Влияние фильтров передискретизации
Для исследования выводил звук через внешний мобильный USB ЦАП Shanling UA3, с частотой записи тестового сигнала 44,1 кГц, 16 бит, для вывода звука использовал плеер Roon, где делал передискретизацию (4-кратную) разными фильтрами (4 шт.), которые показаны ниже на рисунке
И сравнил с тем, как это делает ЦАП (в ЦАП-е есть на выбор несколько фильтров, но я использовал один, какой стоял, так как для изменения фильтра необходимо подключать ЦАП к телефону на Андроиде с разъемом usb-c, которого у меня нет). На рисунке выше мы видим 4 фильтра, я их называю фильтр 1…4 и ниже их импульсные осциллограммы, полученные на выходе ЦАП
И ниже импульсная характеристика как это делает сам ЦАП
Как видим все типы фильтров дают разную импульсную характеристику. Из всех отличается импульс самого ЦАП и фильтр 3, имеющие меньшие колебания. Поэтому проведу измерение параметров АЧХ и пр., с помощью программы RMAA, в качестве АЦП для записи сигнала использовал карту Creative Rx с частотой записи 96 кГц 24 бит (максимальное качество), чтобы получить точные измерения. Полученные данные сведены в таблицу
В первой колонке это параметры ЦАП, без передискретизации в Roon, в двух других колонках показаны данные для фильтра 1 (фильтр 2 имеет схожие параметры, не показан) и филтьра 3 (фильтр 4 имеет схожие параметры, не показан). Как видим, главное отличие по АЧХ, ниже показаны графики.
Как видим ЦАП имеет обрезанные ВЧ уже за 10 кГц, самые ровные ВЧ имеют фильтр 1 и фильтр 2 (совпадает по АЧХ полностью с фильтром 1) и чуть срезанные ВЧ имеет фильтр 3 и фильтр 4 (не показан, график как фильтр 3). Но глядя на импульсные характеристики не скажешь, что у них ВЧ сильно отличаются, особенно у ЦАП и фильтра 3, у них скорее ВЧ выше по амплитуде!!! А значит в данном случае имеем дело с нелинейной обработкой, где АЧХ не соответствует реальности, а импульсная характеристика настроена на получение чистого импульса. Такая обработка первой использовалась фирмой Pioneer в Lefato Link системе. А сегодня, как видим, сходная обработка есть даже в мобильных ЦАП, что радует.
Естественно, нелинейная обработка влияет на искажения, на гармоники, так как за счет них получается импульсная характеристика при сохранении линейной АЧХ, поэтому как видим из таблицы искажения меняются. Ниже график интермодуляционных искажений.
Из всех этих типов обработки мне нравится фильтр 3 используемый в Roon, где достигается почти идеальная импульсная характеристика. И поэтому ЦАП Shanling UA3 играет живее, на мой вкус конечно, что достигается за счет восстановления гармоник, которые теряются при записи, поэтому в данном случае, хотя технические параметры снижаются, искажения растут, но практически звук становится ближе к натуральному и плеер Roon делает преобразование качественно, т.к. имеет внутреннюю обработку 64 бит, думаю ЦАП такой точности не имеет, поэтому разумно сделать передискретизацию в плеере, а на ЦАП подать сигнал в режиме WASAPI (монопольный режим) сразу на ЦАП и плеером так же регулировать сразу громкость, т.е. всю обработку делать в проигрывателе.
К сожалению, не всегда данный фокус с подачей и передискретизацией сигнала на ЦАП на прямую работает, обнаружил, что карты Asus D1 и Creative Rx при подаче частоты 192 кГц снова проводят обработку в карте, поэтому там этот метод на WASAPI не работает. У Asus D1 можно подать данные на прямую в ЦАП через ASIO, у Creative Rx, к сожалению, ASIO вообще какое-то извращенное, т.е. не дает точной передачи, задействуются фильтры звуковой карты встроенные. Особенно полезно делать внешнюю передискретизацию, т.к. обычно звуковые карты имеют один только кварц на кратные 48 кГц, поэтому Roon качественно, без биение делает передискретизацию на не кратные частоты, процессоры же карт обычно, указанных Asus и Creative передискретизацию делают плохо, видны биения на осциллографе в реальном времени, когда идет преобразование на некратные частоты. Поэтому плеер Roon может быть полезен на встроенных картах для улучшения звука и это действительно работает.
