Прослушивание фрагмента CD-стандарта (кодированного по схеме A / D / A), вставленного в аудио поток с высоким разрешением
И. Брэд Мэйер (член AES
EBradMeyer@att.net), и Дэвид Р. Моран (член AES
drmoran@aol.com)
Бостонское Аудио Сообщество, Линкольн, MA 01773, США
страницы технических отчётов 775-779
Утверждения, и официальные и анекдотичные, регулярно возникают к прослушиваемому превосходящему по качеству звука закодированному с большей битностью и/или повышенной частотой дискретизации, чем 16-bit/44.1-kHz стандарта CD, материалу. Авторы данной статьи предоставляют отчёт относительно ряда двойных слепых тестов, сравнивающих аналоговый выход плееров с высоким разрешением, играющих записи с высоким разрешением с тем же самым сигналом, который проходит через 16-bit/44.1-kHz - “узкое место”. Тесты проводились больше года, используя различные системы и большое число слушателей. Системы включали дорогие профессиональные мониторы и одну систему Hi-End уровня с электростатическими громкоговорителями, дорогими компонентами и кабелями. Слушателями были, как профессиональные инженеры записи, так и студенты по университетской программе записи, а так же преданные аудиофилы. Результаты испытаний показывают, что фрагмент с качеством CD A/D/A был неопределяем на прослушиваемых громкостях от нормального-к-громкому, любым из слушателей, на любой из систем воспроизведения. Шум фрагмента CD был слышимым только на очень повышенных уровнях громкости.
0 ПРЕДИСЛОВИЕ
Так как стандартизации 16-битного / 44,1 кГц CD, формата модуляции импульсного кода более 25 лет, то его качество как носителя записи стало объектом регулярной критики как в субъективной аудио-прессе, так и среди профессионалов. Жалобы, как правило, сосредоточены на воспринимаемой резкости, отсутствии глубины, и холодном, стерильном звуке. Тем не менее, слепые сравнения компакт-дисков с их исходными лентами показали, что эти представления являются необоснованными. В этом смысле стандарт CD был прозрачным, независимо от того, был ли исходный источник цифровой или аналоговый.
Между тем развивались цифровые технологии, и в последние несколько лет в качестве альтернатив появились две новые аудио технологии высокого разрешения - Super Audio CD (SACD) и DVD-Audio.
Полезность увеличенного динамического диапазона, обеспечиваемого большей битностью для микширования, никогда не подвергалась сомнению. Кроме того, обе новые системы несли в себе несколько каналов, что, несомненно, является потенциальным преимуществом для домашнего проигрывания. Но эти признанные способности отложим в сторону, каждая из аудиотехнологий с высоким разрешением также утверждала, что предлагает супер-звучащее воспроизведение.
Долгосрочная аудиофильская критика CD заключалась в том, что ей не хватает разрешения воспроизвести все детали в музыкальном представлении. . . Высококачественная звуковая практика теперь распознает CD-канал как «узкое место». . . Звук с более высоким разрешением обещает лучший звук, чем компакт-диск, и потенциал для этого уже был продемонстрирован на носителях, которые допускают более широкую частотную характеристику. . . И больший динамический диапазон. . . . Опыт показывает, что отдельные примеры свидетельствуют о том, что более высокие частоты дискретизации «звучат лучше». Типичные наблюдения состоят в том, что при более высоких частотах дискретизации звук становится более четким, плавным, имеет улучшенное низкочастотное определение и более «естественен». В опыте автора более высокие частоты дискретизации могут привести к лучшей разборчивости на переднем / заднем плане. «Объекты» лучше отделяются от акустики и поэтому более ясны и более «полны».
Слушатели и звукорежиссёрские журналы также неоднократно заявляли, что оба формата предлагают совершенно очевидные звуковые улучшения по сравнению со стандартом CD.
Такие утверждения не показывают осведомленности о предыдущей соответствующей исследовательской работе, хотя во всех этих работах представлен один параметр: возможность того, что запись с высоким разрешением предлагает улучшенное звучание из-за его более высокого потенциального высокочастотного расширения. Независимо от этого, все согласны с тем, что качество CD является адекватным, на заре эры CD и подразумевалось, что даже его пропускная способность может быть больше, чем требуется.
