Обзор интегрированных в системные платы звуковых решений

Андрей Волов, 

О звуке «на борту» и не только.

Не удивлюсь, если вам опротивело вчитываться в длиннющие обзоры, посвященные наисвежайшим звуковым картам. Традиционное вступление по объему так на треть обзора (типа «немного истории»), как ни странно, еще очень даже читабельно. А малоизвестные факты из истории развития производителей-разработчиков «брэнда» так вообще откровенно интересны. Только вот дальше... от зевоты скулы сводит. Многообещающие децибелы и килогерцы, плодящаяся многоканальность и цифровые входы-выходы — все как полагается и по сегодняшним меркам ничего особенного. Впрочем, как и следовало ожидать, бодрит цена. Причем вроде как и не заоблачная, а не климатит. Ведь 65..70 у.е. на дороге не валяются. Про пару сотен, которые понадобятся на карту со всеми наворотами, и упоминать то не смешно. Немудрено, рука так и норовит потратить кровные на какой-нибудь DVD-ROM, или на видеокарту порасторопнее.

На сей день, что ни материнская плата, так, пожалуйста: звук на борту уже имеется. Да никакой попало, а 4-х канальный (5+1 каналов уже идут на смену), да еще и с выходом по цифре S-PDIF (как правило, опционально). И у преобразователей из цифры в аналог (ЦАП) и обратно (АЦП) битов вроде как с запасом (якобы 18..20), что должно обеспечивать сигнал-шум ~90 дБ. И максимальная частота дискретизации стабильно 48 кГц. Не за горами 24 бит 96 и 192 кГц. Да и старина аналоговый вход CD-in получил второе дыхание (заземление + буфер). Короче, все в полном соответствии с развивающимся (на данный момент в ходу ревизия 2.3) стандартом АС97. Ну и зачем покупать отдельную звуковую карту спрашивается? Действительно, зачем?

Для производителей «самостийных» звуковых карт такой расклад явно не по душе. Вот и державшийся пару лет у отметки полста, родной Live опустился до 35 у.е. Вряд ли демпинг цены надолго спасет положение дел, и Creative это прекрасно понимает. Убрать напрочь или облегчить звуковой процессор? Тогда навар получится, мягко говоря, малопривлекательным. Тогда как (или чем?) заманить покупателей? Выход был найден прямо на скаку конкурентной борьбы: магическими «24 бит/96 кГц»! Ну очень хорошенькие числа! Впечатляют всех и вся — раз, придают солидности владельцу — два, звука шибко не ухудшают — три... Ой, простите, раскрыл маленький коммерческий секрет :). А главное, поди, проверь эти параметры. Ни ухом, ни чем другим (что под рукой у массового юзера) не оценишь. Чтобы у въедливой публики не возникло желания что-либо проверять-тестировать, лепим на бирочку под лихой надписью «24 бит» шокирующую вывеску «непревзойденный сигнал/шум 100 дБ», и дело в шляпе.

При регистрации сигнала в цифре ключевую роль играет такой параметр как частота дискретизации. Верхний предел рабочего диапазона частот теоретически равен половине частоты дискретизации. Соответственно, чем она больше, тем шире диапазон записываемых/воспроизводимых частот. Например, при частоте дискретизации 96 кГц рабочий диапазон будет простираться до 48 кГц.

Еще один ключевой параметр – динамический диапазон, который свидетельствует о потенциально достижимой амплитуде регистрируемого сигнала. Величину динамического диапазона можно оценить через количество бит, или выразить посредством относительной единицы измерения — дБ. Децибел штука коварная, поскольку привязана к логарифмической шкале, а значит нелинейная. Если измерять посредством линейной шкалы, то для 16-битного сигнала его амплитуда может изменяться в пределах целочисленного от -32768 до +32767. Тогда это же самое в дБ будет: 20*log((32767-(-32768))/1) =~96. На единицу делим формально, чтобы подчеркнуть, что опорный уровень равен круглой единице. Меньше быть не может в принципе, ведь обычный цифровой сигнал имеет формат целых чисел. Для 24-битного сигнала динамический диапазон составляет теоретически 144 дБ. На практике ни одно устройство не может достичь своего теоретического диапазона. Аналоговые устройства тоже не безграничны. Очень хороший усилитель мощности перешагивает за 90 дБ. Лучшие микрофоны обладают динамическим диапазоном около 140 дБ. Необходимо отметить, что разница в громкости между комариным писком и ревом взлетающего над головой авиалайнера составляет около 120..140 дБ. Фактически 24-битный сигнал обеспечивает предельный для человеческого слуха размах амплитуды звука. Однако чтобы зарегистрировать такой цифровой сигнал, необходимо использовать полноценные АЦП 24 бит. Сейчас широко используются недорогие так называемые дельта-сигма АЦП, принцип действия которых основан на хитром эффекте. Не углубляясь в подробности, подчеркну, что динамический диапазон у таких псевдо 24-битных АЦП и ЦАП при самых лучших раскладах еле-еле переваливает за 100 дБ.

