Почему звуковой тракт портит звук, даже когда улучшает его.

[shurik_pronkin]

С самого начала электрической звукозаписи главной проблемой было не качество звука, а его перемещение оттуда, где он возник, туда, где его хотят услышать, причём не просто переместить в пространстве, но и закрепить в совершенно иной форме: в виде радиоволны, канавки на пластинке, намагниченного участка ленты, последовательности нулей и единиц на CD, и каждая такая трансформация из воздушной волны давления в электрический ток, из тока в канавку, из канавки обратно в ток — это не прямое копирование, а своего рода пересказ, при котором что-то неизбежно упрощается, что-то теряется, что-то добавляется от электронного рассказчика.

И тут с самого начала стоял выбор: либо фиксировать, чтобы перемещать, сигнал целиком — без дискретизации (нарезки), без фильтрации - но тогда это дорого, энергозатратно или просто невозможно, либо сделать возможным и оптимизировать, сэкономив на энергопотреблении, размерах носителей информации и себестоимости. Инженеры, естественно, выбрали второе, потому что массовое производство — не мастерская аудиофила, а штамповочная машина и конвейер, поэтому и задача формулировалась и до сих пор формулируется не «сохранить музыку», а «уложиться в бюджет, габариты и энергопотребление».

Оптимизация идет двумя путями:

Первый — дискретизация временнАя (нарезка сигнала во времени). Аналоговую непрерывную звуковую волну режут на дискретные кусочки: АЦП замеряет амплитуду 44 100 раз в секунду для CD или 96 000 раз для студийной записи, и каждый замер — это числовой слепок одного мгновения, между замерами — пустота, которую потом заполнит интерполяция. ШИМ в усилителе класса D делает то же самое, только вместо числовых отсчётов — импульсы переменной ширины. Дельта-сигма модулятор — то же, но однобитно, на частоте 2,8 МГц и выше. MP3 — то же, но с дополнительным выбрасыванием кусков, которые психоакустическая модель сочла неслышимыми. Принцип один — реализации разные, но отличие в том, что PCM сохраняет все куски, а MP3 часть выбрасывает по дороге; дельта-сигма перекладывает ошибку нарезки в ультразвук через петлю обратной связи, а ШИМ этого не делает. На выходе дискретные куски склеивают обратно — ЦАП, декодер, фильтр — и получают нечто похожее на исходное, но со швами на местах склейки.

Второй — дискретизация по критерию (фильтрация сигнала по некому заданному критерию). Тут некий условный контролёр сравнивает то, что есть, с тем, что, как он считает, «должно быть», и вычитает разницу: обратная связь в усилителе сравнивает выходной сигнал с входным и вычитает всё, что отличается, — для неё это «ошибка», а среди этих «ошибок» может оказаться вторая гармоника, которая в однотактном ламповом каскаде давала звуку тело и теплоту; стабилизатор напряжения сравнивает выходное напряжение с опорным и вычитает пульсации — но при этом добавляет собственный шум: фликкер-шум источника опорного напряжения и шум усилителя ошибки, причём прямо в звуковом диапазоне частот, так что вычел одн, но добавил другое; дифференциальный каскад на входе ОУ типа OPA637 вычитает всё синфазное — наводки, фон, шум земли — но заодно, из-за симметрии двухтактной схемы, подавляет и чётные гармоники полезного сигнала; noise shaping в дельта-сигма модуляторе перекладывает шум квантования из звуковой полосы в ультразвук, а потом фильтр этот ультразвук отрезает вместе со всем, что там было.

Заметьте, у каждого из этих контролёров свой критерий «правильности»: линейность, постоянство напряжения, подавление синфазного, чистота в слышимом диапазоне. Ни один из этих критериев не учитывает «музыкальность», но все влияют на неё, вычитая то, что по их мерке является ошибкой, но что для уха было дыханьем.