1 ТЕСТЫ
Несмотря на претензии, предъявленные к ним, ни SACD, ни DVD-A, насколько знают авторы , не подверглись правильно управляемому слепому тестированию своего превосходства над аудио CD; по крайней мере, никакие такие результаты не были опубликованы. С публикацией характеристик в ведущей статье Стюарта в этом журнале, стало ясно, что уже давно пора вопрос с научной точки зрения. В этом техническом отчете описывается двойное слепое сравнение стереовоспроизведения с высоким разрешением с тем же двухканальным аналоговым лог-сигналом, проходящим по цепочке 16/44.1 A / D / A (см. Рис.1). В отличие от предыдущих исследований, наши тесты были разработаны с целью выявления любых и всех возможных различий между звуком высокого разрешения и CD-аудио, многие из которых, согласно опубликованным утверждениям, встречаются в общепринятой звуковой полосе частот. Теоретически звуковое преимущество сигнала с высоким разрешением не должно перенести ухудшение 16/44.1 - “узкое место”, и различия были бы слышимыми.
Рис. 1. Блок-схема тестовой установки для двойного слепого сравнения стереовоспроизведения с высоким разрешением с одинаковым двухканальным аналоговым сигналом, проходящем по цепочке 16/44.1 A / D / A. (Рисунок Роя Эллисона.)
При помощи порядка 60-ти членов Boston Audio Society, и многих других заинтересованных сторон, была проведена серия тестов с двойным слепым прослушиванием (A / B / X) в течение примерно одного года. В источники включались многие типы музыкальных и речевых сигналов, от классических (хоровых, камерных, фортепианных, оркестровых) до джаза, поп-музыки и рок-музыки. Тесты включали мужчин и женщин разного возраста, остроты и уровня музыкального и звукового опыта; Многие из них были аудиоспециалистами или серьезными учениками искусства.
Большинство тестов проводились с использованием пары широкополосных громкоговорителей высокого разрешения с плавной характеристикой в неподготовленной комнате для прослушивания с уровнем окружающего шума около 19 дБ (SPL), при включенном оборудовании (см. Рисунок 2). Мы также провели тесты ещё в нескольких местах: в Бостонской мастеринговой с очень большими четырехполосными студийными мониторами; в местном университетском аудио-объекте, опять же с большими мощными мониторами в специально предназначенном для прослушивания пространстве (темой для этого теста были студенты по программе записи); и в частной комнате для прослушивания высокого класса, оснащенной хорошо зарекомендовавшими себя электростатическими громкоговорителями и очень дорогостоящими электроникой и кабелями. Во всех местах мы проводили неформальные тесты пределов верхнего слуха испытуемых, чтобы выяснить, существует ли корреляция между этим показателем и слышимостью различий.
Рис. 2. Позиция при критическом прослушивании для официальных тестов.
Для цикла CD мы использовали хорошо зарекомендовавший себя профессиональный CD-рекордер с мониторингом в режиме реального времени. Уровни в обоих каналах были согласованы с точностью до 0,1 дБ с использованием высокопроизводительного регулируемого аналогового каскада усиления, который всегда находился в канале сигнала 16 / 44,1. Переключение звука осуществлялось с помощью двойного слепого компаратора ABX CS-5 (см. Рис.3).
Рис. 3. Тест установка для блок-диаграммы из Рис.1.
Звук с высоким разрешением предлагает более низкий уровень цифрового шума, поэтому уровни воспроизведения являются существенным фактором. Имеет ли тихий шум какое-либо практическое последствие, учитывая современные методы сжатия и существующие уровни шума в микрофонах, предусилителях и микшерных консолях? Мы обнаружили, что большинство записей SACD и DVD-A создают то, что можно назвать реалистичным воспроизведением (то есть слушатели слышали источники громко и четко, с естественными тембрами и соответствующим масштабом, но без дискомфорта) при таком системном усилении, что Октавный диапазон в 1 кГц, записанный при среднем уровне -16 дБFS, вызвал звуковое давление в позиции прослушивания 85 дБ, невзвешенный. Для некоторых классических записей очень широкого динамического диапазона время от времени использовались уровни прослушивания на 5-7 дБ выше.
Тестовый сигнал, который мы использовали для создания 85 дБ SPL при нашем стандартном усилении, доступен на вебсайте Бостонского Аудио Сообщества. Нижняя частота развертки, используемая на том же уровне воспроизведения, что и быстрая проверка высокочастотных пределов слуха у наших испытуемых, может быть найдена на той же странице, на
www.bostonaudiosociety.org/media.