Передискретизацию можно выполнить с помощью Виндуз, поставив в системе частоту 192 кГц, а в плеере включив вывод по умолчанию, но есть нюансы, которые хорошо видны на осциллографе. Если посмотрим запись с уровнем 0 дБ для 1 кГц и меандра тоже 0 дБ, то мы увидим, для передискретизации в Roon совпадение пика на синусе с полочкой в меандре, что означает, что низкие частоты правильно проигрываются, ниже гафики для Roon передискретизации с использованием фильтра 3.
И те же самые графики, если делать передискретизацию в системе Виндуз на 192 кГц
И мы видим, что Виндуз 8.1. полочку сделала ниже, а синус нормально, он такой же, на графике просто громкость чуть другая. При этом заметьте, тип передискретизации зависит от плеера (а не от Виндуз), в Руне такая передискретизация, а например на плеере Winyl будет фильтр классический, но при этом НЧ так же будут в мендре 0 дБ опущены. Отсюда делаю вывод, что ослабление НЧ это работа виндуз. Вероятно, плеер задает виндуз тип фильтрации. Поэтому проведу измерение параметров, чтобы сравнить два этих режима. Кстати сам ЦАП делает полочку нормально при внутренней передискретизации.
По искажениям мы видим почти одинаково, а вот по АЧХ разница заметна, при этом АЧХ на виндуз на ВЧ идет змейкой, а на НЧ даже выше, чем для Рун- передискретизации!!! Подобную змейку на АЧХ раньше можно было наблюдать на многих плеерах Sony, что вероятно делается умышленно для придания звуку определенной яркости, это своего рода улучшайзер.
Как выяснилось, снижение меандра 0 дБ при передискретизации делает Виндуз, чтобы ограничивать максимальные сигналы, записанные на 0 дБ, если в Руне включить передискретизацию на ту же частоту 192 кГц, то полочка поднимается, но ограничивается сверху.
Что говорит о том, что на частоте 192 кГц Roon подает сигнал сразу в ЦАП, т.е. передискретизация виндуз выключается. Поскольку многие сборники идут с высоким уровнем записи и часто залетают в 0 дБ, то в том же плеере Roon можно снизить уровень -3 дБ (в DSP эффектах) и тогда запись меандра 0 дБ будет правильная, как показано ниже.
В итоге имеем самый оптимальный вариант по качеству для карт с кварцем на 48 кГц, т.к. мы делаем передискретизацию на 192 кГц с помощью проигрывателя Roon. При этом получаем оптимальную переходную характеристику как у фильтра 3. Или же можно просто понизить уровень на -3 дБ, тогда фильтр Виндуз будет использоваться без ограничения сверху, при этом график получается очень похож на фильтр 3, ниже он показан.
Получаем чуть больше колебательности, но передискретизация при этом качественная, график почти не дышит, в обоих последних случаях. Для сравнения двух графиков (последних) нажмите на график и он откроется в отдельном окне и методом сравнения видно, что передискретизация Roon имеет чуть более резий фронт, да и АЧХ как мы видели у Roon более линейная.
Все осциллограммы снимал на сопротивление 30 Ом, т.е. близкое к сопротивлению наушников, использовалась система Windows 8.1, что для звука определенно предпочтительнее, т.к. Windows 10 и вероятно 11 версия имеет звук много хуже, более мусорный, шершавый, что-то с ней явно нахимичили, возможно умышленно, чтобы люди перхеодили на смартфоны.