Для лучшего понимания, представьте огромный камень весом в тонну с прожилками, вкраплениями, неровностями, трещинками, которые делают его именно этим уникальным камнем. И этот камень нужно как-то переместить в новое место. Можно конечно пригнать кран и платформу, но это дорого и громоздко. А можно нарезать его на тысячу кусков по килограмму, поставить бесплатных стройотрядовцев в цепочку — и они за час переместят на новое место однотонный камень: это бытовая аналогия дискретизации. Но представьте, что стройотрядовцы ещё и определяют, какие куски переслать по цепочке, а какие нет: «правильные» ровные, гладкие, симметричные передают, а «дефектные» с прожилками и неровностями выбрасывают: это аналогия фильтрации по критерию. На новом месте из «правильных» кусков, которые прошли фильтрацию, получается не исходный камень с его уникальной фактурой, а некий новый идеальный сферический камень в вакууме.

Однако не во всех случаях дискретизация - зло. Есть задачи, которые без "нарезки" физически нерешаемы: передача звуковых частот 20 Гц — 20 кГц на расстояние требуют антенны длиной в километры и соответственно мегаваттные усилители, поэтому для радиопередачи без модуляции никак; аналоговый сигнал невозможно записать на цифровой носитель без дискретизации и квантования — лазеру нечего читать; операционный усилитель без обратной связи вообще не работает — усиление на открытом контуре 100 000 и выше, малейший сдвиг входа, и выход улетает в насыщение. Это как пытаться протащить целиком наш огромный камень через очень узкий тоннель - он просто упрется в вход тоннеля, поэтому нарезка на дискретные куски здесь единственный вариант.

Но есть и переусердствование, когда дискретизируют по критерию (перефильтровывают) либо по привычке, либо из-за банального невежества - когда наш условный тоннель давно расширили или его вообще нет: многокаскадный стабилизатор в фонокорректоре с током потребления 10 мА, в котором конденсатор фильтра на 100 мкФ и без того даёт пульсации меньше милливольта (когда-то германиевые транзисторы выходили из строя от перепадов, и стабилизатор ставили для их защиты, но германий давно заменили кремнием, тот же OPA134 терпит от ±2,5 до ±18 вольт, а стабилизатор остался по привычке и до сих пор добавляет свой шум в звуковой диапазон); DSD как отдельный «формат» (Sony и Philips в 1999 году просто перехватили сигнал с выхода дельта-сигма модулятора, который и так стоит внутри каждого ЦАП, записали на диск и продали как революцию); класс AB в предварительном усилителе (ток сигнала измеряется микроамперами и экономить буквально не на чем, а кроссоверные искажения на переключении плеч уже есть); ООС в ламповом корректоре на триоде (триод в режиме А без обратной связи даёт 2-3% THD с доминированием второй гармоники, что более чем приемлемо, а ООС сместит баланс в сторону нечётных, «жёстких») - все то как нарезать наш камень на тысячу кусков, чтобы тут же на месте собрать "новый".

А теперь посмотрите, что происходит в реальном тракте, когда временнАя дискретизация и дискретизация по критерию (фильтрация) работают одновременно. Возьмём типовой путь сигнала: игла звукоснимателя считывает непрерывную модуляцию канавки — сигнал ещё цел — поступает на предусилитель, допустим, на OPA637 с обратной связью и дифференциальным входом, где ООС вычитает нелинейность, а диффкаскад подавляет синфазное и заодно чётные гармоники — первое расчленение по критерию. Питание предусилителя стабилизировано LDO типа TPS7A39 — второе расчленение по критерию: стабилизатор вычитает пульсации и добавляет свой шум. Далее сигнал оцифровывается АЦП — расчленение во времени: непрерывная волна нарезается на 96 000 отсчётов в секунду, внутри АЦП дельта-сигма модулятор, noise shaping перекладывает шум в ультразвук, дециматор обрезает — ещё одно расчленение по критерию. Цифровой поток записывается на диск. При воспроизведении — ЦАП, интерполяция, аналоговый фильтр — обратная склейка, и на выход идёт усилитель мощности класса AB — ещё одна дискретизация по критерию: кроссоверные искажения на переключении полуволн, ООС, которая давит всё подряд.

