отчего на выходе ЦАП присутствуют "не те" частоты?

Из-за дискретности в работе.

Подвопрос: если бы сетка оцифровки была дэ-стандарто намного мельче, чем ныне /чем даже 192 на 32/ -- актуальность всех этих "зеркальных каналов" пропала? или бы наоборот возросла?

При увеличении разницы между макс. частотой сигнала и частотой дискретизации все лишнее гораздо лучше отфильтровывается.

Кстати, при наблюдении сигналов на спектроанализаторах, которые делают FFT, еще очень важно правильный выбор не только частоты дискретизации, но и параметров окна данных - его длины и формы. Иначе появляются т.н. "боковые лепестки" (а за ними и рассуждения о наличии в звуке инфра-НЧ составляющих )

[Alex Nikitin]

Конкретный вопрос: можно ли двумя словами объяснить, отчего на выходе ЦАП присутствуют "не те" частоты?

Я не знаю, сколько раз мне надо повторить то же самое - потому, что один и тот же цифровой код может принадлежать как "основному", так и "зеркальным" сигналам. Поэтому и при ЦА преобразовании образуются и "основной", и "зеркальные" сигналы. Не просто "ультразвуковые помехи", а именно "образы" сигнала, смещённые "вверх" . Это надо проиллюстрировать, но сейчас нет времени - может быть, вечером.

Любой фронт - это широкополосная помеха.

Не просто помеха, а состоящая из "зеркальных" образов сигнала.

Алексей

[ИГВИН]

Это надо проиллюстрировать, но сейчас нет времени - может быть, вечером.

Просим, просим!
И как можно нагляднее

Зеркальная помеха отражается от какой частоты?
Или по другому - кратна чему?
Это похоже на прием зеркальной частоты супергетеродином?

[nazar]

посмотрите в инете спектры АИМ сигнала станет понятно.

[ZugDuk]

Понял, Нагемыч?

Ниструя.

Об чем и спич.
Алексей ведь задумал популярное объяснение. Или опять ошибаюсь?

Я бы тоже ничего не понял.

Ща я скажу речь . На примере просто обычного ЦАП с частотой дискретизации 44.1

Как правильно объяснили, образуются связанные с основным сигналом образы. Получается это потому что ЦАП так работает.
Он делает ток из цифровых чисел, а именно держит на своем выходе фиксированный ток, соответствуюший загруженной в ЦАП конкретной цифре и 44.1 тысяч раз в секунду его меняет (т.к. частота смены чисел у нас 44.1 кГц). Меняет резко.
Происходит это очень тупо. Загружается новая цифра, открывается защелка и происходит установление нового значения тока, сооответсвующего этой цифре. Скорость этого установления очень большая, по этому на осцилографе это выглядит как отвесный подъем амплитуды вверх (или такой же спад вниз). Новое установившееся значение держится ровно 1/44100 секунды до загрузки и активации следующей порции цифры.
В результате весь процесс выглядит как набор ступенек, то горизонтальная палка, то подъем вверх или спад вниз. Т.к. подъемы и спады резкие, то спектр их очень широк (ты ведь в курсе, что идеальный меандр имеет бесконечный спектр ? ну вот тут он не идеальный, но хороший ).
По этому рождаются ВЧ помехи. Но они не совсем помехи, т.к. они полностью связаны с цифровым потоком с диска.
Если включить фильтр и отфильтровать эти ВЧ составляющие, то ступеньки исчезнут и останется низкочатотный плавный сигнал, который мы слышим. Если ступеньки не фильтровать то мы все равно услышим точно такой же нормальный низкочастотный плавный сигнал. В этом случае фильтром будут пищалка и наши ухи. Говорят, что кошки и мыши способны воспринимать эти ВЧ сигналы. Правда точно также люди говорят, что видели НЛО

[Nota Bene]

АЦП - если не отфильтровали входной поток от внеполосных (ВЧ) гармоник - поимеем их транспонирование (по частоте) в рабочий диапазон частот.
ЦАП - если не отфильтровали выходной поток, будем иметь внеполосные (кратные частоте преобразования) гармоники, которые на (ВЧ) нелинейностях дальнейшего тракта транспонируются вниз по частоте...
И будут услышены

[AS79]

Да вот собсно хорошо видно
Удивляет практика товарищей из Одессы при создании тракта без ФНЧ на выходе мультибитного ЦАПа без передискретизации и полосе УНЧ 200 кГц.
Утверждают, что прозрачность ну очень высокая, каким-то образом ощущают ближайший спектр боковой полосы