Nerd-torial: The dithering dilemma — Почему наше ухо иногда побеждает теорию

С возвращением, дорогие аудио-ботаники! В прошлом Nerd-torial мы познакомили Вас с нашим высокоточным процессом записи винила, начиная с 32-битной целочисленной записи с помощью RME ADI-2 Pro FS и заканчивая внутренней 64-битной float-обработкой в Sound Forge Pro 15. Мы узнали, почему такая экстремальная точность вычислений крайне важна для сохранения «ауры» наших пластинок без потерь.

Но в конце каждого процесса мастеринга принимается непростое решение: уменьшить битовую глубину для экспорта. И именно здесь в игру вступает дизеринг — техника, которая на первый взгляд кажется противоречивой, но очень важна для качества звука. И, как мы выяснили на Mother Earth Radio, иногда она работает не так, как предсказывает теория.

Dithering: маленький шум, который делает большие различия

Помните: наши аудиоданные обрабатываются внутри системы с невероятной 64-битной плавающей точкой. Это динамический диапазон, который намного превосходит все, что может уловить человеческое ухо или даже лучшая студийная техника. Если теперь мы уменьшим эти данные до 24 бит (стандарт для Hi-Res FLAC) для экспорта, математически возникнут ошибки квантования. Эти ошибки — не безобидные различия в округлениях; они проявляются в виде немузыкальных, резких искажений, которые могут звучать как цифровое «стрекотание» или «отрывание», особенно в тихих пассажах.

Dithering — это решение: мы добавляем к сигналу крошечный случайный шум. Этот шум настолько мал, что его почти не слышно. Но он обладает волшебным эффектом: он рандомизирует ошибки квантования и преобразует их в гораздо более приятный, аналогово звучащий шум. Результат: более чистый, более детальный и более естественный звук, даже если мы уменьшим битовую глубину.

Дуэль дизеринга: POWR 1 (стандарт) против POWR 3 (формирование шума)

Существуют различные методы дизеринга. На Mother Earth Radio у нас был выбор между POWR 1 (стандартный дизеринг без ярко выраженного шумообразования) и POWR 3 (с шумообразованием).

Обычная теория часто утверждает, что формирование шума (как в POWR 3) является преимуществом. Почему? Оно смещает энергию приглушенного шума из частотного диапазона, где наш слух наиболее чувствителен (средние частоты), в более высокие, менее чувствительные частоты. Общий уровень шума, как правило, становится еще выше — но он концентрируется там, где мы должны воспринимать его меньше всего. В частности, для классической музыки, с ее чрезвычайно тихими пассажами, этот метод часто рекламируется как превосходный для сохранения мельчайших деталей в среднем диапазоне без шума.

Практический шок: Джон Майер и акустическая гитара

Мы услышали нежелательную «резкость» в высоких гитарных регистрах и в лаконичном вокале, когда была применена шумовая коррекция (POWR 3). Оригинал звучал гораздо ближе к мастер-файлу WAV с POWR 1. Теория о том, что шум может быть «спрятан» в высоких частотах, достигла здесь своего предела.

Почему наше ухо иногда побеждает теорию: Фактор Hi-Res

Это наблюдение поднимает важные вопросы и подтверждает наше скептическое отношение к огульным заявлениям в мире аудио:

1. Человеческий слух устроен сложнее: предположение, что выше 20 кГц «ничего не слышно» или что «Вы можете делать с ним все, что захотите», слишком упрощенно. Даже если мы не воспринимаем частоты выше 20 кГц как высоту тона, они могут тонко влиять на тембр, ощущение пространства, точность переходных процессов и общую «естественность» звукового образа. Концентрация шума в этих областях может проявиться в виде неприятной резкости или суровости в воспринимаемом спектре.
2. Формирование шума и hi-res аудио: Многие алгоритмы формирования шума были разработаны и оптимизированы в эпоху, когда 44,1 кГц и 48 кГц были нормой. При наших чрезвычайно высоких частотах дискретизации 192 кГц (и выше при обработке), когда существует гораздо более широкий частотный диапазон за пределами 20 кГц, влияние сдвинутого шума может иметь другое, и, возможно, негативное, воздействие. Похоже, что алгоритмы в этих областях иногда создают артефакты, которые воспринимаются нашим «цельным человеком».

Вывод Радио Матери-Земли

Nerd-torial: The Mother Earth Radio Vinyl Recording Workflow — Почему мы делаем (почти) все правильно

Добро пожаловать, дорогие аудио-ботаники и звуковые эстеты! На Mother Earth Radio мы ценим качество звука, который дышит духом музыки и трогает душу. Но чтобы достичь этого, необходимо нечто большее, чем просто хорошие пластинки и проигрыватель. Нужен сложный технический процесс, который позволит извлечь максимум из каждой виниловой бороздки.

В этом учебнике по ботанике мы погрузимся в наш процесс записи и редактирования винила. Мы объясним, почему мы приняли те или иные решения и почему наш текущий рабочий процесс очень близок к идеальному — даже если мы не можем сделать все «идеально».

Шаг 1: Высшая дисциплина — запись на виниле с помощью RME ADI-2 Pro FS

Мы записываем в 768 кГц и 32-битное целое число. «Минуточку, — могут сейчас возразить некоторые ботаники, — а почему не 32-битная плавающая точка?» Это совершенно правильный вопрос! RME ADI-2 Pro FS осуществляет внутреннее преобразование с помощью 32-битного целого числа. Это означает, что его фиксированный динамический диапазон составляет гигантские 190 дБ. Это намного больше, чем может дать даже самая динамичная запись, а также намного больше того, что могут воспринять наши уши.