2 РЕЗУЛЬТАТЫ
Результаты теста на обнаружение фрагмента 16 / 44.1 при воспроизведении SACD / DVD-A были следующими: 49,82%. Было 554 испытания и 276 правильных ответов. Единственным исключением были условия отсутствия сигнала и высокий коэффициент усиления системы, когда разница в уровнях шума двух технологий - старой и новой - была легко слышимой.
По ходу испытаний мы неоднократно сортировали данные для корреляции с возрастом, полом, верхним пределом слуха или опытом слуха. Такие корреляции не возникли. В частности, на музыке при нормальных уровнях, как определено здесь, аудиофилы и / или работающие инженеры студии звукозаписи получили 246 правильных ответов в 467 испытаниях, что на 52,7% правильно. Женщины получили 18 правильных ответов из 48, что на 37,5% правильно. Те испытуемые, которые могли слышать сигналы выше 15 кГц, получили 116 правильных ответов в 256 испытаниях, что на 45,3% правильно; Слушателей в возрасте 14-25 лет (которые, как оказалось, были в одной и той же группе), также получили 116 правильных ответов в 256 испытаниях, это 45,3% верных. «Лучшая» оценка слушателя, достигнутая за один раз, составляла 8 баллов из 10, но не достигла желаемого уровня достоверности 95%. Было два 7/10 результата. Все остальные пробные итоги были хуже, чем на 70%.
Более того, ни одна из более сложных и дорогих систем воспроизведения (для которых все испытуемые были любителями аудиофилами, активными учениками в профессиональной программе записи и / или опытными профессионалами) не не показала заметные различия в музыке, опять же на уровнях как определено ранее.
В одном коротком тесте, с парой слушателей, мы добавили 14 дБ усиления к указанному опорному уровню громкости и протестировали два источника без входного сигнала, чтобы убедиться, что уровень шума аудиоканала CD будет слышен. Хотя один из испытуемых не был уверен в его способности слышать шум, оба достигли результатов 10/10 в обнаружении цикла CD. (Мы еще не определили порог этого эффекта. При увеличении более чем на 14 дБ выше эталонного уровня определение низкого уровня шума цепи CD было легко, без каких-либо неопределенностей. Тесты с другими испытуемыми подтвердили это).
Источники высокого разрешения при воспроизведении на уровне + 14 дБ были неприятно (часто невыносимо) громкими, и современные, агрессивно отмастеренные компакт-диски, тем более. Звук помещения и / или шум предусилителя почти во всех записях маскировали уровень шума 16 / 44.1, хотя мы нашли одно или два произведения, в которых наблюдалась заметная разница в тоне в комнате при настройках усиления на +20 дБ или более выше опорного уровня. При этих очень высоких громкостях мы также могли слышать тонкие низкоуровневые ошибки декодирования во всех, кроме самого дорогого из плееров с высоким разрешением.
Из множества различных записей, которые мы использовали, выяснилось, что почти никакая музыка или голосовая программа, место для записи, инструмент или исполнитель не превосходят возможности хорошо реализованного цикла записи / воспроизведения компакт-диска. Компакт-диск имеет достаточную пропускную способность и динамический диапазон для любой задачи домашнего воспроизведения, и это редкое место для проведения воспроизведения, которое достаточно тихо, чтобы показать 16-разрядный минимальный уровень шума нашего цикла A / D / A, который не имеет шумового формирования и был поэтому менее, чем оптимален в этом отношении - даже в усилениях выше нашего референсного.
3 ВЫВОДЫ
Мы проанализировали все данные испытаний типов музыки и определённых программ; тип технологии с высоким разрешением; возраст звукозаписи; и возраст слушателя, пол, опыт и пропускную способность слуха. Ни одна из этих переменных не показала какой-либо корреляции с результатами или какой-либо разницы между ответами и результатами подбрасывания монеты и ответами.