Сколько раз сигнал нарезали и склеивали, сколько раз отсортировали и выбросили «дефектные» куски — и на каждом шаге вопрос: а этот конкретный акт дискретизации был действительно необходим, или его сделали просто по привычке?

А вот другой путь — та же игла считывает ту же канавку, сигнал поступает на ламповый триод в режиме А без обратной связи, без дифференциального каскада, один каскад усиления; питание нестабилизированное — трансформатор, кенотрон, конденсатор, дроссель, конденсатор; далее пассивная коррекция RIAA, второй ламповый каскад, и на выход — к усилителю мощности, тоже ламповому, тоже однотактному, тоже класса А. Два каскада, не нарезался во времени, не фильтровался по критерию, блок питания, правда, размером со сварочный аппарат, розетка греется, и всё это ради 8 ватт на выходе — но сигнал дошёл со всеми своими "прожилками".

Собственно, вся серия постов, которые я написал на нашем форуме — про стабилизаторы, классы усиления, модуляцию, дельта-сигму, DSD, механическую запись, магнитный гистерезис, битность, частоту дискретизации и прочее — это, если честно, разбор одного и того же вопроса с разных сторон: где именно сигнал подвергли дискретизации, зачем, и можно ли было этого не делать. Каждый пост берёт конкретный элемент тракта и прослеживает его историю: откуда появился, какую задачу решал, какой ценой, и нужен ли он сейчас. Потому что эволюция звукового тракта — это не история прогресса, это история компромисса, где каждый шаг от лампы к кремнию, от аналога к цифре, от класса А к классу D экономил энергию, но терял музыку — и до сих пор теряет — не потому, что инженеры глупые, а потому, что в техническом задании массовой музыки нет пункта про музыкальность.

[Дмитрий]

Гениально точно описана механика компромиссов. Почти каждый элемент тракта - это нарезка + фильтрация по критерию.

Всё, что написал Юрий отличный и очень глубокий разбор.
Можно поменять "теряем музыку"... и заменить на "меняем один характер сигнала на другой в обмен на практические плюсы" ... и картина станет идеально точной... в этом интернете.))

[vcv10]

shurik_pronkin,

Спасибо!!!

[ДенисПоПов27]

Ээээммм... Что же тогда получается???
Аудио-компакт-диски не музыкальны??? Пластинки тоже? Ведь при производстве винила специально вырезают "группы частот", чтобы и саму матрицу создать, и чтобы сами пластинки нормально проигрывались... Там ведь свои нюансы записи-нарезки-воспроизведения!
Аудио-кассеты... тоже не музыкальны???
Ведь в них тоже производство... От производства самой плёнки, корпуса и т.д, до производства всевозможной записывающей-воспроизводящей техники... До производства техники студийной и техники "домашней"...
мп3... Это вообще технологический формат... Формат сжатия аудио данных для ави-формата видео... Для того, чтоб в те годы 1 фильм вместился на 1-2 компакт-диска! До сих пор не понимаю его популярности!!! И распространения!
Компакт-диски... Да. разбиение 1й секунды аудио-звука на 44100 частей при 16 бит данных.
Качество этих аудио зависит от того, как студии постарались настроить сам звук для "нарезки" на диски...
А уж потом... У кого какая есть аппаратура для их проигрывания! Как электрические компоненты справляются с соединением вот этих 44100 герц в непрерывный аудио-сигнал с передачей по проводам на сами динамики-громкоговорители...
А уж форматы выше - до 192000 - тут тоже такая же песня! Как тот или иной "плеер" или ещё какая аппаратура справляются с этим самым обратным "превращением" цифры в звук..
Тут же например, один и тот же компакт диск, не важно, студийный тот диск или "изготовлен в домашних условиях" - на разной аппаратуре поёт по разному!
Флак формат и иже с ним форматы - не музыкальны???
Когда то были скачаны оцифровки с пластинок Наутилус Помпилиус, авторизованная коллекция... И от этой звукозаписи до сих пор муражки по коже от качества!!! А Калинов Мост - "Оружие" пересобрали с аналогового мультитрека и нарезали на винил и тот винил был оцифрован... Во сколько искажений!!! Только "искажения" эти нормально и очень здорово поют!
И вот вопрос - А реально... Как по-другому, не делая пластинку, не делая оцифровку - получить копию альбома? Идти в студию... И писать на ленту на всю ширину на скорости 38,1 см/сек?
- Таки это будет ещё лучше по качеству! Только это и слишком дорого... И это не для маленькой квартирки...В которую я уже несколько лет размышляю, как купить и поставить аппарат винилокрут? А потом брать к нему всё новые пластинки... Которые ещё и как-то хранить надо в вертикальном положении...
А цифра - ну тут уж как моя техника с ней справляется - так она и поёт... Хи-рез плеер, который от мп3 и огг до ДсД 128 и Флак до 192000 кушает... И всё это на двухкассетный балаллай и на две колонки...
Как оно умеет - так и поёт!
У каждого дома есть некая своя цифровая техника. Дороже-дешевле... Лучше-хуже...
Кому-то и модной цифровой "тупой" колонки хватает... Ибо умной такую технику язык назвать не поворачивается! Поёт громко, басово, да и с высокими тоже в поряде - и норм!
Или же китайский балаллай - с фм-радио и возможностью подключения флешки с мп3 или вав некоторые такие читать могут...
Вон маленький китайский приборчик... всё эта зараза умеет! И мп3 читать... Флешка до 16-ти гб... И Фм цифровой нормально ловит... Потихоньку это чудо техники на работе так сказать "играет", "звучит"... Лишь бы оно работе не мешало!!! Долго его громко слушать не возможно - оно ж со сжатыми форматами работает. . . Что фм - на любой станции там же пережатки звуковые. . . Что на карточке памяти...
Целый уникальный камень с таких его кусочков не склеешь! Звук - он же как бэ есть... Но там же кусочки звука! Вот именно, что психоакустичекские кусочки звука!
Дырку сделаешь - не запломбирУешь!