Что такое отношение сигнал-шум (SNR) и с чем его едят? И что за загадочная буква «А» маячит после «дБ»? Начну с последнего. Надпись «дБ(А)» означает, что при измерениях сигналы обрабатывались взвешивающим фильтром, имеющим умышленно ну очень негладкую амплитудно-частотную характеристику (АЧХ). Такая обработка более адекватно отражает восприятие звука человеком и дает заметно более высокое (так на червончик дБ) значение отношения сигнал-шум, но суть не в этом. В реальной жизни при воспроизведении звука на компьютере достоверных -80 дБ хватает за глаза, пусть знак минус перед дБ вас не смущает — с ним мы чуть позже разберемся. Строгое определение шо вин цэ такэ сигнал-шум витиевато и без предметной подготовочки усваивается крайне тяжело. Тут внешняя простота обманчива.

Чтобы почувствовать, насколько велик шум вашего компьютерного аудио, ничего не включая на воспроизведение (!), будем не спеша выкручивать громкость усилителя мощности (или того, что его заменяет). SNR усилителей мощности, прячущихся в активных компьютерных колонках, находится в пределах -75..-85 дБ. То есть следует иметь в виду, что в первую очередь, скорее всего, будет вылезать шум усиления, а не звуковой карты. Не помешает загодя проверить усилитель на холостом ходу, отсоединив (при выключенном усилителе!) шнур, идущий с выхода звуковой карты. Если усилитель мощности и его блок питания пребывают в добром здравии, то на полной мощности никаких шумов не должно быть слышно. Гул или потрескивание свидетельствуют о проблемах с блоком питания, а шипение указывает на сомнительное происхождение тракта усиления, или на запредельную дешевизну того и другого вместе. Кстати, пассивная акустика не подойдет, так как усиление на звуковухах исторически желает лучшего. Нормальные наушники — еще куда ни шло. Теперь вернемся к звуковухе. Да, не забудьте предварительно выставить хотя бы на 50% ползунки в программном микшере карты. Дальнейшую процедуру повторите для каждого входа звуковой карты по отдельности. При переключении входов в микшере обязательно убирайте на минимум громкость! Так вот, потихоньку добавляем мощи. Выше некоторого уровня громкости выползет шумок, состоящий из собственных шумов звуковой карты и шумов, задействованных входов звуковухи. Причем чем выше этот критический по шуму уровень громкости, тем больше оснований для оптимизма.

  • Если обнаруженный шум более-менее ровно распределен по частоте (так называемый «белый шум»), то вам повезло. В дальнейшем при громком воспроизведении музыки «без пауз» фоновый шум карты, будучи белым, окажется совершенно не заметным на слух. Такова особенность слуховой системы человека.

  • Если никакого шума, даже на выкрученной на полную катушку громкости, не появится вообще, то с вашим компьютерным аудио на предмет шумов все в порядке. Надеюсь, со слухом тоже :).

  • Если же в процессе описанного шумового тестирования услышите бульканье, посвистывание, или временами появляющийся треск (например, при перемещении мыши), то буду вынужден вас огорчить. Скорее всего, какой-то элемент компьютера является источником электрических наводок и прочих паразитных сигналов. Это может быть как сама звуковуха, так и что-нибудь типа модема или TV тюнера. Имеет смысл протестировать подозреваемую звуковую карту на ином компьютере, на котором подобных шумов не наблюдалось. Увы, для встроенных звуковух придется перетаскивать материнскую плату.

Убедившись, что первопричина не в звуковой карте, исследуйте компьютер поэлементно вплоть до блока питания. Да-да-да! Качественная звуковая карта может использоваться как индикатор здоровья вашего компьютера! Порой причиной паразитных шумов является убогая сборка, когда не один, а несколько элементов палёные, или когда разные слотовые платы размещены неудачно относительно друг друга. Не спешите измерять SNR с помощью «готовых к употреблению» программ! Вы рискуете понапрасну заподозрить в нехорошей шумности вполне приличную звуковуху.

Достойных программ для тестирования звуковых карт не так много: бесплатный RightMark Audio Analyzer (хорош тем, что все делает на автомате, за исключением настройки уровня конечно), шароварный UniScope (универсален; пригодится как для дела, так и для развлечений; можно слабать свой плагин), дорогой SpectraLAB (дотошен и могуч). Есть еще элитарные APWIN и ему подобные, но это из другой оперы.


