Audiophile's Software

Тонкомпенсация на практике

Дата обновления: 07 Августа 2020
Как настроить аудиосистему, чтобы тонкомпенсация работала корректно. На примере AVR Denon (Audyssey)
2020-08-07T19:30
Audiophile's Software

С момента покупки мной ресивера прошло почти две недели. Соседи наверное уже перестали удивляться громкой музыке самых разных жанров — от классики и джаза до русского репа и Мерлина Мэнсона — перемежающейся странными шумовыми и другими сигналами, и смирились с тем фактом, что рядом с ними живёт аудиофил.

Но всякое "ж-ж-ж" не с проста, как говорится. Всё это время я пытался выжать наилучший звук из того оборудования и ПО, которым располагаю — правильно откалибровав и настроив его. И могу сказать, что после чтения статей и манулов, долгих распросов на HydrogenAudio, переписки с поддержкой Audyssey Labs, в конце концов самоличных тестов и проверок (т. к. вразумительных ответов я не получил ни на HA, ни в техподдержке лаборатории), мне это наконец удалось.

И главная вещь, относительно которой у меня всё никак не складывались цифры — это тонкомпенсация. О ней я и хочу рассказать в этом материале. А именно, как настроить её на AVR с интегрированной системой Audyssey или ему подобном. Если же у вас еще нет подобного ресивера, изложенные тут принципы всё равно могут оказаться полезны для общего понимания работы и настройки тонкомпенсации.

Общие сведения

Долго описывать, что такое тонкомпенсация, не стану, т. к. уже сделал это (обязательно к прочтению прямо сейчас). Кроме того, очень советую почитать мою статью О понятии громкости в цифровом представлении звука и о методах её повышения — она охватывает почти все базовые знания, которые нужны для понимания текущей статьи.

Итак, повторю лишь главный момент: чтобы тонкомпенсация работала корректно, устройство, выполняющее её, должно знать, с каким уровнем звукового давления (в среднем) играет текущий звуковой материал. Этот уровень зависит от нескольких факторов:

  1. уровень цифрового сигнала (максимум — 0 dBFS);
  2. характер сигнала — его спектр;
  3. уровень регуляторов громкости + влияние любых обработчиков на громкость;
  4. уровень напряжения на аналоговом выходе звукового устройства (звуковой карты, плеера, телефона и т. п.), который зависит от схемотехники устройства;
  5. коэффициент усиления усилителя для колонок/наушников и его АЧХ;
  6. чувствительность звуковоспроизводящего устройства и его АЧХ;
  7. акустика помещения, расположение в нём динамиков и точки прослушивания.

Как видите, цепочка очень длинная и непростая. Причем чем дальше — тем сложнее делать замеры. Цифровой сигнал измерить можно прямо в плеере. Аналоговый можно тестером (если решить проблему частотного взвешивания), а чтоб замерить чувствительность динамиков и актуальный уровень звукового давления в точке прослушивания — уже нужно откалиброванное устройство с измерительным микрофоном. Но чтобы откалибровать аудиосистему мы обязаны узнать все эти неизвестные, или по крайней мере результирующее значение, которое они дают.

В данной статье я буду рассматривать калибровку для цифрового ресивера, который подключается к источникам по цифровым интерфейсам — HDMI, bluetooth или играет по DLNA. То есть в данном случае 4-й пункт упраздняется, и это прекрасно, т. к. откуда усилителю знать, какое выходное напряжение выдаёт ваша звуковая карта или другое устройство. О 1-м — 3-м пунктах мы поговорим отдельно, а вот 5-й пункт уже входит в известные для ресивера параметры (зависит от параметров заложенных в сам ресивер или регулируемых на нём — например, громкость). Ну а дальше, чтобы понять характеристики т. н. "черного ящика", который для нас и для ресивера представляет участок 6—7, мы пустим заранее заложенный в ресивер тестовый сигнал и снимем его в точке прослушивания измерительным микрофоном, который входит в комплект (а значит его характеристики измерительной системе ресивера известны).

Автокалибровка

Я не буду описывать процесс калибровки, скажу лишь что для максимальной функциональности калибровку следует производить через мобильное приложение Audyssey MultEQ Editor app (да, оно дорогое, оно немного глючное, но без него доступ ко всем функциям не получить). Процесс калибровки через приложение описан здесь.