Дело в том, что при записи винила, где мы можем контролировать аналоговый уровень через предусилитель, риск цифрового клиппинга практически исключен с ADI-2 Pro FS — при условии, что мы выравниваем уровень. Мы используем чрезвычайно высокое разрешение конвертера, чтобы точно передать каждую деталь винила. Дискуссия о 32-битном плавании при записи часто более актуальна в неконтролируемой живой среде, где могут возникать неожиданные пики уровня. Для нашего тщательно контролируемого винилового процесса 32-битное целое на данный момент является абсолютным максимумом.

Шаг 2: Магия постобработки — Sound Forge Pro 15 и 64 Bit Float

Как только файл загружается в Sound Forge, он преобразуется в 64-битный формат с плавающей точкой для внутренней обработки. И вот тут-то и проявляется вышеупомянутое преимущество плавающей точки!

Что означает 64-битное плавание? Представьте, что Ваши аудиоданные находятся не на фиксированной лестнице (как в Integer), а на лестнице, которая динамически регулирует расстояние между строками. Внутренняя 64-битная обработка плавающих чисел обеспечивает практически бесконечный динамический диапазон. Именно здесь происходит «неклиппинг». Неважно, насколько громким или тихим становится внутренний сигнал, или сколько вычислений выполняется — цифрового клиппинга больше нет.

Это очень важно для наших этапов обработки:

• Удаление смещения по постоянному току: удаление нежелательных компонентов постоянного напряжения в сигнале.
• Декликинг: деликатное удаление треска и хлопка, которые, к сожалению, могут быть частью опыта работы с винилом.
• Передискретизация (несколько раз): Мы выполняем несколько процессов ресемплинга от 768 кГц до 192 кГц. Каждый из этих этапов требует сложного пересчета аудиоданных.
• Питч-шифтинг: Еще одна операция, требующая огромной вычислительной мощности и точности.

Все эти операции происходят в 64-битной плавающей среде. Результат: минимальные ошибки округления, максимальная точность и полное отсутствие цифрового клиппинга во всей цепочке обработки. Целостность аудиосигнала сохраняется максимально.

Шаг 3: Финишная обработка — объем в соответствии с EBU R128 и дизеринг

После того, как все этапы обработки были завершены в высокоточной 64-битной области плавающих значений, настало время для окончательного уточнения и экспорта.

1. Нормализация громкости по EBU R128 (-23 dBFS): Мы приводим общую громкость звука в соответствие со стандартом EBU R128, точнее, в соответствие с -23 LUFS (Loudness Units Full Scale). Этот стандарт очень важен для стабильного воспроизведения на разных платформах и обеспечивает приятные впечатления от прослушивания. Благодаря обработке с плавающей точкой мы можем выполнить эту регулировку точно, без потери информации или обрывов, даже если исходный уровень был значительно выше.
2. POWR Приведение к 24 битам: Последним шагом перед экспортом является дизеринг. Здесь мы уменьшаем внутреннюю 64-битную точность float до нашего целевого формата 24-битного целого числа. Теперь неспециалист может спросить: «А не будет ли все, что Вы делали до этого с float, снова «перду»?». Однозначный ответ: нет, абсолютно нет!Представьте, что Вы создали совершенное произведение искусства в огромной студии (64-битный float). Все цвета, мазки и детали были нанесены с предельной тщательностью и точностью. В конце концов, этот шедевр помещается в идеально подходящую высококачественную рамку (24-бит). Качество предыдущей работы сохраняется и проявляется в конечном результате. Dithering — это математический процесс, который намеренно добавляет низкий, едва слышимый шум для маскировки ошибок квантования при уменьшении битовой глубины, обеспечивая наилучшее качество в уменьшенном формате. Используемый нами дизеринг POWR (Psychoacoustically Optimised Wordlength Reduction) особенно оптимизирован для человеческого слуха.
3. Кодирование в формат FLAC: Наконец, файл кодируется в формат FLAC (Free Lossless Audio Codec). FLAC — это формат сжатия без потерь. Это означает, что качество звука, которое мы тщательно разрабатывали до этого момента, полностью сохраняется, а размер файла уменьшается.

Почему этот рабочий процесс является «окончательным» (или, по крайней мере, чертовски близким к нему)?

Рабочий процесс Mother Earth Radio — это сочетание высококачественного оборудования и интеллектуальной программной обработки.

• Запись с высоким разрешением: RME ADI-2 Pro FS обеспечивает чрезвычайно точное цифровое изображение винилового источника.
• Безошибочная внутренняя обработка: 64-битный движок Sound Forge Pro 15 с плавающей запятой практически исключает все риски цифрового клиппинга и обеспечивает максимальную точность на всех этапах обработки. Это решающее преимущество, которое выходит за рамки чистой битовой глубины исходного файла.
• Сохранение качества: Тщательная практика дизеринга гарантирует, что высокое качество внутренней обработки будет оптимально перенесено в конечный 24-битный формат.
• Распространение без потерь: FLAC гарантирует, что слушатель получит именно то качество, которое мы создали в студии.

Хотя мы не записываем напрямую в 32-битной системе с плавающей запятой (в этом нет необходимости в нашей системе оцифровки винила), мы используем преимущества арифметики с плавающей запятой там, где это важнее всего: во всей цепочке обработки. Это делает наш процесс одним из самых передовых и ориентированных на качество рабочих процессов для архивирования и распространения записей.

Мы надеемся, что этот учебник по ботанике дал Вам более глубокое представление о том, как мы работаем. Оставайтесь с нами, чтобы узнать больше о технических аспектах и, конечно же, о прекрасной музыке на Mother Earth Radio!