Так, с шумом чуть разобрались. Что касается сигнала, воспроизводимого без искажений с максимальной громкостью, то тут все намного сложнее. Согласно правилам измерения-тестирования необходимо подать на АЦП с прецензионного генератора тестовый сигнал чистого синуса на 1 кГц с определенной амплитудой. Не менее суетная процедура и для ЦАП. Иногда оправдывает себя использование второй звуковой карты заведомо более высокого класса в качестве референсного источника /анализатора. Для единственной в наличии карты существует упрощенно-альтернативный подход, согласно которому измеряется совокупный SNR для АЦП и ЦАП. Однако в домашних условиях, когда точность измерений не столь важна, а хоть как-то протестировать приперло, все-таки можно упростить себе жизнь.

О тестировании звуковых карт на коленке.

К измеренным параметрам относитесь с юмором. Как говорится, сказка ложь, да в ней намек. Любое измеренное значение таит в себе погрешности. Чтобы отсеивать шелуху, нужен опыт. Бережно копите свой опыт, учась на своих и, желательно, на чужих ошибках. Не воспринимайте близко к сердцу вердикты, выданные на автомате программами, в алгоритме которых заложена тривиальная логика. Подобный диагноз всего лишь повод задуматься. Интерпретация измерений и сравнение who is who — удел узких спецов и стезя опытных профи. И будьте готовы к фразам (не чайников — тертых калачей-слухачей!): «По цифрам получается потрясающая разница… На слух же отличия, к сожалению, не заметны…». 

Прежде всего, возьмите вашу любимую самую громкую и самую качественную запись и убедитесь, что она действительно качественная посредством визуального анализа поведения сигнала во времени, отображаемого в саунд редакторах. В случае МР3 формата целесообразно выполнить заведомо качественное декодирование в WAV формат. Обратите внимание, что обрезание макушек у наиболее интенсивных волн сигнала должно отсутствовать в течение всей записи. Подобное обрезание (clipping) вызвано жестким ограничением, налагаемым либо динамическим диапазоном сигнала в цифре, либо аналого-цифровыми причудами звуковохи. Полезно выполнить нормировку сигнала на пиковый уровень -3 дБ. Это позволит избежать многих разнотолков. Затем включите прошедшую паспортный контроль запись на воспроизведение, потихоньку увеличивая громкость усилителя мощности. Отсутствие в помещении прослушивания посторонних источников звука обязательно. Вслушивайтесь с предельным вниманием. Как только появится чувство дискомфорта или, не дай Бог, начнет резать уши — для вас праздник кончился! Если очень захотеть, то можно засечь уровень сигнала и соотнести с выявленным ранее уровнем шума, и таким образом можно получить грубую оценку совокупного живого SNR. Но вряд ли стоит «наводить тень плетень» еще с одними численными значениями. Просто сравните на слух разные звуковухи, и все. Безусловно, чтобы отвязаться от акустики-усиления, не обойтись без дотошных измерений и специальной аппаратуры. С другой стороны, слушать-то вам с вашей акустикой и вашими ушами, а не с «дяди Васиной». Понятно желание сначала выбрать-купить хорошую звуковую карту, а потом при случае обновить акустику, или вообще ограничиться наушниками. Однако тогда чтобы понять, есть надобность в -100 дБ SNR или нет, весьма полезно сначала послушать звуковуху с гарантированным соотношением сигнал-шум -80..90 дБ.

На самом деле «праздник кончится» гораздо раньше: как только вы начнете оптимизировать уровень сигнала в микшере звуковой карты. Оптимизация означает поиск разумного компромисса между мощным (но искаженным сигналом) и тихим абсолютно неискаженным сигналом (но зашумленным аналоговым трактом). Если ползунки в микшере выставить наугад, то любая (!) аппаратура или программа, которая способна измерить соотношение сигнал-шум, выдаст ложный результат. Смею заверить, для каждого источника (микрофон, CD, линейный и т.п.) оптимальным будет свое положение ползунка в программном микшере звуковухи. Причем для режима воспроизведения свои, а для режима записи свои. Особенно непредсказуем вход-выход, чаще всего называемый Stereo Mix и имеющийся у всех полнодуплексных карт.

 
Обрезание пиковых макушек сигнала происходит у каждой карты по-своему. Одни карты как бы утюжком выглаживают сигнал, если он выскакивает за границу примерно -31000..+31000 (см рис.1). Как мы уже знаем, это весьма близко к теоретическому пределу для 16-битного сигнала. Другие выкашивают за пределами ориентировочно от -24000 до +24000, и это при смещении нуля на 1000 с гаком. Третьи … и подумать страшно, как издеваются над сигналом. И никакой маститый SoundForge подобного обрезания не обнаруживает.