Итак, система калибровки будет воспроизводить короткие тестовые сигналы, представляющие собой синусоиду с быстро повышающейся частотой. Эти сигналы она будет записывать в разных точках, находящихся в зоне прослушивания, в центре которой будет находится т. н. "sweet point" — точка, для которой характеристики воспроизведения будут равны целевым значениям. По результату анализа записей система определит расстояние до каждого динамика, АЧХ каждого динамика с учетом помещения и положения слушателя. Как результат - система откорректирует общий уровень громкости, баланс громкости динамиков, задержки, а также АЧХ каждого канала в отдельности, приведя её к эталонной (ровной, с некоторыми поправками на НЧ и ВЧ).

Что же мы теперь имеем? Теперь мы имеем аудиосистему, которая при известном уровне входного цифрового сигнала выдаёт известный уровень звукового давления. Прекрасно. Но вернёмся к тонкомпенсации. Как она работает? Она подразумевает, что воспроизводимый материал сведён с конкретным референсным уровнем чувствительности. И если этот уровень действительно таков, то децибелы на регуляторе громкости ресивера перестают быть чем-то абстрактным — они становятся реальными децибелами звукового давления — dBSPL. А при определённом положении регулятора громкости ресивера аудио играет с такой же громкостью, с каким его записывали, и именно при этом уровне громкости тонкомпенсация не выполняет эквализацию. Дальше же, если вы понижаете уровень громкости, тонкомпенсация соответственно кривым равной громкости повышает уровень ВЧ и НЧ, а если вы повышаете громкость — наоборот, понижает.

Что же это за уровень, при котором мы получим ту самую оригинальную громкость, которую подразумевал звукорежиссер? Покопавшись в настройках своего ресивера, я заметил, что на нём можно переключить шкалу громкости с "0 - 98" на "79.5dB — 18dB". 0 dB по второй шкале соответствует 80 по первой. Это и есть уровень громкости, на котором отключается тонкомпенсация. И если вы вспомните график кривых равной громкости, то поймете, что там 80 dbSPL = 80 фон, и это та сама кривая, относительно которой выполняется тонкомпенсация.

Уровень чувствительности в кино

Откалиброванная система подразумевает строгое соответствие между уровнем цифрового сигнала и уровнем звукового давления. Это касается как систем воспроизведения, так и систем звукозаписи. Рассматриваемый нами ресивер откалиброван таким образом, что розовый шум с частотным диапазоном 500 — 2000 Гц и уровнем -30 dBFS создаёт звуковое давление 75 dBSPL (взвешивание типа С). Предполагается, что звуковые дорожки фильмов имеют именно такую чувствительность. Если она соблюдена, то мы слышим именно тот уровень громкости, который был записан.

Громкость музыкального материала

Если с фильмами теперь всё довольно просто, то с музыкой — иначе. Дело в том, что из-за так называемых "войн громкости" музыка сегодня записывается с чувствительностью на 10—15 dB выше, чем фильмы. И в итоге при проигрывании музыки ресивер будет думать, например, что текущая воспроизводимая громкость 65 dBSPL и выполнять тонкомпенсацию с повышением уровня НЧ и ВЧ, а на самом деле громкость будет 80 dBSPL, и тонкомпенсацию нужно уже отключать. Уровень НЧ и ВЧ будет завышен, а оригинальный баланс частот нарушен.

Но разработчики не дураки, и эту ситуацию предусмотрели. В настройках Audyssey есть т. н. "Reference Level Offset", который позволяет откорректировать громкость, на которой отключается тонкомпенсация. Согласно инструкции, 0 дБ подходит для фильмов со стандартным уровнем громкости, а 15 дБ (есть еще 5 и 10) — для громкой музыки.

Теперь, казалось бы, всё ясно. Ставь коррекцию 15 дБ для музыки, и 0 для фильмов. Но дело в том, что в музыке не придерживаются стандартов так же, как в кино, поэтому чувствительность (и как результат — громкость) может варьироваться в пределах около 30 дБ. Настраивать коррекцию под каждую композицию или альбом — это и неудобно, и не точно. Едва ли вы сможете на слух определить средний уровень громкости альбома длиной 80 минут. И тут на помощь нам приходит foobar2000.

EBU R128, loudness unit, взвешивание

Но прежде немного теории.

