Аудиоалхимия

Сегодня мне захотелось поднять интересную и очень популярную тему, возникающую во многих интернет-форумах, посвященных акустическим системам. Этот вопрос тяготит умы как новичков, только пожелавших приобщиться к качественной hi-fi аппаратуре, так и аудиофилов.

«CD-проигрыватель или звук с компьютера?»

Традиционно на такой вопрос гуру отвечают, что компы — это детсад и никогда с него не получить качественный «живой» звук. Хотя бывает попадается и полная противоположность, когда авторитетно заявляют, что разницы между проигрывателем компакт-дисков (далее — ПКД) и встроенной звуковой картой (далее ЗК) не было услышано.

Такое положение дела в совокупности с ценой вопроса ставит вопрощающего человека в щекотливую ситуацию.

Лично мне удалось послушать около десятка разных ПКД стоимостью от 200$ до 10000$ на сетапах с прямопропорциональной ценой. Сам я тоже обладал YBA YC-201, стоимостью более 2000$.

Тем не менее, я решил попробовать и концепцию звука с компьютера. Вот , что у меня было :

- Creative X-Fi Platinum

- M-audio Revolution 5.1

- AudioAlchemy DDE 3.0

- Audiotraq DrDac 2 с замененными операми на LM4562 и OPA2604

- ZeroDAC

- HA-Info NG94

- Dac 1866 OCU

Могу совершенно смело заявить — компьютерный звук может быть «живым» !

Давайте попробуем разобраться в причинах различий по звуку. Для этого придется рассмотреть в общих чертах схему работы ПКД и звуковых карт.

ПКД как правило состоит из следующих блоков:

1. блок питания с раздельными трансформаторами для питания аналоговой и цифровой цепи
2. привод CD
3. контроллер CD-привода и передатчик цифрового сигнала по шине i2s
4. блок цифро-аналогового преобразования (ЦАП), который в свою очередь включает:

• цифровой фильтр с оверсемплингом
• микросхемы ЦАП
• предусилительная часть, как правило выполненная на ОУ

Внешние звуковые карты имеют очень похожую структуру:

1. блок питания с раздельными трансформаторами для питания аналоговой и цифровой цепи
2. селектор интерфейса подключения и микросхема-ресивер
3. блок цифро-аналогового преобразования (ЦАП), который в свою очередь включает:

• цифровой фильтр с оверсемплингом
• микросхемы ЦАП
• предусилительная часть, как правило выполненная на ОУ

Как вы видите, разница между хорошим ПКД и хорошей внешней ЗК заключается только в источнике сигнала. Почему тогда зачастую внешние ЗК проигрывают ПКД? Вариантов есть несколько:

• низкокачественная м/с ресивера, например отвечающая за интерфейс USB
• низкокачественный выход транспорта, то есть исходящего сигнала с компьютера — это может быть как софтовая проблема (кривая ОС, драйвера, плеер), так и железная (глюки контроллера USB)
• низкокачественный клок на внешней ЗК, приводящий к большому джиттеру
• несертифицированный кабель подключения

Остановлюсь немного на особенностях подключения через USB. USB-протокола есть свои нюансы и заставить работать корректно для вывода аудио — нетривиальная задача.

Спецификация USB Device Class Definition for Audio Devices определяет три режима синхроницации АЦП и ЦАП с хостом: synchronous(синхронный), adaptive(адаптиный) и asynchronous(асинхронный).
Проблема заключается в том, что в дешевых аудиоинтерфейсах АЦП и ЦАПы синхронизируются не от встроенного тактового генератора, а либо непосредственно от шины USB, через умножитель частоты на PLL в режиме synchronous, либо содержат дополнительный генератор который подстраевается под частоту 1kHz от USB в режиме adaptive. Нетрудно догадаться, этот однокилогерцовый сигнал в общем случае может быть очень нестабильным. И часто таким и является. Устройства второго типа подвержены влиянию этой нестабильности несколько менее, так как подстройка частоты задающего генератора осуществляется более плавно.

Устройства, работающие в режиме asynchronous, имеют свой собственный задающий генератор и при правильной реализации неподвержены никакому влиянию со стороны USB. В создании таких устройств нет ровным счетом ничего нетривиального. Другое дело что среди дешевых микросхем для низкобюджетных аудиоинтерфейсов их просто нет.

Помимо этого, нередко внешняя ЗК питает аналоговые и цифровые цепи только от 1 трансформатора (а бывает и вообще от USB), что заметно сказывается на звуке.

Если же перечисленных недостатков нет, то разница в звуке может быть обусловлена применением разных схем предусиления сигнала , разных м/с ЦАП и даже разных цифровых и аналоговых фильтров.