1

Рис.1.

Общеизвестно, чем выше уровень незашкаленной записи, тем она лучше. Грубо говоря, тем лучше соотношение сигнал шум. Преобладающее большинство цифровых индикаторов записи включает «красный свет», если пиковая амплитуда превысила теоретический предел. Для 16 бит это 32768, или 0 дБ(FS), о чем подробнее чуть ниже. Аналоговая часть звуковухи делается, как правило, такой, чтобы максимальная амплитуда в цифре соответствовала 1 В среднеквадратичного значения входного (Line-in) сигнала. Однако приемлемая точность соблюдается на дорогих картах. Попробуем подать внешний сигнал эталонной амплитуды или воспроизвести цифровой сигнал (например, с жесткого диска) через звуковую карту непосредственно. Тогда максимальной пиковой амплитуде регистрируемого в цифре сигнала по идее должно соответствовать самое верхнее положение ползунка-слайдера для выбранного источника (например, Stereo Mix или микрофона). На самом деле обрезание у каждой звуковухи начинается, когда Бог пошлет. Так, для экземпляра Live! было установлено, что при положении ползунка с источника WAV выше 65%, а с источника Stereo Mix — выше 81%. Так ли страшен чёрт-clipping, как его малюют? Судите сами, глядя на спектры чистого тона частотой 1 кГц, приведенные на рис.2. Слева — без обрезания, справа — с ним, причем только что прорезавшимся.

Теперь ясно: Clipping превносит в звуковой сигнал уходящий в частотную бесконечность забор ненатуральных гармоник. Помимо отмеченного частокола в звуке будут присутствовать трудно предсказуемые эффекты, поскольку усилительные каскады, разделительные фильтры и динамические головки в принципе не способны отработать обрезание точь-в-точь и выдают звук «кто во что горазд». Заметно ли это на слух? Да, безусловно. В чем выражается? Образно говоря, ощущение песка на зубах. На низких частотах вместо мягкого удара большого барабана слышится оглушающее уханье. Степень зубодробления и оглушения зависит от потенциала акустики-усиления. Очень хорошая акустика беспристрастно подчеркнет все огрехи, хорошо подобранная акустика — сгладит. С плохой или неудачной акустикой голова будет болеть и без обрезания.

Сегодняшние музыкальные сидючки (те, что CD-audio) частенько грешат диким обрезанием, включая фирмовые. То есть аудио сигнал, хранящийся на диске в цифре, умышленно коряво трансформируется из мастер записи профессионального формата, или подвергается нехитрой обработочке (нормировке на среднеквадратичное значение) еще на этапе создания «матрицы» для завода, который потом слепо наштампует нужным тиражом. Такие диски звучат подозрительно громко. Зачем и кому это нужно? Если бы обрезание было свойственно только пиратским дискам, тогда все бы было понятно. Но ведь и те, которые в законе, туда же... Вероятно, дань моде: Громче! Еще громче! Ну, нам, россиянам не привыкать к залихвасткой громкости и надрывному хрипу колонок. Ну и что, что со звоном циркулярной пилы? Зато ноги сами в пляс идут. Редко кто удерживается, чтоб во хмелю не изнасиловать аудио аппаратуру, особенно чужую.


Многие знают, что уменьшение амплитуды в 2 раза в децибелах выражается скромным значением -6 дБ. Самый громкий отцифрованный в 16 бит полярный сигнал будет иметь пиковую амплитуду 216-1=32768 в абсолютном значении. Текущую амплитуду можно измерять относительно (а в материальном мире все относительно) опорного уровня, равного максимально достижимой амплитуде, или другими словами, полной шкале. Тогда самая большая пиковая амплитуда будет 20*log(32768/32786)=0 дБ(FS). Здесь FS означает full scale — полная шкала. В отличие от аналоговой, в цифровой технике плюсовых дБ(FS) не бывает по определению. Теперь давайте возьмем какой-нибудь самый мощный по амплитуде (в пике под 0 дБ FS) сигнал чистого тона и, задействуя любой саунд редактор, уменьшим все амплитуды этого сигнальчика в 2 раза, получив в пике -6 дБ. Очень заметно на слух! — скажите вы, и будете совершенно правы. Чудесно, а теперь возьмем ослабленный сигнальчик этого же тона, не более -60 дБ в пиковой амплитуде, и уменьшим в 2 раза уже его, соответственно получив -66 дБ. Ё-моё! Что-то вообще ничего ни слыхать: ни того сигнала, ни другого! Не беда, подкрутим громкость до упора… Ага, сигнальчики прорезались, но только почему-то на слух разница какая-то неубедительная: то ли есть, то ли нету. Отсюда следует далеко идущий вывод. Разница в 1-6 дБ сама по себе еще ни о чем не говорит! Для мощных сигналов она будет заметна, а для очень тихих нет. Эх, жаль сравнение на слух двух звуковух с разницей несколько дБ в значениях отношения сигнал-шум некорректно в принципе (у каждой звуковухи проявятся персональные искажения иной природы), а то бы было очень кстати убедиться, что снижение величины сигнал-шум, например, с -85 до -90 дБ представляет интерес исключительно для самих разработчиков.

