Что такое intel high definition audio
Практическое тестирование Intel High Definition Audio на примере кодека Realtek ALC880
История возникновения спецификации High Definition Audio такова. С забвением DOS и приходом Windows закончилась эпоха разношерстных архитектур и прямого программирования звуковых карт. ОС Windows привела к появлению единых стандартов и единых API. В данном случае API (Application Programming Interface) — это единый стандартный интерфейс, служащий для высокоуровневого обращения к похожим функциям различных устройств, вместо низкоуровневого программирования под каждое устройство. В применении к звуку ОС Windows 3.11 содержала MME (Multi Media Extensions) в составе Windows API, с несколькими простейшими функциями по инициализации устройства, задания параметров работы, воспроизведения и записи звука. В 1996 году компания Microsoft выпустила довольно мощный DirectSound API с поддержкой многоканального звука, софтовой эмуляцией и возможностью аппаратного ускорения аудио функций, так что все звуковые карты начали обзаводиться DirectSound драйверами.
В 1997 году компания Intel представила стандартную спецификацию на массовые дешёвые аудио-кодеки, под названием AC‘97 (Audio Codec ’97). Главным достижением внедрения этой спецификации можно считать улучшение качества звучания массовых звуковых карт за счёт полного разделения аналоговой и цифровой частей, и повышение максимально воспроизводимой частоты дискретизации до 48 кГц, для совместимости с форматом звука DVD-Video. Стандарт просуществовал достаточно долго, дожил до версии 2.3 и в настоящее время морально устарел.
AC’97 кодеки в качественных современных звуковых платах не применяются (вместо этого с успехом используются I2S-кодеки для бытовой и профессиональной аудио аппаратуры), и полностью сместились в low-end сектор, превратившись в убогий и глючный отключаемый «интегрированный AC’97-звук». Ввиду своей дешевизны посредственная реализация интегрированного звука дискредитировала само название стандарта, который имеет к этому мало отношения. Скажем, в воплощении Analog Devices и Intel (SoundMAX Cadenza на примере интегрированного AC’97-звука материнской платы Intel D845PEBT2, Интегрированный AC’97-звук на материнской плате Intel D815EFV) или NVIDIA (Практическое исследование мультимедийных и коммуникационных возможностей чипсета NVIDIA nForce) интегрированный AC’97 звук показывал вполне приемлемое качество и даже демонстрировал некоторые оригинальные фичи.
High Definition Audio (HD Audio) является преемником и эволюционным продолжением спецификации AC‘97. Новые кодеки имеют тот же форм-фактор и совместимы с HD Audio контроллерами снизу вверх. Вероятно, следуя принципу «пользователь покупает мегагерцы», в Intel выбрали название по основному отличительному признаку — поддержке звуковых форматов высокого разрешения, что совпадает с дословным переводом названия стандарта). Однако, несмотря на название, стандарт имеет и некоторые отличия. Основные из них приведены в таблице:
| AC ’97 | High Definition Audio | Преимущество HD Audio |
| 16 бит 48 кГц максимум* | 32 бит 192 кГц максимум | Полноценная поддержка новых форматов, таких как DVD-Audio |
| 5.1 | 5.1/7.1 | Полноценная поддержка новых форматов, таких как Dolby Digital Surround EX, DTS ES |
| Полоса пропускания 11.5 Мб/с | 48 Мб/с выход, 24 Мб/с вход | Выше полоса пропускания позволяет использовать большее число каналов в более детальных форматах |
| Фиксированная полоса пропускания | Задаваемая полоса пропускания | Используются только необходимые ресурсы |
| Определённый канал DMA | DMA каналы общего назначения | Поддержка многопоточности и нескольких подобных устройств |
| Одно звуковое устройство в системе | Несколько логических звуковых устройств | Поддержка концепции Digital Home / Digital Office, вывод разных звуков на разные выводы для мультирумных возможностей и отдельного голосового чата во время онлайн-игр |
| Опорная частота задаётся извне, основным кодеком | Опорная частота берётся от чипсета (I/O Controller Hub, ICH) | Единый высококачественный задающий генератор для синхронизации |
| Стабильность работы зависит от стороннего ПО третьих фирм | Универсальная архитектура звукового драйвера от Microsoft | Единый драйвер для большей стабильности OS и базовой функциональности, не требуется специальная установка драйверов |
| Ограниченный device sensing / jack retasking | Полный device sensing / jack retasking | Полная поддержка audio Plug and Play |
| Стреомикрофон или 2 микрофона | Поддержка массива из 16 микрофонов, максимум | Более точные ввод и распознавание речи |
* в последних версиях стандарта теоретически 20 бит 96 кГц, однако где в реальности найти запись в таком формате — остаётся загадкой
Остановимся подробнее на поддержке Microsoft Universal Audio Architecture (UAA), которая ранее планировалась к внедрению лишь в следующем поколении Windows (Longhorh). Совместимость с UAA подразумевает автоматическую установку в звуковом устройстве единого универсального драйвера от Microsoft, находящегося в операционной системе, корректно поддерживающего все базовые функции устройства и обеспечивающего воспроизведение звука без заиканий. При этом энтузиасты, конечно, могут сами установить очередной бэта-драйвер от производителя кодека с поддержкой более широкой функциональности (например, красивую панель с логотипом производителя или поддержку DS3D и EAX посредством программных алгоритмов Sensaura).
