środa, 11 listopada 2015

Wszystkie odtwarzacze brzmią tak samo

Wszystkie odtwarzacze klasy hi-fi brzmią identycznie. Nie są identyczne i ich parametry różnią się nieznacznie, jednak ich dźwięk jest taki sam. Można zadać pytanie dlaczego różne odtwarzacze o różnych parametrach jakościowych grają tak samo. Odpowiedź może być krótka: dlatego, że słuch jest narządem zbyt mało dokładnym, żeby można było zauważyć minimalne różnice pomiędzy typami odtwarzaczy lub też różnymi egzemplarzami tego samego typu.

Dużym problemem dla osób wierzących w brzmienie odtwarzaczy jest uzmysłowienie sobie czym jest dźwięk w ogóle oraz czym jest dźwięk przetwarzany przez sprzęt audio.


Górny przebieg, który wydaje się być skomplikowany faktycznie jest sumą trzech sinusoid o różnych częstotliwościach. Każdy, nawet najbardziej złożony dźwięk jest sumą składowych sinusoid.


Każdy dźwięk i każdy zmienny przebieg można przedstawić jako sumę sygnałów sinusoidalnych o pewnej częstotliwości, amplitudzie i czasie trwania. Na przykładzie powyżej widać z pozoru skomplikowany przebieg jako sumę trzech sinusoid. Każdy sygnał, nawet najbardziej złożony, składa się z pewnej ilości nakładających się na siebie sinusoid.

Wobec tego odtwarzacz ma proste zadanie: odtworzenie przebiegu sinusoidalnego o zmiennej częstotliwości i amplitudzie. Gdybyśmy chcieli zdefiniować sygnał elektryczny audio, możemy to zrobić tak, że w ujęciu czasu rzeczywistego, tzn. w sensie co faktycznie robi odtwarzacz w dokładnie określonym momencie powiemy, że odtwarza sinusoidę o pewnej częstotliwości i amplitudzie. Można powiedzieć, że sygnał składa się z sinusoid o częstotliwości takiej, jak połowa częstotliwości próbkowania. Można uogólnić, że sygnał audio składa się wyłącznie z sinusoid o częstotliwości f/2 próbkowania, gdyż każdą sinusoidę o mniejszej częstotliwości można przedstawić jako sumę sinusoid o większej częstotliwości. Np.sygnał prostokątny także można przedstawić jako sumę sinusoid, o częstotliwości bazowej i nieskończonej ilości harmonicznych.

Jeśli chcielibyśmy określić jakość odtwarzania, wystarczyłoby sprawdzić czy odtwarzana w danym momencie sinusoida ma odpowiednią amplitudę.

Ktoś może spytać, a co z jitterem, co z szumem, co ze zniekształceniami itd? Sygnał wyjściowy po analizie i porównaniu z sygnałem wejściowym powie nam wszystko o jakości działania odtwarzacza uwzględniając wspomniane parametry i wiele innych.

Od momentu wprowadzenia pierwszych przetworników cyfrowo-analogowych upłynęło już naprawdę dużo czasu. Technika przez ten czas poszła tak daleko do przodu, że zbudowanie perfekcyjnego odtwarzacza dowolnego typu jest zadaniem nie stwarzającym specjalnych trudności.

Już od samego początku, kiedy pojawiły się odtwarzacze CD jakość przetworników DA i tym samym jakość odtwarzania była bardzo dobra. Nawet najprostszy przetwornik typu zero-order hold pracujący z częstotliwością 44,1 kHz mógłby być wystarczający, gdyby istniała możliwość skonstruowania filtru dolnoprzepustowego, który byłby z jednej strony wystarczająco stromy, ale nie degradowałby dźwięku w sensie braku zafalowań charakterystyki. Niestety jest to bardzo trudne i należało pójść inną drogą czyli podnieść wewnętrzną częstotliwość pracy urządzenia do takiej, by filtr dolnoprzepustowy przestał stanowić problem.

Wykonałem kilka różnych testów, które mogłyby wykazać, że różne typy odtwarzaczy brzmią inaczej. Najpierw jednak chciałbym wskazać inny test.

Bardzo ciekawy eksperyment polegający na określeniu jaki poziom zniekształceń może być w ogóle słyszany przedstawił Ethan Winer na filmie:



Chodzi o fragment filmu od 32. minuty. Okazuje się, że dodanie dość głośnych i paskudnie brzmiących zakłóceń nie oznacza, że będą one łatwe do usłyszenia. Wykonywałem podobne testy używając szumu różowego.

