Вам наверняка доводилось слышать рекомендации по различным головкам для виниловых проигрывателей: мол, эта достаточно универсальна, а эта особенно хороша для старых джазовых изданий… Что-то подобное неминуемо должно было появиться и в «эпоху цифрового аудио».
Что такое «цифровой фильтр» и для чего его ставят в ЦАП?
Преобразование потока цифровых аудиоданных (нулей и единиц) в непрерывный музыкальный сигнал — дело деликатное. Каждый цифровой отсчет должен быть преобразован в определенный уровень напряжения с высокой точностью, а ошибки в этом процессе заметно ухудшают звучание, делая его чересчур резким или, наоборот, размытым или окрашенным.
К несчастью человеческое ухо очень восприимчиво к искажениям и шумам квантования в аудиосистемах. Когда звуковой сигнал восстановлен из цифровых данных, гармонические искажения присутствуют в широком спектре, как в четных, так и нечетных обертонах.
Теоретически можно подавать на ЦАП отсчеты прямо при считывании. Однако при этом многократно возрастают требования к аналоговому фильтру, который должен быть столь крутым, чтобы как ножом отрезать цифровой шум за пределами слышимого спектра. Но аналоговые крутые фильтры высоких порядков катастрофически искажают фазовую характеристику, поэтому в звучании пропадает ощущение глубины сцены, снижается детальность, падает уровень высоких частот. Кроме того, точность исполнения аналоговых фильтров всегда ограничена допусками на производство радиоэлементов.
Выручают точные и стабильные по своей сути так называемые цифровые фильтры из нескольких FIR-звеньев (Finite Impulse Response или КИХ – конечная импульсная характеристика). Обычно каждое звено удваивает частоту выборки. Промежуточные отсчеты вычисляются в реальном времени и должны быть завершены в течение одного периода дискретизации! Отсюда повышенные требования к процессору, к его быстродействию и точности. И все же в вычислениях может накапливаться ошибка при последовательном округлении промежуточных данных.
Чтобы не потерять качество звука, количество звеньев фильтрации (кратность) ограничивают 4–8, вычисления в реальном времени для каждого отчета производят в 40 и даже 80-битном представлении, выбирают набор индивидуальных коэффициентов для интерполяции... Конечная цель – получить приемлемый результат для 24-битного разрешения. Другими словами, цифровой фильтр - это неотъемлемая часть современного звуковоспроизводящего устройства. От того, как именно он реализован, какие алгоритмы и коэффициенты используются в расчетах, зависят тонкие аспекты звучания.
В поисках идеала
Не секрет, что слушатели могут иметь и имеют (!) различные предпочтения в звучании и в музыке. Мы уже упоминали, ситуацию с выбором головок звукоснимателей для разных музыкальных жанров. Так и здесь – часто «стандартный» цифровой фильтр может не удовлетворять конкретного слушателя. И здесь пора вернуться к разработке Audiolab.
Итак, идеального фильтра не существует — что-то лечим, что-то калечим — либо фазу, либо линейность. Существует несколько алгоритмов подготовки цифрового потока. Цифро-аналоговые преобразователи Audiolab M-DAC и Q-DAC предлагают целых семь вариантов фильтрации! А дальше вы сами определитесь — какой считать универсальным, а какой хорош для жанровых фонограмм. По времени отклика (rise time) фильтры условно можно объединить в три группы:
Slow (медленные)
1) Optimal transient
2) Optimal transient XD
3) Optimal transient DD
Medium (средней скорости)
4) Slow roll off
Fast (быстрые)
5) Sharp roll off
6) Minimum phase
7) Optimal Spectrum
Оптимальный переход
Audiolab акцентирует внимание на фильтре Optimal Transient (оптимальная переходная характеристика импульса) и его подварианты XD и DD. Главная особенность группы Slow заключается в устранении паразитных колебаний перед фронтами импульса. Формально с точки зрения базовых технических замеров при активации Optimal Transient параметры сигнала немного ухудшаются. Спад кривой получается очень пологим, остается «цифровой мусор». Тем не менее после Optimal Transient саунд субъективно воспринимается на слух как наиболее реалистичный, мягкий на высоких частотах и по-настоящему вовлекающий. Что говорят слушатели?