На презентации прошедшего IDF мелькали цифры требований по качеству и к аппаратной части, для получения Dolby Logo:
| Low-tier PC | Mid-tier PC | Top-tier PC | |
| Signal-to-Noise relative to –20 dBFS A-weighting | 55 dB | 65 dB | 75 dB |
| Headroom relative to –20 dBFS | 20 dB | 20 dB | 20 dB |
| FR Passband Ripple | 20 Hz to 20 kHz +0.5 / –3 dB | 20 Hz to 20 kHz +0.5 / –1 dB | 20 Hz to 20 kHz ±0.5 dB |
| THD+N | ≤–60 dBFS | ≤–60 dBFS | ≤–65 dBFS |
| FS Output Voltage without clipping | 1V rms rms | 1V rms rms | 2V rms rms |
Внешний вид и разъёмы
В реальном тестировании у нас находилась материнская плата производства Intel с интегрированным звуком High Definition Audio на базе кодека Avance Logic (Realtek) ALC880.
| Входы | Микрофонный Линейный |
| Выходы | Фронтальный Боковой Тыловой Центр/саб Цифровой электрический Цифровой оптический |
| Внутренние разъемы | колодка для вывода двух разъемов на лицевую часть корпуса |
Аппаратные особенности
| Преобразователи | Realtek ALC880 8-канальный ЦАП 24 бит 192 кГц (SNR >100 дБA) три стерео АЦП 20 бит 96 кГц (SNR >85 дБA) |
High Definition Audio кодек ALC880 поддерживает UAA (Universal Audio Architecture), имеет 4 стерео 24 бит ЦАП (SNR >100 дБA), три стерео 20 бит АЦП (SNR >85 дБA) предназначен для высококачественных мультимедиа-компьютеров. ЦАПы имеют интегрированную защиту контента от Realtek для поддержки DVD-Audio. Три стерео микрофонных входа поддерживают микрофонный массив с технологиями Acoustic Echo Cancellation (AEC), Beam Forming (BF) и Noise Suppression (NS). Входы и выходы поддерживают авто-распознавание благодаря impedance sensing и jack detect. Усилители на наушники интегрированы в каждом аналоговом выходе. Все аналоговые входы/выходы переназначаемы или автоматически подстраиваются в зависимости от подключенного устройства (Universal Audio Jack). ALC880 поддерживает 32 бит 96 кГц S/PDIF вход и выход. ALC880 поддерживает host/soft контроллер чипсета Intel ICH6, а также любой HDA совместимый контроллер. Драйверами поддерживается EAX/Direct Sound 3D/I3DL2/A3D для поддержки в играх. Интересно, что опционально заявлено кодирование в Dolby® AC-3 для вывода цифрового звука на акустику с декодером или бытовой ресивер.
Панель управления
Контрольная панель выполнена в виде одного окна достаточно больших размеров с несколькими вкладками. Дизайн панели выполнен в каком-то игрушечном стиле — большие кнопки с несуразными изображениями.
На первой вкладочке «Sound Effect» вы найдете 10-полосный эквалайзер с возможностью выбора готовых пресетов или создания своих, а также режимы эффектов, включая режим караоке.
На следующей вкладке «Speaker Configuration» расположено меню выбора конфигурации колонок с возможностью подачи тестового сигнала в существующие каналы выбранного режима.
При подключении штекера в разъем по умолчанию автоматически появляется панель «Audio Wizard». Автоматическую детекцию можно отключить, а также самостоятельно вызвать соответствующей кнопкой в верхней части основного окна.
В появившемся окошке можно указать какое устройство вы подключаете.
На вкладке «3D Audio Demo» вам предоставляется возможность оценить качество позиционирования тестовых источников в пространстве.
В настройках цифрового интерфейса — на вкладке «SPDIF» доступен выбор частоты семплирования и кнопка выключения.
На момент тестирования использовался самый свежий драйвер версии 5.10.0.5027.
Тестирование в RMAA
Измерения проводились с помощью звуковой карты Terratec 6fire LT и Audiotrak ProDigy 7.1 коротким качественным проводом с позолоченными разъёмами.