Но самым серьезным «убивающим» внешние ЗК аргументом является то, что в ПКД нет никаких промежуточных интерфейсов. Звук после контроллера сразу попадает в шину i2s , которая обеспечивает высочайшее качество доставки цифрового сигнала. Внешние ЗК крайне редко могут похвастать наличием входа по такой шине.

И тем не менее, по SPDIF хорошая внешняя ЗК способна звучать на очень высоком уровне, который достижим для гораздо более дорогих ПКД, при этом обладая всеми преимуществами компьютерного транспорта, а именно:

• удобство хранения и воспроизведения аудиоданных
• в отличие от ПКД воспроизведение данных с жесткого диска происходит без ошибок (это «убивающий» контраргумент в пользу ЗК)
• широчайшие возможности цифровой обработки : от применения параметрических эквалайзеров до цифровых кросс-оверов при создании мульти-ампинга и фазолинейных акустических систем

Стоит конечно же упомянуть и о внутренних звуковых картах. Их структура имеет приблизительно такой вид:

1. стабилизатор питания (питание берется с БП компьютера или шины PCI)
2. DSP-процессор — сердце внутренней ЗК — управляет аудио-потоками и производит их обработку при необходимости
3. блок цифро-аналогового преобразования (ЦАП), который в свою очередь включает:

• микросхемы ЦАП
• предусилительная часть, как правило выполненная на ОУ
• конверторы на другие выходные интерфейсы

Естественно туда же входит и блок АЦП, но нас это сейчас не интересует.

Стоит обратить внимание на 2 вещи — отсутствие полноценного питания и цифрового фильтра. Эти две вещи серьезно подрывают качество ЦА-преобразования. Потому и бытует мнение, что внутренние ЗК хороши лишь в качестве транспорта цифрового сигнала или как альтернатива ПКД уровня ниже 1000$.

Стоит еще заострить внимание на цифровом фильтре с оверсемплингом.  Оверсемплинг — это процесс повышения частоты дискретизации с механизмами интерполяции сигнала. Нередко еще сюда добавляют и  повышение разрядности с дизерингом, т.е. вставкой случайных или полученных путем экстраполяции новых битов, заполняющих до максимума разрядность ЦАПа.

Так хорошо ли его наличие или отсутствие? Однозначного ответа нет. ЦФ имеет положительные стороны при увеличении частоты свыше 10кГц при формате 16/44.1. Субъективно это воспринимается как более мягкая и воздушная подача сибилянтов. Практически все ПКД делают такое преобразование, а аудиофилы считают такой звук мягким, детальным и «обволакивающим».

Но возникает закономерный вопрос — а «честный» ли этот звук? Далеко не всегда. Как показывает опыт такая обработка сигнала хорошо подходит для мелодичной камерной музыки. Однако стоит включить зубодробительный метал — современный ПКД на дельта-сигма ЦАПе с оверсемплингом сыграет нечто прилизанное и невразумительное. Зачастую еще и локализация звуков в виртуальной сцене ухудшается. Бывают конечно и приятные исключения, но редко. Причина такого — примитивные алгоритмы интерполяции. Доказать это легко с помощью осциллографа при воспроизведении прямоугольных импульсов (меандра). Более-менее качественный  оверсэмплинг можно оценить плагином для foobar2000 SSRC X, который весьма требователен к производительности CPU.

Вот пожалуй поэтому и до сих пор жив лагерь противников цифровых фильтров. При его отсутствии получаются предельно точные НЧ и СЧ, при этом с легкой мутностью ВЧ, которая впрочем заметна только на честных 16/44.1 ЦАПах, т.е. мультибитниках. А если все же хочется бескомпромиссного звука — используют программные оверсемплеры, которые куда разнообразнее и качественнее многих аппаратных реализаций. Для этого нужна только поддержка чипа-ресивера, чтобы он например без изменений получал и передавал на микросхему ЦАП формат например 16/96.

Подводя итоги можно написать следующие рекомендации.

• ПКД будет хорош для требовательных аудиофилов, имеющих предпочтение в медленной мелодичной и преимущественно камерной музыке. При этом стоит закладывать в бюджет более 5000$
• Внешний ЦАП или внешняя ЗК будут хороши для любых меломанов, не болеющих крайними формами аудиофилии, ценящих удобство, гибкость и эксперименты. Чаще всего необходимо подключение через внутреннюю звуковую карту компьютера или к цифровому выходу ПКД по SPDIF.
• Внутренние звуковые карты идеальны как бюджетные источники звука до 1000$ , незаменимы для профессиональной работы со звуком, а также сами по себе являются необходимым компонентов для качественного вывода звука по цифровому интерфейсу SPDIF или I2S