Но это еще цветочки! Две совсем несладких ягодки поджидают купившего новинку с заветной биркой «24/96».

  • Во-первых, качество оригинала звука. Оно по-прежнему для абсолютного количества непрофессиональной музыки пребывает в рамках 16 бит 44.1 кГц. На DVD-Video по умолчанию звуковая дорожка в формате АС-3 дискретизирована с частотой 48 кГц, а вот по битам «война в Крыму — все в дыму». По ощущениям динамический диапазон расширяется в основном за счет сабвуферного канала. Да, декомпрессия из Digital Dolby 5.1 позволяет воспроизводить как очень тихие, так и очень громкие звуки. Причем для домашней обстановки многие всплески звука даже слишком громки. А вот какие при этом возникают динамические искажения — одному Богу известно. Про МР3 непонятного происхождения и говорить нечего. Умельцы там такого насжимают, чтобы побольше втиснуть на диск, аль чтобы скачивалось пошустрее, что полезных высоких частот за барьером в 12 кГц порою еще поискать надо. Частенько на местах плато вместо обрезанных макушек (см Рис.3а) вырастает жуткая отсебятина (см Рис.3б), превносимая кодированием-сжатием в МР3.

  • Во-вторых, чтоб вкусить всю прелесть превосходства натуральных «24 бит/96 кГц» понадобятся акустические системы и усилительная аппаратура стоимостью поболее цены среднестатистического персонального компьютера.

3

3b

Рис.3а.

Рис.3б.

Бортовухи и кодеки
Надо отдать должное производителям материнских плат: буквально за последний год качество встроенных звуковых карт (далее по тексту «бортовух») значительно улучшилось. В отличие от видео карт, чье присутствие на борту по-прежнему ничего хорошего не предвещает, духи звука умудряются уживаться со строптивым окружением дедов.

Как правило, сведения о звуке на борту, приводимые в описаниях к материнским палатам, сухи как воздух в знойной Сахаре. Чаще всего удается отыскать лишь одинокие отписки «AC97 Audio Support» или «AC97 2.1 Compliant 2D Audio». Гораздо реже производитель матери радует хоть какой-то конкретикой, тем паче в адрес интегральных микросхем стандарта АС97. Кругом их называют «кодеками» (от английского audio codec). Шибко не наврёшь, если чипом обзовёшь. Помнится один популярный у нас тайваньский заправила охарактеризовал чип ветерана CMedia 8738 следующим образом (наглую рекламу опускаю):

  • advanced 64 voice wavetable synthesizer (качественный миди никогда не помешает!)

  • supports HRTF 3D positional audio with MSDS, DS3D, DirectMusic, Aureal A3D and Creative EAX, C3DX APIs (чудесно для геймеров во всех отношениях, хотя обещание поддержки еще не означает, что все будет «без сучка без задоринки»)

  • supports Fiber Optic module (радости подключения по оптике, скорее всего за отдельные деньги)

  • embedded 32 Ohm 0.5 W earphone amplifier (затаривайтесь наушниками с входным сопротивлением 32 Ом !!!)

4

Рис.4.

Замечу, что на более свежем кодеке 9738 (рис.4) добавилась поддержка воспроизведения 4х канального звука для любого типа южного моста материнской платы. Фи… даешь 6 каналов! Разъем line-in может быть совмещен с тыловым выходом. Однако цифровой выход SPDIF имеется только на модифицированной модели 9738-Р.

Не подумайте, что чипы Cmedia самые крутые, просто случайно попались под руку первыми. Мамостроители используют кодеки как от Wolfson (более известного в качестве поставщика для hi-fi аудио), так и от приближенных к компьютерному миру SigmaTel, Analog Devices, Crystal и других. Начинку кодека нетрудно понять, глядючи на рис.5 (а,б,в). По этим же блок-схемам благодаря скурпулезности сайта SigmaTel легко прослеживается эволюция последнего витка развития типичных АС97 кодеков.

5a

Рис.5а. Примечательно, что у кодека модели 9750 АЦП (ADC) и ЦАП (DAC) имеют разную разрядность! Следует ожидать более качественного воспроизведения.