Актуальным стандартом, диктующим корректный уровень громкости при звукозаписи является EBU R128. Для оценки громкости в нём вводится единица loudness unit — LU. Её размерность соответствует децибелу (т. е. понижая громкость на 1 дБ вы понижаете громкость на 1 LU), но при этом абсолютное значение в LU зависит от взвешивания. Используется взвешивания типа K (k-weightng), вот как оно выглядит в сравнении с другими типами:

Взвешивание работает таким образом, что например (это можно увидеть из графика) сигнал с частотой 20 Гц будет иметь громкость на ~13 LU ниже, чем такого же уровня сигнал с частотой 1 кГц. Такое взвешивания помогает более адекватно оценить громкость звукового сигнала и также основано на кривых равной громкости человеческого слуха, с поправкой на тип сигнала (музыка и аудиодорожки фильмов. А-взвешивание, например, работает только для чистых тонов).

Рекомендуемый стандартом уровень громкости цифрового сигнала (взвешенной, заметьте) — -23 LUFS (это относительно максимума 0 LUFS, который например даст синусоида 1 кГЦ 0 dBFS). Именно с таким средним уровнем громкости добросовестные звукорежиссеры сводят сегодня аудиодорожки фильмов, оставляя таким образом хороший запас для динамики громкости, избегая клиппинга и излишней компрессии динамического диапазона.

Какую пользу из этого мы можем извлечь — читайте дальше.

Использование foobar2000 ReplayGain

Интересно отметить, что не так давно в плеере появился текстовый индикатор уровня громкости в тех самых единицах LUFS (View->Visualizations->R128 Meter):

Он показывает мгновенный и кратковременный уровень громкости — тут вы можете убедиться, что синусоида с частотой 1 кГц и уровнем 0 dBFS покажет вам 0 LUFS. Но нам вообще сейчас нужен ReplayGain сканнер. Давайте просканируем например первый диск британского ремастера "The Wall" 94-го года:

Учитывая что треки переходят один в другой и представляют собой по сути одну большую композицию, нам важно значение именно для альбома. Мы видим, сканер показал, что изменение уровня практически не требуется. Что это значит? Что альбом соответствует стандарту и его можно играть без применения каких-либо коррекций? Увы, нет.

Чтобы понять, почему нельзя играть этот альбом на этом ресивере без коррекции, надо вспомнить, что уровень громкости, который ожидает ресивер, соответствует рекомендуемому EBU R128 — -23 LUFS. А какой целевой уровень сканера RG? А вот тут разработчики плеера пошли на компромисс и выбрали уровень на 5 LU выше, т. е. -18 LUFS. Почему? Потому что иначе громкость большинства треков пришлось бы занижать значительно, а при этом теряется динамический диапазон. Т. е. шумы усилителя остаются на том же уровне, а громкость сигнала становится ниже — соотношение сигнал/шум снижается. Но тогда почему же целевой уровень не поставили еще выше? Потому что тогда бы трекам с большим динамическим диапазоном и высоким пиковым уровнем пришлось бы наоборот значительно увеличивать громкость, и они не поместились бы в шкалу цифрового звука. Это характерно например для классики — вспомните увертюру "1812" Чайковского: почти всю композицию громкость очень низкая, что даст низкую среднюю громкость; но в конце гремят выстрелы пушки, и если мы повысили громкость до высокого целевого значения, они уже окажутся выше 0 dBFS и произойдет клиппинг. Давайте как раз посмотрим на результаты этой композиции:

Что ж, мы видим что она не укладывается в шкалу даже при стандартном целевом уровне. Если мы повысим громкость на рассчитанные 2.55 дБ, то получим пик 1.37, а это означает глубокий клиппинг. Ну или же мы будем работать в режиме Apply Gain and prevent clipping according to peak, что даст нам увеличение громкости до максимального возможного без клиппинга значения, т. е. на 0.003124 (0.03 дБ) до 1.000000, а это значит мы не дотянем до целевой громкости около 2.5 дБ, что отразится на правильности воспроизведения.

Итак, выбрано было компромиссное значение -18 LUFS. И мы можем на нем остановиться, просто дожав недостающие 5 дБ коррекцией в настройках Audyssey. Но я всё же рекомендую понизить целевую громкость RG в плеере:

Рекомендую я это по двум причинам. Во-первых, когда я захочу включить фильм, мне придется возвращать коррекцию на 0. Во-вторых, именно для уже упомянутых мною композиций с широким динамическим диапазоном, R128 рекомендует оставлять запас в 23 LUFS.

Таким образом мы избавились от необходимости вручную устанавливать сдвиг громкости для тонкомпенсации, вычисляя его автоматически и занижая громкость на это значение в плеере.

