Tesztoldal kvantálási zaj és felbontás teszteléséhez



Nagyfelbontású formátumokkal és a CD-formátummal kapcsolatos kutatások, viták elengedhetetlen része lenne az alacsonyabb bitmélységek és mintavételezési frekvenciák (azaz a 'lo-res' formátumok) tanulmányozása. Vizsgálatainkat az alacsonyabb felbontás és mintavételezési frekvencia felé kiterjesztve jobban megérthetjük a hangminőség és a releváns paraméterek közötti kapcsolatot.

2021.12.21.

A felbontás (bitmélység) és vele együtt a kvantálási zaj vizsgálata nem igényel bonyolult és fárasztó összehasonlító teszteket (pl. ABX teszteket) és összességében csak néhány percet vesz igénybe. Maga a kvantálás és a bitmélység csökkentése ún. kvantálási zajt ad az eredeti jelhez. Megfelelő konverziós módszerekkel elérhető, hogy a kvantálási zaj ugyanúgy viselkedjen, mint az analóg rendszerek zajszintjét meghatározó (termikus vagy mechanikus eredetű) alapzaj. Nagyobb felbontás csak alacsonyabb zajszintet biztosít, semmilyen más hatása nincsen. Ezért a teendő nem más, mint nagy hangerő mellett, csendes környezetben meghallgatni a kvantálási zajt. Ha X biten nem halljuk a kvantálási zajt, akkor zene mellett sem fogjuk hallani, és a bitek növelése felesleges mutatvány. Ez minden. A kvantálás (optimális kvantálás), bitmélység tesztelése zenei mintákkal értelmetlen (kivéve, ha azt szeretnénk tesztelni, hogyan fedi el a hangszerek hangja a kvantálási zajt 8, 10 vagy 12 bites felbontásnál).

A teszthez jó minőségű fejhallgató (Harman célgörbéhez közeli átvitellel rendelkező fejhallgató) vagy egy tisztességes hangsugárzó ajánlott. Laptopok, okostelefonok beépített hangszórói nem alkalmasak ilyen jellegű tesztekre.

Kvantálási Zaj Teszt

Dither:

Bitmélység:

2022-11-20: fájltámogatás ellenőrzés kijavítva (Google Chrome-ot érintette)

Mit fogunk hallani? Nézzük meg először azt az esetet, amikor a dither egyszerű fehér zaj (zaj spektruma egy vízszintes vonal). 12 bites felbontásnál a kvantálási zajt mindenképpen hallanunk kell. 14 bitnél a kvantálási zaj már alig hallható. 16 bitnél a kvantálási zaj csak extrém hangerő mellett hallható, normál hangosításnál nem valószínű, hogy hallani fogjuk. Zajalakítás nagyjából 18 decibellel csökkenti a kvantálási zaj hangosságát, ami azt jelenti, hogy a hangerőt 18 decibellel kell magasabbra állítani, hogy hasonlónak érzékeljük a kvantálási zajt. 18 decibel 3 bitnek felel meg, tehát a 12 bites minta alakított ditherrel 15 bitesnek felel meg.


SNR (jel-zaj viszony) tesztelése

A fenti teszt nemcsak felbontás, hanem jel-zaj viszony (SNR) tesztelésére is használható. 44.1 kHz-es mintavételezési frekvenciánál, amennyiben TPDF dither alkalmazunk, érvényes az alábbi összefüggés: SNR (dBA) = n * bitek_száma. (TPDF dither = fehér zaj egyik változata)

Fájl/rendszerSNR (dB)SNR (dBA)
12bit/44.1 kHz69.272
14bit/44.1 kHz81.284
16bit/44.1 kHz93.396

14 bit-es, 44.1 kHz-es WAV/FLAC fájl 84 dBA jel-zaj viszonnyal rendelkezik. 84 dBA, ha nem is tökéletes, egy nagyon jó értéknek tekinthető, 96 dBA pedig tökéletesnek számít. (Erősítőknél, DAC-oknál az SNR/dBA érték szerepel, ezért ez a változat érdekes...)


Mire elég 12 bit?

(2022.12.22.)

"Túlkompresszált" pop és rockzene terjesztéséhez akár 8 bites felbontás is elegendő lenne. Talán érdekesebb, hogy jazz, blues vagy akusztikus zenék döntő hányadánál 12 bit-es zajszint sem hallható (pontosabban a felvételek elején és végén alig hallható). A teszteléshez nincs szükség konverzióra, hiszen elég meghallgatni pár analóg eredetű felvételt, ugyanis az analóg felvételek zajszintje 12...13 bites digitális rendszer zajszintjével egyezik meg. Ezt a halk zajt nem halljuk, mert a zene elfedi.

Néhány híres felvétel kalkulált bitmélysége.

DalÉvVerziódBrebitmélység
The Dave Brubeck Quartet - Take Five1959200926.311.6
The Dave Brubeck Quartet - Take Five1959201135.810
Led Zeppelin - Stairway To Heaven11971201427.911.4
Dire Straits - Water of Love1978199524.711.9
The Blues Brothers - She Caught The Katy1980199521.212.5
The Blues Brothers - Sweet Home Chicago1980199527.211.5
Hans Zimmer - Gladiator Soundtrack22000200013.713.7
16bit/44.1kHz TPDF dither (referencia)--016

1 1990-es változat rövidebb, végén egy kis lekeveréssel
2 digitális felvétel

Bitmélység számítása: a zajszintet összehasonlítottam egy 16 bit / 44,1 kHz digitális rendszer zajszintjével (TPDF dither, zajalakítás nélkül). dBre jelenti a különbséget, a decibel értéket átkonvertáltam bitekre és kivontam 16-ból.

Horváth Csaba


Facebook    Google



Főoldal