Наиболее интересным считается Optimal Transient XD, который в своей группе позволяет получить наиболее ровный тональный баланс, оптимальную насыщенность и детальность. Вариант DD несколько усиливает глубину звучания, немного укрупняя музыкальные образы. Базовая версия Optimal Transient уступает своим производным, обеспечивая более мягкий и менее детальный звук. Этот вариант хорошо проявит себя на записях с резкой цифровой подачей материала.
Крутой спад
Что касается фильтров Slow Rolloff и Sharp Rolloff, то первый отличается плавным спадом АЧХ, но имеет «мягкий» удельный коэффициент затухания и значительно меньший «звон». Фильтр Sharp Rolloff характеризуется крутым спадом и обладает стандартным алгоритмом фильтрации, т.е. типичными промышленными характеристиками: спад в –6 дБ на 1/2 Fs.
Звучание после Sharp Rolloff приметно прибавкой баса, но при этом несколько страдает его проработка. По своему характеру этот фильтр напоминает звук CD-проигрывателей средней Hi-Fi-категории с ровной АЧХ вплоть до 20 кГц при проигрывании обычных CD-записей (16 бит/44,1 Гц). Верхние частоты при этом кажутся более резкими, присутствуют паразитные колебания до и после фронтов импульса. Сцена несколько зажата, ей может не хватает «воздуха». Данную версию рекомендуется использовать ностальгирующим по CD-плеерам 90-х, а для ценителей звучания с аналоговым характером подойдет Slow Rolloff, который немного выдвигает СЧ на передний план. Одна из его особенностей также заключается в более ровной, чуть смягченной подаче ВЧ-диапазона. Помимо этого, фильтр Slow Rolloff также может похвастаться отличными техническими параметрами.
Фазовый минимализм
Фильтр Minimum Phase (минимально-фазовый, т.е. с минимальными фазовыми искажениями) дает возможность получить плавное затухание, аналогичное Slow Rolloff, но характеризуется отсутствием паразитных колебаний («звона») перед фронтами импульса. Хорошо прорабатывается НЧ- и СЧ-диапазоны. Саунд при этом становится гармоничным, более плотным и собранным на басах, но менее выразительным и четким в высокочастотном диапазоне.
Фильтру Optimal также свойственны превосходные технические характеристики в частотной области. Однако ему в полной мере присущи паразитные колебания перед фронтами импульса, что может вызвать усталость при длительном прослушивании. Звучание при использовании Optimal Spectrum обладает прозрачностью, остротой, а также хорошей детальностью - по этому параметру его можно сравнить с Sharp Rolloff. Саунд неплохо сфокусирован, однако цифровые артефакты заметны на слух, так что мы рекомендуем обратить внимание на «медленную» тройку, которую рекомендует Audiolab.
Выбор
При воспроизведении CD-дисков с обработкой с Optimal Transient обеспечивается весьма пологий спад по ВЧ, что выражается в более теплом характере звука. Как уже отмечалось, Optimal Transient не показывают рекордных характеристик при измерении, особенно в плане подавления помех дискретизации, но отличаются более «аналоговым поведением», что положительно отражается на звучании. Т.е. в данном случае недостаток становится достоинством. Одним из важных аспектов является то, что данные фильтры фактически полностью убирают цифровой «звон».
В категории Medium (среднее время установления отклика) находится единственный фильтр Slow Rolloff, который тоже отличается превосходными характеристиками. Его можно рассматривать как усредненную настройку между крайними подходами обработки цифрового сигнала.
Фильтры группы Fast имеют самое малое время установления отклика, обеспечивают наиболее четкие и резкие ВЧ и самый яркий звук, а также обладают лучшими техническими параметрами.
И еще напомним об одной фирменной примочке Audiolab. Модель M-DAC оснащена декоррелятором D3E, задача которого состоит в фильтрации различных гармоник, которые проявляются в процессе квантования. Благодаря D3E звучание становится чище, хотя изменения здесь не так явно заметны. Все это с учетом широкого выбора фильтров делает конвертеры Audiolab всеядными по отношению к любому музыкальному жанру.