5b

Рис.5б. У кодека модели 9752 разрядность АЦП и ЦАП одинаковая — 20 бит. Для обеспечения многоканальности на звуковой плате могут присутствовать несколько кодеков.

5c

Рис.5в. В модели 9460 (24 бит, 2 АЦП, 6 ЦАП) появился DSP! Плюс двойной (считай, стерео) микрофонный вход с раздельной регулировкой уровня! Частота дискретизации при воспроизведении — от 32 до 192 кГц, а при записи до 96 кГц.

Модельный ряд АС97 чипов довольно широк практически у каждой фирмы и стремительно обновляется. Некоторые чипы предназначены как для самостоятельных звуковух, так и для бортовух. Некоторые — только для тех или иных по отдельности.

Не могу не упомянуть о расхожем заблуждении: мол, раз используются одинаковые кодеки для бортовух и звуковух, то и качество звука одинаковое. Прошу заметить, что помимо чипа кодека как такового на звуковухе натолкано довольно много конденсаторов и резисторов. Оказывается чип нужно не только хорошо запитывать, но и не менее хорошо подавать и снимать (согласовывать по нагрузке) разномастные электрические сигналы входа-выхода. На любой бортовухе подобного добра существенно меньше. Сказывается и вынужденная компактность разводки платы, и близость буйно-шумных соседей. Отсюда неизбежно следует ухудшение звучания и потери качества записи. Впрочем, щедрая россыпь добра на дешевенькой подделке под именитую самостоятельную звуковую плату еще ни о чем не говорит. Элементная база из технологического хвоста (с критичным разбросом параметров) способна испортить звук не на шутку.

Остатки совести не позволяют умолчать о негласной лотерее: какой именно АС97 кодек окажется на вашей маме — предсказать проблематично. Причем в коробочном описании и на сайте базар может идти об одном, а на самом деле втихаря впаян совсем иной чип, от какой-нибудь Avance (прикольнее сайта www.avance.com давненько не встречал; посещать «минздрав не рекомендует»). Иногда в описании указывают сразу пару вероятных чипов, типа, «optional Creative СТ5880». На прилагаемом к маме сидюке с софтом можно обнаружить кучу драйверов чуть ли не на все случаи жизни. Так что первым делом, вооружившись лупой, надо разглядеть на плотно утыканной матери, какой фирмы и модели кодек впаян, а затем устанавливать соответствующие драйверы.

Лихие производители дешевых материнских плат порой лепят такую горбуху, что диву даешься! То, что впаивается залежалый чип, и то, что драйверы встают с третьего раза — еще полбеды, гораздо неприятнее получить сюрприз-головоломку. Например, драйверы встали без желтых восклицательных знаков, чип не убитый и даже записывает звук (воспроизведенный в дуплексе самим же кодеком) а вот на выходе карты (выход единственный, универсальный Line out) звука нет вообще никакого. Гробовая тишина. Теперь попробуйте доказать продавцу или сборщику, что это не вы самолично спалили выход бортовухи. А слабо с 3-х раз догадаться, в чем первопричина? В секретном (в описании ни намека) переключателе на материнской плате? В хитроумно спрятанной галочке драйвера? В элементарной лаже с распайкой гнезда?

Сами по себе (то бишь на испытательном стенде фирмы) микросхемы демонстрируют впечатляющие характеристики. Например SNR аж -94 дБ(А). Но после конвейерного монтажа на серийной материнской плате и под влиянием разношерстного окружения их характер неизбежно портится. Массовый продукт на поверку оказывается весьма скромным: SNR -75-85 дБ(А). Об этом заинтересованные лица предпочитают скромно помалкивать. Что же в конце концов получается в результате удалой российской сборки компьютера — великая тайна.

Признаюсь, есть у меня страсть время от времени собирать-апгрейдить персоналки, руководствуясь девизом «лучше меньше да лучше». Сказывается увлечение в детстве железным конструктором-механиком, который в отличие от популярного ныне Lego славился множеством винтиков. С другой стороны, по долгу службы приходится иметь дело с различными готовыми компами, включая face-to-face общение с забугорным брэндом. В процессе контакта с перечисленным железом не упускаю шанса познакомиться поближе с новыми представителями звуковых карт. Благо и сравнить есть с чем: на рабочем месте бессменная 8-канальная 24 бит 96 кГц старушка от Terratec, а дома прижился тот самый Live! с желтеньким Digital Out.

