Перегрузка между отсчетами

Подавляющее большинство максимайзеров - цифровые приборы. Действительно, в аналоге практически невозможно сделать "заглядывание вперед", и поэтому аналоговые пиковые лимитеры обречены либо на мгновенное время атаки (что приводит к изломам амплитудной огибающей), либо на пропуск некоторой перегрузки (клиппирование). Цифровые максимайзеры способны "заглядывать вперед" и заранее реагировать на атаку, за миллисекунды до наступления пика.

Цель большинства цифровых максимайзеров - не допустить превышения порога цифровой волной, то есть ограничить значения всех отсчетов сигнала величиной порога. Однако такое цифровое ограничение не обеспечивает отсутствия превышения порога в аналоговой волне, восстановленной по цифровому сигналу. Действительно, аналоговая волна, плавно осциллируя между дискретными отсчетами, может превышать величину цифровых отсчетов на величину до 3 дБ и выше (рис. 7). Как это может сказаться на звуке? Во-первых, может произойти перегрузка ЦАП. Обычно ЦАП используют передискретизацию - цифровое повышение частоты дискретизации сигнала. В этом случае восстановленные цифровые значения волны между отсчетами исходной цифровой волны могут переполнить разрядную сетку ЦАП (что часто и происходит). Таким образом, клиппирование "аналоговой" волны привело к искажениям звука еще до того, как сигнал стал аналоговым. Но даже если ЦАП правильно восстановил волну выше уровня 0 дБ FS, то остальные компоненты аудиоцепи (например, операционные усилители) могут оказаться не столь устойчивыми к перегрузкам.

Рис. 7. Аналоговые и цифровые пиковые уровни могут не совпадать

Оказывается, возможно осуществить лимитирование в цифровом формате так, чтобы в восстановленной аналоговой волне также не содержалось превышений порога. Для этого достаточно с помощью передискретизации алгоритмически восстановить аналоговую волну и провести детектирование пиков не по цифровым отсчетам, а по аналоговой волне. Дальнейшее лимитирование цифровой волны осуществляется как обычно, но с использованием новой, "аналоговой" информации о пиках сигнала.

Традиционное средство для борьбы с проблемой аналогового клиппирования - это занижение параметра ceiling (коэффициента усиления после лимитирования) на доли децибела. Как видно из наших рассуждений, такая мера совершенно недостаточна. Для реального аудио аналоговое превышение порога часто составляет 1...1.5 дБ, а не доли децибела.

Вот простой тест, позволяющий определить работоспособность функции устранения аналогового клиппирования у максимайзера. Сгенерируем в цифровом файле синусоиду с частотой равной четверти частоты дискретизации и начальной фазой 45° (рис. 7). Для такой синусоиды аналоговая волна превышает значения цифровых отсчетов на 3 дБ. Пропустим эту синусоиду через максимайзер. Установим порог как можно ниже. Если максимайзер не позволяет разогнать уровень цифровых отсчетов сколько-нибудь заметно выше, чем -3 дБ, то он правильно определяет пики аналоговой волны. Если же он привычно разогнал цифровые отсчеты до 0 дБ, то детектирование пиков в нем осуществляется по цифровой волне.