Одним из неприятнейших побочных эффектов при цифровой обработке является алиасинг (aliasing), в результате которого в обработанном сигнале появляются дополнительные гармоники. В отличии от аналоговой обработки, при которой мы получаем только чётные и (или) нечётные гармоники, в цифровых плагинах/девайсах могут добавляться грубые и даже диссонирующие с основным тоном составляющие. Их легко увидеть на анализаторе спектра. Для примера, сравните аналоговый дисторшн с цифровой эмуляцией (на входе синусоида 1000Hz):


Механизм возникновения алиасинга вы при желании сможете нагуглить самостоятельно, грубо опишу его в двух словах:  сигнал отражается от частоты Найквиста и возвращается в слышимую область.
Оверсэмплинг - один из способов борьбы с алиасингом, когда частота внутри плагина повышается в несколько раз, уводя алиасинг дальше от слышимого диапазона и отфильтровывая его вместе с частотами выше 20кгц, а затем частота понижается обратно, до рабочего сэмплрэйта проекта.

Более высокие рабочие частоты увеличивают и разрешение, что может помочь сделать обработку более детальной. Посудите сами, в стандартной частоте 44100Hz время каждого отсчёта сэмплирования 22.7 микросекунды. Это значит, что каждое “мгновенное” действие при обработке будет происходить с этим временем, но никак не быстрее. Для справки, минимальное время атаки железного компрессора 1176 равно 20 микросекунд. Такие дела.

На RMM форуме несколько раз поднимались темы о пользе оверсэмплинга (апсэмплинга), но судя по регулярности их появления, ответ не очевиден или требует пояснения. Попробуем разобраться вместе.

Компрессия

В очередном таком обсуждении, я не поленился достать свой старый осциллограф и зафиксировать разницу в обработке компрессором TheGlue с оверсэмплингом и без него. Продублирую сюда результаты:

Как видите, есть заметная разница в проработке атак. Если хотите больше в этом покопаться, можете заглянуть в заметки ребят из UA здесь и здесь.

Дисторшн и сатурация

Алиасинг - одна из причин замыливания звука в гитарных процессорах и прочих искажалках/сатураторах. Здесь этот недуг ещё более явный, чем при прочей обработке. И чем сильнее искажения, тем больше артефактов мы получаем, вплоть до диссонирующих фантомных звуков. Если артефакты явные, достаточно взять высокую ноту, чтобы услышать цифровой призвук. Для примера, я использовал один из популярных эмуляторов гитарного усилителя с возможностью отключения оверсэмплинга.

Архив с примерами (rar, 900KB)

Синтез

В качестве подопытного я взял крутейший синтезатор Cakewalk z3ta+, который имеет опцию x2 оверсэмплинга. Но этого мне показалось мало, поэтому, кроме оверсэмплинга, я использовал апсэмплинг - повышение частоты проекта. То есть, часть сэмплов экспортировалась в те же 44100Hz, но проект, в котором происходил синтез, был в 176400Hz.

Архив с примерами (rar, ~7Mb)

Обратите внимание, как ватный звук становится более детальным при двукратном оверсэмплинге и, тем более, четырёхкратном увеличении частоты. А вот на частоте 176400, действие оверсэмплинга едва заметно, вероятно здесь уже достигнут какой-то предел качества синтеза.

Оверсэмплинг - панацея?

Мои примеры достаточно показательны, но в реальности не всё так плохо. Даже без оверсэмплинга, некоторые плагины имеют низкий уровень алиасинга или не имеют его вовсе, как, например,компрессор MDynamics от Melda Production. Некоторые плагины имеют  неотключаемый оверсэмплинг, например, ReelBus (x4), с ним тоже можно спать спокойно. Если вы хотите узнать какой уровень алиасинга у любимых плагинов, можете посмотреть его самостоятельно с помощью утилиты VSTPluginAnalyser или поискать данные в соответствующей теме на gearslutz. Кстати, оверсэмплинг есть и в АЦП звуковых карт. Точно знаю, что у e-mu 0404 pci он x128. Любопытно было бы узнать, сколько у встроенных карт вроде RealTek, но по ним я так и не смог найти данных.

Подводные камни

Плата за увеличение частоты - ресурсы компьютера. Апсэмплинг пропорционально увеличит размер аудио файлов, что даст большую нагрузку на диск. Оверсэмплинг равнодушен к диску, но может сильно нагрузить процессор. Кроме этого, некоторые типы фильтров, задействованные в алгоритме оверсэмплинга, могут давать задержку в несколько сэмплов, что может вызвать фазовые проблемы. Если вы с этим столкнулись, или вы параноик, используйте только апсэмплинг.

Метки: , ,

Эта запись была опубликована 10.07.2013 в 1:29. В рубриках: Статьи, Эксперименты. Вы можете следить за ответами к этой записи через RSS 2.0. Также, вы можете пройти в конец страницы и оставить свой комментарий.

12345 средняя оценка: 4.43

5 комментариев к “Апсэмплинг и оверсэмплинг в работе со звуком”

  1. Alex Пишет:

    Ну тогда Softube Ёмаё какой косячный со своим альясингм, судя по http://www.gearslutz.com/board/5413771-post28.html и http://www.gearslutz.com/board/5413779-post29.html

  2. Admin_Max Пишет:

    Alex, это просто картинки страшные :) По факту, алиасинг там не больше уровня -70 - -80 Дб, а это уровень шумов железных компрессоров. Всё нормально.

  3. Дмитрий Пишет:

    Спасибо, интересная статья. Еще один вопрос из разряда баянистых - при последующем даунсемплинге в 44100 выгоднее работать в 88200 или 96000? Знаю, что раньше были проблемы с некратным пересчетом, но где-то на rmm читал, что щас эта проблема не актуальна и все пересчитывается корректно.
    З.Ы. Дисторшн курильщика это пять

  4. Admin_Max Пишет:

    Дмитрий, я сам не знаю толком. На RMM пару раз проскакивала информация, что кратный пересчёт проще и вроде даже качественней. Но это оценить на слух маловероятно - даже при не очень качественном ресемплинге искажения появляются на уровне -100дб и меньше. Слишком мало, чтобы брать в расчёт.

    Кстати, здесь: http://src.infinitewave.ca можно посмотреть насколько качественно ресемплят DAW. Там как раз некратный пересчёт из 96 в 44.1

  5. SXcowBOY Пишет:

    Выходит лучше использовать 96000 в cubase 5 ведь судя по картинкам ресемплит он без сильных искажений. Но тогда возникает вопрос, ведь практически все библиотеки 44100 и есть ли смысл использовать 96000?

Написать комментарий