Сознательно не буду утомлять нудным перечислением моделей железяк внутренностей прошедших шмон персоналок. Также не буду «возить мордой по столу» нерадивых производителей. Причина проста. Например, интегрированный аудио чип, блеснувший в попавшейся мне маме, может по полной программе облажаться у вас, и наоборот. Мораль сей басни такова: охватить все многообразие железа (производитель мамы такой-то, а чип такой-то, а конденсатор такой-то и т.д.) есть занятие дорогое и малоэффективное. Зисифов труд. Ну разложишь все по полочкам. А в это время бац — и кондёрчик уже другой на конвейере впаивают... Таблицы результатов сравнительных измерений устаревают быстрее, чем в них разберутся читатели. Так что бессмысленно пытаться родить совет на все случаи жизни. Единственное, что в моих силах — дать вам ключ к познанию. Если вы хотите разобраться в первопричинах и выбрать правильное решение — просто возьмите этот ключ, и сами откройте дверь на пути к истине.

Итак, настал черед информировать о выявленных подводных камнях бортовух. Буду предельно лаконичен.

Пресловутый сигнал-шум
Сегодняшние бортовухи, не испорченные средой обитания, упорно демонстрируют совокупный -67..72 дБ. В качестве примера созерцайте Рис.6. При измерениях по облагораживающей методике А-взвешивания следует ожидать под -80 дБ(А). Терпимо. Преодоление этого барьера проблематично из-за удорожания мамы. Слишком много неслабых электрических паразитов и слишком близко к бортовухе они бродят. Для сравнения: родной Live! от Creative дает -82 дБ, а 24-битный Terratec -105 дБ.

Амплитудно-частотная харатеристика (чем ровнее АЧХ, тем круче карта)
Здесь ждите сюрпризов. Неравномерность АЧХ на некоторых экземплярах достигает 10 дБ. Завал на высоких такого порядка приведет к глуховатым записям. При воспроизведении придется компенсировать подстройкой тембра высоких частот. Правда, подправить завал на верхах, типичный для большинства компьютерной акустики, проблематично, так как обычно тембр и так уже вывернут до упора. Тем паче, что в микшере бортовух тембр, как правило, отсутствует. Остается уповать на удачу, или на бормашину софтовых эквалайзеров.

Коэффициент гармонических искажений (THD)
Разброс от 0.01 до 0.002%. Не «Hi-End» конечно. Ориентация исключительно на компьютерное воспроизведение очевидна. Принимая во внимание, что большинство встроенных усилителей мощности врут на 0.5% (КНИ), а акустические системы на 5% и похлеще, добавить больше нечего.

Интермодуляционные искажения (IMD)
Выражаясь простым языком, насколько одна частотная компонента искажает другую частотную компоненту. На рис.7 представлена спектрограмма: по вертикали — время, по горизонтали влево и направо — частота для левого и правого каналов соответственно, цветовая раскраска — величина магнитуды сигнала. Сначала присутствовал чистый тон 1 кГц, потом чистый тон 10 кГц. Каждый чистый тон оставлял за собой одинокую полосу, будто катер кильватерную струю в полный штиль. Но стоило зазвучать двум тонам одновременно (см нижнюю часть спектрограммы), как сразу появились дополнительные гармоники. Не путать с гармониками от обрезания! В данном случае суммарная амплитуда двух тонов была такова, что обрезания и близко не было.

Обычно величина дополнительных гармоник сравнительно мала, порядка -60 дБ и меньше. Их кратность по частоте довольно велика и зависит от соотношения частот чистых тонов. На супер утонченный слух чем больше IMD, тем больше призвуков. Особенно заметны на органной музыке, звуках фортепиано и одиночных струнных, если акустика вытягивает мощность, конечно. Кстати, при стечении определенных обстоятельств наличие своеобразной гармонической окраски звука не портит восприятие. Гитарная рок музыка сама по себе искаженная, и качественные дисторшн эффекты всегда в цене. То есть для воспроизведения умеренно высокий IMD не критичен. Но для записи, когда требуется избежать насколько возможно непредсказуемых эффектов искажения звука, следует выбирать карты с предельно низким IMD.

Сдвиг постоянной составляющей (DC shifting) в записываемом сигнале
Этим фокусом раньше грешили многие карты. Теперь Creative навел порядок в своем стане: сдвиг не выходит за пределы -2..+2. Среди бортовух болезнь распространена и поныне. Попадаются экземпляры с очень неприятным сдвигом: +2000 с гаком по одному каналу и -4000 по другому. В режиме записи сдвиг зависит от положения ползунка в микшере! Реальная «динамика» усыхает фактически до 12..14 бит. Будьте начеку.

Микрофонный вход
Прогресс явно налицо. Змеиное шипение уходит в прошлое. Правда, хорошие микрофоны нынче ну очень дороги. В программном обеспечении микшера у некоторых бортовух можно найти полезный сервис (см Рис.8). Если прут пачками импульсные помехи, то смело активизируйте «Alternate microphone». В большинстве случаев здорово помогает. Врать не буду, что за этим стоит — не знаю. В документации может где и есть пару слов, ну к очень редкой матери.

