Причины снижения качества звука

Практически полную картину возможностей звуковой карты можно получить при исследовании ее амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) — графика зависимости коэффициента усиления от частоты сигнала. В идеале АЧХ звуковой карты должна выглядеть как прямая линия, параллельная оси абсцисс, в диапазоне от 20 до 20000 Гц. На практике этого не бывает. Звуковая карта с реальным SNR около 60 дБ обычно отлично воспроизводит частоты до 10 кГц, приемлемо работает в диапазоне 10–15 кГц и кое-как — в области более высоких частот.

Нелинейные искажения характеризуют чистоту звучания. Такие искажения вызываются аналоговыми цепями звуковой карты, внешними наводками, особенно пиковыми импульсами, а также возникают внутри цифровых схем звукового тракта. Принято считать, что нелинейные искажения синусоидального сигнала на входе звукового тракта приводят к появлению паразитных гармоник с частотами, пропорциональными исходному сигналу. Нелинейные искажения измеряют в процентах от амплитуды исходного сигнала. Существует следующая градация: 1 — плохо; 0,1 — норма; 0,01 — чисто, класс HI-FI; 0,001 — чисто, прозрачно, класс Hi-End.

Под термином «джиттер» (jitter — дрожание) понимают паразитную частотную девиацию исходного аудиосигнала. Джиттер возникает при быстрых колебаниях фазы синхронизирующих сигналов в цифровых устройствах, прежде всего ЦАП/АЦП. Такое дрожание фазы приводит к неодновременному срабатыванию компараторов АЦП и ключей ЦАП. В итоге воздействие джиттера нарушает пространственную локализацию источника сигнала, так как человек локализует звук в основном по фазовой составляющей.

Величина джиттера обозначает максимальное абсолютное отклонение от расчетного значения момента перехода тактового сигнала из одного состояния в другое и измеряется обычно в пикосекундах. Для систем среднего качества допустимая величина джиттера составляет порядка 100 пикосекунд, для систем класса Hi-Fi ее стараются предельно минимизировать. Аудиоустройства высшего уровня обеспечивают верхнюю границу частотной девиации до 20 пикосекунд.

Для борьбы с джиттером применяют синхронизацию АЦП и ЦАП высокостабильными генераторами. Необходимо различать джиттер, возникающий на границах аналоговой и цифровой части схемы, и «внутренний» джиттер, возникающий на участках цифровой схемы. Реальное влияние на звуковой сигнал имеет только «пограничный» джиттер, ибо только он непосредственно связан с преобразованием аналогового звукового сигнала.

Технологии цифрового синтеза звука

Первый (и наиболее древний) способ синтеза звука получил название FM (Frequency Modulation — частотная модуляция). Аудиосигнал получают путем смешивания синусоидальных сигналов, формируемых генераторами FM-синтезатора и изменения их звучания с помощью амплитудно-частотной модуляции. Каждый генератор вместе со своей схемой управления частотой и амплитудой сигнала образует так называемый «оператор». В звуковых картах применяют двух- или четырехоператорный FM-синтез. Качество получаемого таким образом звука может удовлетворить только очень невзыскательного слушателя. Но звуковые файлы получаются компактными.

Достаточно высокий уровень по качеству звучания предлагает технология Wave Table — волнового табличного синтеза. Музыкальные WT-файлы состоят из компактных двоичных сообщений в формате MIDI. В этом формате один байт предназначен для определения одного инструмента. Он содержит 8 бит информации, которая сообщает звуковой карте о желаемом звучании (выбор инструментов, нотные ряды, продолжительность и интенсивность звука и многое другое). Если говорить упрощенно, в некоем месте хранятся образцы звучания различных источников. При воспроизведении фрагмента в формате WT аудиокарта вытаскивает из этого укромного места образцы и преобразует их в соответствии с указаниями программы. С переходом на шину PCI появилась возможность хранить образцы в оперативной памяти компьютера и извлекать их в режиме реального времени. Наборы образцов звучания обычно называют банками (от английского Bank), а сами образцы — сэмплами (от английского Sample).