И лишь у катушечных и бобинных аппаратов... Ну ведь тоже есть свои искажения! Поэтому ...
В тех самых ю-тюбах разные умельцы по-своему реставрируют те или иные аппараты, чтобы гораздо преуменьшить их всевозможные искажения! Или же изготавливают свои схемы и свои настройки усилителей, вот что-бы как-раз таки кассетник или катушечник не был "прям по приборам технологически классно" настроен... А настроен с чуть-отклонениями от технической правильности чтобы по-душе было и по звуку... Можно и на "Союзе", или на "Олимпе" или ещё каком катушечнике настроить 9,5 см/сек скорость на запись и на воспроизведение так, что запись поёт потом по душе! Но писать надо... Или напрямую с аналога, или если с цифры, то не ниже 24-96000, чтобы не слышать ту самую "цифровую дискретность" на плёнке!
Или же некоторые по этой же причине делают ламповые усилки вот в нашем 2026-м году... Как для катушечных - так и для кассетных аппаратов! И пишут... с Лампового катушечника хоть с 38й скорости хоть с 19, хоть с 9 на ламповый же кассетник!
Подходы у людей к звукозаписи-звуковоспроизведению у каждого свои!
И у каждого свои технические возможности у той или иной цифровой или аналоговой технике...
И к каждой технике... К каждому аппарату - надо изучить как он работает, надо провести профилактические и настроечные работы, если таковы необходимы... Чтобы как раз таки это всё было про музыкальность, а не восстановление мяса из сжареных котлет! Как вам такое сравнение?

[ДенисПоПов27]

Сообщение от Дмитрий

Гениально точно описана механика компромиссов. Почти каждый элемент тракта - это нарезка + фильтрация по критерию.

Всё, что написал Юрий отличный и очень глубокий разбор.
Можно поменять "теряем музыку"... и заменить на "меняем один характер сигнала на другой в обмен на практические плюсы" ... и картина станет идеально точной... в этом интернете.))