8

Рис.8.

Влияние (проникновение) каналов
В некоторых случаях имеет место быть, причем довольно гадкое. На рис.9 представлены сигналы, записанные при подаче на левый канал АЦП прямоугольных импульсов частотой 1 кГц. Амплитуда сигнала правого канала позже была увеличена в 4 раза для облегчения визуального сравнения. Видно, что при переходе сигнала левого канала через ноль, в правом канале появляются взбрыки типа щелчков. Вряд ли кому-то потребуется записывать дома импульсные сигналы с крутыми фронтами, как в нашей прямоугольной пиле. Однако, если на одном канале вылезает нечто, чего быть не должно, имейте в виду возможную чехарду с взаимным влиянием каналов.

9

Рис.9.

Качество аппаратных 3D эффектов типа Depth
Тут кто во что горазд. Задирать ползунок эффектов выше 25% опасно для психики. Тактика производителя называется «главное забить место под солнцем, а там видно будет». Естественно, бортовухам тяжело тягаться со звуковухами, имеющими свой навороченный аудио процессор.

Качество WaveTable миди
До Live!, как до Луны. Но уже не электронная фанера. Слушать можно.

Выход на наушники
Он совмещен с линейным выходом (line out), используемым для подключения активной акустики. В редких случаях совмещают еще и с цифровым выходом, который вступает в свои права после активации в драйверном микшере. За все в жизни приходится платить. За 0.5 ватт мощности, вкачиваемой в низкоомные наушники, в том числе. За дополнительно-бесплатное усиление мощности для пассивной акустики расплачиваться приходится качеством звука. На некоторых мамах имеются отдельные переключатели line out/speaker out.

В целом звук в согласованных по сопротивлению наушниках гораздо лучше, чем ожидал. Забив виндовые звуковые примочки и добавив громкости, на некоторых бортовухах можно без проблем послушать, какие электрические шумы издает при работе тот или иной элемент персоналки.

Прочие странности
Не исключена весьма заметная чувствительность к вибрациям и толчкам. Не долбите во время записи по корпусу или клаве (если она и корпус располагаются на одном столе).

Вместо заключения
  • Народный звук в «24 бит» сегодня — это маркетинговая уловка чистой воды. Полностью 24 бита оправдывают себя только для записи, когда трудно предугадать, насколько сильно прыгнет уровень сигнала в тот или иной момент. Предлагается не бежать впереди паровоза, а подождать снижения цен и желанной экспансии истинно 24-битных носителей звука.

  • Значимость SNR -100 дБ притянута за уши. Чуть сдвиньте ползунок в микшере и получите -90 дБ на той же самой звуковой карте. Реальный сигнал шум -80..90 дБ в условиях конкретного компьютера предпочтительнее рекламируемого стерильно-стендового -100 дБ.

  • Дискретизация 96 кГц — полезно поэкспериментировать для тренировки слуха. Опять таки, при воспроизведении на скромно бюджетной акустике совершенно не актуально.

Встроенные звуковые карты (на кодеках АС97):
  • «Кот в мешке» по качеству звучания и обещанным наворотам. Без проверки на вшивость однозначно не рекомендуются для путной записи из-за (того или иного, или всего вместе) излишне курчавой АЧХ, неприличных искажений и высоковатых шумов.

  • Более чувствительны к паразитным шумам и наводкам от засланных казачков. Требуется поэлементная верификация перед сборкой или проверка новичков на уживчивость при апгрейде.

  • На удивление неплохой микрофонный вход. Остается лишь разориться на адекватный микрофон.

  • Склонны к смещению нуля (причем вразнобой с левым и правым каналами), особенно на выходе Stereo MIX.

  • Задействование аппаратных 3D эффектов на полную катушку чревато жуткими призвуками.

Сухой остаток:
  • Не хотите возиться с проблемами? Берите обычный Live от Creative.

  • Нравится решать трудные задачки? Что-ж, попробуйте найти материнскую плату из числа желаемых с нормальной бортовухой.

  • Сродни тем, кто любит создавать трудности, а потом долго их преодолевать? Или все по барабану, лишь бы по мозгам долбило? Тогда играйте в русскую рулетку со звуковухами из самого низа ценового диапазона.

«Думайте сами, решайте сами: иметь или не иметь»!

P.S. Тестирование цифровых выходов оставим до лучших времен.

Источники
  • Steven Harris & Clif Sanchez «Personal Computer Audio Quality Measurements»

  • Bob Katz «How to make better recordings in the 21st century. An integrated approach to metering, monitoring snd leveling practices».

  • http://www.sigmatel.com/audio/audio-codec-br.htm


Автор
Андрей Волов

Комментарии