Как проверить динамический диапазон

Если же вы переживаете за сужение динамического диапазона, то проделайте следующее: попробуйте включить разные музыкальные альбомы из своей коллекции и определить максимальное положение регулятора громкости ресивера, которое вы теоретически будете использовать в этом помещении (т .е. максимально комфортное) — при включенном RG с настройками как на скриншоте выше и со всеми регуляторами громкости кроме регулятора ресивера установленными на максимум. А теперь при этом же уровне громкости ресивера включите в плеере цифровую тишину, открыв в плеере File->Add location и введя "silence://60". Находясь в полной тишине, в точке прослушивания, слышите ли вы шум из колонок? Выкрутите регулятор ресивера на максимум — вы его точно услышите. Но слышите ли вы его на том самом уровне громкости, который только что определили как максимальный комфортный для прослушивания? Если нет, то можете не беспокоиться, шумы остались за порогом слышимости и сужения динамического диапазона вы не заметите. Если же вы слышите шум, то динамического диапазона вашей системы не хватает для беcкомпромиссного следования рекомендациям R128. В таком случае можно использовать более высокую целевую громкость, исключая клиппинг либо ограничителем (типа Advanced Limiter DSP), получая в таком случае компрессию динамического диапазона, либо работая с RG в режиме Apply Gain and prevent clipping according to peak, жертвуя точностью работы тонкомпенсации. Ну или же можете просто оставить как есть и слушать с шумами (возможно, их уровень не так уж высок) — выбирайте, что из трех зол для вас меньшее.

Примечание: некоторые ресиверы ведут себя непредсказуемо при подаче на них цифровой тишины. Чтобы избежать такого поведения используйте foo_dsp_noise (Add noise/DC bias DSP), добавляя цифровой шум в 24-й бит.

В моём случае я вычислил, что громкость выше 75 LU мне не понадобится, и при этом уровне регулятора я не слышу шумов даже подойдя вплотную к динамику. Таким образом соотношения сигнал/шум ресивера в 98 дБ для моих нужд хватило вполне.

Итог, главное правило

Ну а мы подходим к развязке нашего уравнения с 7 неизвестными. Пункты 1 и 2 мы разрешили с помощью ReplayGain (анализирует и приводит к заданному значению уровень цифрового сигнала с учетом спектра), пункт 4 ликвидировали благодаря цифровому интерфейсу HDMI, пункты 5—7 просчитали благодаря калибровке системой Audyssey — остаётся только 3-й. А здесь работает главное правило: не пользуйтесь "улучшайзерами" и регулируйте громкость только на ресивере. Ни в плеере, ни регулятором ОС — иначе вся калибровка окажется бесполезной.

Другие варианты калибровки

Отдельно хочу сказать о тех, у кого сигнал выводится на ресивер по аналогу, или в ресивере нет встроенной системы калибровки.

В первом случае можно сопоставить уровни громкости при проигрывании по цифре (например, тестовый файл с флешки) и того же сигнала по аналогу. Если под цифровой сигнал система у вас откалибрована, вам нужно лишь отрегулировать уровень аналогового выхода — обычно через него играет громче — подкорректировав его регулятором громкости в плеере или целевой громкостью RG, или в крайнем случае регулятором ОС, таким образом чтобы громкость была ровно такой же как при проигрывании по цифре. Для сравнивания громкости можно использовать практически любой шумомер (например, приложение Андроид), качество микрофона и его калибровка в данном случае роли практически не играет.

Во втором же случае всё сложнее, и тут не обойтись без точного измерительного оборудования. А это уже тема для отдельной статьи.

На этом у меня всё. Спасибо за внимание и приятного прослушивания.

 
   
Категория: Теория | Автор: | Добавил: Audiophile
Просмотров: 401| Рейтинг: 5.0/5, голосов: 1
Комментариев: 2
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ]
0   Спам
[1] Rollinnn (08 Августа 2020 00:12)
Rollinnn
Цитата
А теперь при этом же уровне громкости ресивера включите в плеере цифровую тишину, открыв в плеере File->Add location и введя "silence://60". Находясь в полной тишине, в точке прослушивания, слышите ли вы шум из колонок?
Некоторые умные ЦАПы при подаче на них цифровой тишины полностью отключают выход.
0  
[2] Audiophile (08 Августа 2020 09:01)
Audiophile
Спасибо, что напомнили. Забыл добавить этот момент. Я приметил эту фичу и добавлял цифровой шум в последний бит.