Так вот как раз же и потеряли музыку мп3-фаршем, который в 2000-х распространился... И до сих пор его фаршируют... И продают на том же Яндексе в виде компакт-дисков... Фарш из 200 песен с 128 или около того битрейтом... На разные темы, жанры... Для мп3-балалаек, с дисков читающих эти колбасные нарезки...
Взять ту же серию... мп3-коллекцию дисков "Хиты с катушек" - магнитоальбомы сфаршированные в мп3... Не восстановишь их в том же аудио-качестве из этих обрезков...
Ну и так далее...
Аудио-компакт-диски...
Казалось бы... в этих 44100 - как раз всё что слышит ухо человека... прям до 22050 герц на каждый канал...
И всё же равно назад в том же качестве оригинальную запись на 38-й скорости не восстановишь...

[Дмитрий]

ДенисПоПов27, Да, отличный разбор и очень точный вопрос!
Ты правильно уловил суть длинного поста: Юрий не говорит "цифра = зло, лампы = святое". Он говорит: каждый шаг дискретизации (и временной, и по критерию) - это компромисс. Где-то он вынужденный (без него физически нельзя), где-то - так сказать по привычке, по ТЗ массового производства или просто потому что так все делают. И вопрос всегда один: а этот конкретный шаг был нужен именно сейчас, в 2026 году, или его можно убрать и сигнал дойдёт с бо́льшим количеством прожилок?

[Дмитрий]

Сообщение от ДенисПоПов27

Аудио-компакт-диски не музыкальны??? Пластинки тоже?

Нет, не значит.Все форматы музыкальны в разной степени - в зависимости от того, сколько ненужных "ножей" по ним прошлось. Винил - самый близкий к целому камню. Сигнал остаётся непрерывным от иглы до динамика (если тракт ламповый без ООС).Но да, при мастеринге его фильтруют по критерию: RIAA-эквалайзер, лимитер, чтобы канавка не переползла и игла не выпрыгнула. Это не временная дискретизация, а именно вычитание по критерию. Поэтому разные мастера на одном и том же материале делают разный звук.

Кассеты - тоже непрерывный аналоговый сигнал, но с магнитным гистерезисом, шумом ленты и обязательным подмагничиванием (bias). Плюс Dolby и прочие "улучшайзеры" - это тоже фильтрация по критерию.

CD компакт диск - здесь уже две дискретизации: временная (нарезка 44,1 раз в секунду) + квантование. Но если мастеринг сделан грамотно и тракт воспроизведения минималистичный - звучит вполне даже музыкально. Многие оцифровки винила 80–90-х именно поэтому до сих пор вызывают мурашки.

MP3 - самый агрессивный "фильтр по критерию": некая психоакустическая модель выбрасывает целые куски спектра. Поэтому на хорошей системе оно всегда проигрывает лосслесс. Его популярность - удобство + эпоха 56k модемов и 650 МБ дисков. Сейчас это уже атавизм.

[Дмитрий]

Музыкальность - не свойство формата, а свойство тракта. Один и тот же CD на китайском балалайке и на ламповом тракте с хорошим ЦАПом - это два разных альбома.

[Дмитрий]

Сообщение от ДенисПоПов27

А реально... Как по-другому, не делая пластинку, не делая оцифровку - получить копию альбома?

Ты сам ответил правильно
Прямой аналоговый путь - запись на широкую ленту 38,1 см/с (или даже 76 см/с) на студийном магнитофоне, потом воспроизведение на таком же.
Это и есть максимум "целого камня". Именно поэтому энтузиасты до сих пор делают:
ламповые катушечники с переделанными схемами (убирают лишние ООС, меняют bias);
ламповые фонокорректоры и усилители без обратной связи...
даже в 2026-м - однотактные триоды по душе, а не по приборам.

Да, это дорого, громоздко, греется. Но это единственный путь, где сигнал почти не режут ни по времени, ни по критерию.

[Дмитрий]

Сравнение с "мясом из сжаренных котлет"

Очень точная аналогия.
Можно сколько угодно реставрировать катушечник или настраивать лампу чуть в сторону от правильности - это как раз и есть попытка вернуть обратно выброшенные прожилки. Кто-то добавляет вторую гармонику, кто-то убирает шум, кто-то просто оставляет старый блок питания без LDO. И у каждого получается свой "вкус".