Innym testem było nagranie dźwięku z wyjść różnych odtwarzaczy i porównanie tych nagrań z oryginalnymi płytami CD. Okazuje się, że odróżnić nagrania od oryginału się nie da. Cała procedura jest dokładnie opisana w poście "Testowanie sprzętu audio we własnym zakresie."

Jeden z moich odtwarzaczy jest uszkodzony i wprowadza duże zniekształcenia nieparzystych harmonicznych:





Co ciekawe, mimo tych zniekształceń, które mają wartość  około 0,5% w teście nie słychać ich za bardzo. Wrzuciłem wszystkie nagrania do sieci i nie znalazł się nikt, kto opisałby ich charakter lub w ogóle coś usłyszał. Poza tym gdybym użył tego popsutego odtwarzacza w prezentacji i wcześniej opowiedział uczestnikom o jakichś wyjątkowych walorach tego uszkodzonego urządzenia, znaleźliby się tacy, którzy później opowiadaliby znajomym i opisywali na forach w internecie, jakie wspaniałe brzmienie udało im się odkryć. Może dziś byłoby nieco trudniej, ale jeszcze kilka lat temu, gdy ten odtwarzacz był topowym modelem producenta, taki kit można by wcisnąć z łatwością niczego nie przeczuwającym ofiarom.

http://www.intmath.com/fourier-series/7-fast-fourier-transform-fft.php



Na powyższym rysunku mamy obiektywną część narządu słuchu. Od miejsca, gdzie zaczyna się nerw słuchowy jest część subiektywna. Tak naprawdę słyszy mózg i niestety na nim nie możemy polegać, gdyż jest nieobiektywny i podatny na sugestie i autosugestie.

Dlatego trzeba korzystać z narzędzi, które będą pomagały zachować obiektywizm i sprawdzić czy naprawdę potrafimy usłyszeć zmiany w dźwięku, które deklarujemy, że słyszymy.

Zupełnie osobną sprawą jest odbiór różnych urządzeń, jeśli można zobaczyć jak one wyglądają i wiadomo, które z nich aktualnie działa. Wszystko począwszy od nerwu słuchowego jest podatne na sugestie. Dlatego wrażenia będą różne, chociaż bodziec jest taki sam. Stimulus jest taki sam jeśli chodzi o dźwięk, ale inny wzrokowy i inne jest oczekiwanie i nastawienie. Dlatego nawet użycie dwu odtwarzaczy, które są identyczne, ale jeden jest w wersji z obudową czarną, a drugi srebrną - one będą odbierane jako grające inaczej, tylko i wyłącznie bo wyglądają inaczej i z tego powodu spodziewamy się, ze grają inaczej. A spodziewamy się, że grają inaczej, bo wyglądają inaczej. I na tym polega zaklęty krąg jawnego odsłuchu. Uważasz, że różnie wyglądający sprzęt brzmi inaczej, więc starasz się usłyszeć różnice i słyszysz je dlatego, że chcesz je usłyszeć. A to, co słychać nie ma już znaczenia.

Różny wygląd i różne oczekiwania skutkują innymi odczuciami. To taka sama sytuacja jak z proszkami przeciwbólowymi przepisanymi przez lekarza, a specjalnie wybranym i dopasowanym do potrzeb pacjenta środkiem przeciwbólowym zaordynowanym przez profesora, któremu wcześniej wręczyliśmy łapówkę. Środek przepisany przez profesora zadziała lepiej niż proszki jakiegoś lekarza, aczkolwiek w obu przypadkach będzie to taka sama substancja. Chociaż być może w różnej postaci i w różnych opakowaniach.

Branża bazuje na efekcie placebo, nastawieniu, uprzedzeniach i oczekiwaniach. Sprzęt audio już nie jest czymś technicznym, jest gadżetem.

Dlatego trzeba porównywać w podwójnie ślepym teście. Jawny odsłuch zawsze potwierdzi nasze nastawienie i oczekiwania.

2 komentarze:

  1. Też kiedyś myślałem, że odtwarzacze CD różnie grają. Łatwo dojść do błędnych wniosków w niezbyt dobrze przygotowanym porównaniu. Gdy wyrównamy głośność wszystko jest jasne.

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. O teście, który pokazuje, że nie da się odróżnić oryginalnego nagrania na płycie CD od nagrania zrobionego z wyjścia słuchawkowego jest tu: http://zrozumiecaudio.blogspot.com/2015/11/testowanie-sprzetu-audio-we-wasnym.html

      Usuń