Предыдущая процитированная работа, часть из нее в самом начале эпохи CD, и некоторые более поздние, указали на наш результат. С моментом широко распространенных анекдотов про «высокое разрешение» за последнее десятилетие, кульминацией которых стали утверждения Стюарта, мы почувствовали необходимость идти дальше и провести тщательное, двойное слепое тестирование на соответствие уровню, чтобы определить, могла бы 16 / 44100 технология заметно понизить звук лучших дисков с высоким разрешением, которые мы могли найти. Мы использовали большой и разнообразный выбор серьезных слушателей; мы проводили наши тесты с использованием нескольких различных типов высококачественных систем воспроизведения и комнат; и мы потратили столько времени, сколько нам казалось необходимым, чтобы установить прозрачность стандарта CD.
Теперь очень трудно использовать отрицательные результаты, чтобы доказать неразборчивость любого данного явления или процесса. Всегда существует отдаленная возможность того, что другая система или более точно настроенная пара ушей выявит разницу. Но мы собрали достаточно данных, используя достаточно разнообразные и способные системы и слушателей, чтобы заявить, что бремя доказывания теперь сместилось. Дополнительные утверждения о том, что тщательное 16 / 44.1 кодирование слышимо ухудшают сигналы с высоким разрешением, должны поддерживаться надлежащим образом контролируемыми двойными слепыми тестами.
4 ПРИМЕЧАНИЕ О ЗАПИСЯХ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ
Хотя наши тесты не смогли подтвердить заявленные преимущества кодирования с высоким разрешением для двухканального звука, одна тенденция стала очевидной очень быстро и прослеживалась на протяжении всего нашего тестирования: практически все записи на SACD и DVD-A звучали лучше, чем большинство записей на CD - иногда намного лучше. Если бы мы не «деградировали» звук до качества CD и не следили за слышимыми различиями, у нас возникло бы соблазн приписать это звуковое превосходство процессам записи, используемым для их создания.
Вероятные причины замечательного качества звука этих записей появились в дискуссиях с некоторыми инженерами, которые в настоящее время работают над такими проектами. Эта часть бизнеса является нишевым рынком, на котором конечные пользователи выбираются заранее, как по их остроте слуха, так и по их воле покупать дорогое оборудование, правильно его настраивать и внимательно слушать материал в среде с низким уровнем шума.
Отчасти потому, что эти записи не захватили большую часть потребительского рынка для музыки, инженерам и продюсерам предоставляется свобода производить записи, которые звучат настолько хорошо, насколько они их могут делать, без сжатия или выравнивания сигнала в соответствии с недорогими системами и случайными условиями прослушивания. Эти записи, кажется, были сделаны с большой осторожностью и явной любовью, когда инженеры пытались угодить самим себе и своим взглядам. Они звучат отполированно. У аудиодисков с высоким разрешением нет подавляющего большинства звукозаписей, забитых в 20 (или даже 10 дБ) (т.е. без динамики, прим. редактора) доступного динамического диапазона, так как это делают сегодня многие компакт-диски.
Наши результаты испытаний показывают, что все эти записи могут быть выпущены на обычных компакт-дисках без заметной разницы. Тем не менее, они не найдут такой надежный канал для домов тех, у кого есть системы для прослушивания и привычки слушать, чтобы оценить их. Секрет, для двухканальной записи заключается не в самой высокоразрядной записи, а в высокоразрядном рынке сбыта.
5 ИСТОЧНИКИ
[1] J. R. Stuart, “Coding for High-Resolution Audio Systems,” J. Audio Eng. Soc., vol. 52, pp. 117–144 (2004 Mar.).
[2] G. Plenge, H. Jakubowski, and P. Scho¨ne, “Which Bandwidth Is Necessary for Optimal Sound Transmis-sion?,” J. Audio Eng. Soc., vol. 28, pp. 114–119 (1980 Mar.).
[3] T. Nishiguchi, K. Hamasaki, M. Iwaki, and A. Ando, “Perceptual Discrimination between Musical Sounds with and without Very High Frequency Compo-nents,” presented at the 115th Convention of the Audio Engineering Society, J. Audio Eng. Soc. (Abstracts), vol., 51, p. 1222 (2003 Dec.), convention paper 5876.
[4] D. Blech and M. Yang, “DVD-Audio versus SACD: Perceptual Discrimination of Digital Coding Formats,” presented at the 116th Convention of the Audio Engineer-ing Society, Berlin, Germany, 2004 May 8–11, convention paper 6086.
J. Audio Eng. Soc., Vol. 55, No. 9, 2007 September
Двойное слепое прослушивание CD vs DVD-audio vs SACD
Линейный вид