HD Audio Realtek ALC880
Фронтальный выход, режим работы: 16 бит 44 кГц
Общая оценка: Очень хорошо (подробнее)
Цифровой выход, режим работы: 16 бит 44 кГц
Общая оценка: Отлично (подробнее)
HD Audio C-Media CMI9880
Взято из тестов материнской платы ECS PF4 Extreme (Intel 915P).
Фронтальный выход, режим работы: 16 бит 44 кГц
Общая оценка: Очень хорошо (подробнее)
HD Audio Avance Logic ALC880
Взято из тестов материнской платы ABIT AA8 DuraMAX (Intel 925X).
Фронтальный выход, режим работы: 16 бит 44 кГц
Общая оценка: Очень хорошо (подробнее)
AC’97-звук Realtek ALC650
Для сравнения мы приводим результаты тестов AC’97 кодека c заявленными 18 бит АЦП и 20 бит ЦАП и отношением сигнал/шум >90 дБ А.
Фронтальный выход, режим работы: 16 бит 44 кГц
Общая оценка: Хорошо (подробнее)
Тестирование в RightMark 3DSound
Диагностика DirectSound
Device: Realtek HD Audio rear output (RtkHDAud.sys)
Features:
DirectSound 3D Hardware: Yes
DirectSound 2D Hardware: Yes
EAX 1: Available
EAX 2: Available
EAX3: N/A
EAX4 Advanced HD: N/A
Rates:
dwMinSecondarySampleRate 100
dwMaxSecondarySampleRate 192000
Free buffers stats:
dwFreeHw3DAllBuffers 32
dwFreeHw3DStaticBuffers 32
dwFreeHw3DStreamingBuffers 32
dwFreeHwMixingAllBuffers 32
dwFreeHwMixingStaticBuffers 32
dwFreeHwMixingStreamingBuffers 32
Max buffers stats:
dwMaxHwMixingAllBuffers 33
dwMaxHwMixingStaticBuffers 33
dwMaxHwMixingStreamingBuffers 33
dwMaxHw3DAllBuffers 33
dwMaxHw3DStaticBuffers 33
dwMaxHw3DStreamingBuffers 33
Misc stats:
dwFreeHwMemBytes 0
dwTotalHwMemBytes 0
dwMaxContigFreeHwMemBytes 0
dwUnlockTransferRateHwBuffers 0
dwPlayCpuOverheadSwBuffers 0
Audio transfer speed (hardware): 10.870 Mb/sec.
Субъективное тестирование
При субъективном тестировании использовались студийные мониторы Event 20/20bas, а также тракт из ресивера Pioneer AX5i и колонок B&W 6s3.
Для более исчерпывающей оценки качества звучания в это тестирование мы включили звуковые карты Creative Audigy и Live!5.1, а также интегрированный АС’97-звук Realtek ALC650. Прослушивание производилось на одних и тех же тестовых отрывках при мгновенном переключении между источниками.
Звучание HD Audio Realtek ALC880 для встроенного звука достаточно хорошее, очень схожее с картой Creative Audigy. Если очень внимательно вслушиваться в детали композиции, то едва слышна незначительная разница, выраженная в чуть лучшей прозрачности на высоких у Audigy. Однако если перерыв между прослушиванием HD Audio и картой Creative Audigy увеличить до 5 минут, эту разницу услышать будет невозможно.
Если сравнивать качество звучания HD Audio Realtec ALC880 с картой Live!5.1. То тут преимущество Realtec ALC880 налицо: звучание более сбалансированное и ровное, без резкого и грубого оттенка. Стоит отметить, что разница в звучании между ALC880 и Live!5.1 выражена в значительно большей степени, чем с Audigy. И если Audigy и Realtec ALC880 звучат практически одинаково, то у Live!5.1 отличаются даже тембры некоторых инструментов.
АС’97-звук Realtec ALC650 и HD Audio Realtec ALC880 по звучанию между собой тоже отличаются. При этом различия носят немного другой характер, нежели в двух предыдущих сравнениях. HD Audio играет более проработано и детально в области низких и средних частот, хотя высокие у ALC650 субъективно лучше. Несмотря на это, стереокартина у АС’97-звука, в отличие от HD Audio, довольно плоская и с замыленными деталями. Конечно, все познается в сравнении, но все же ближе к референсному звучанию находится HD Audio Realtec ALC880.
Таким образом, на примере субъективных сравнительных тестов, мы выяснили, что качество звучания HD Audio Realtek ALC880 носит не революционный, а скорее эволюционный характер. Достигнутый уровень качества звучания вплотную приблизился к картам класса Creative Audigy. Хотя не будем забывать, что сегодняшний представитель HD Audio был представлен на базе топового кодека Realtek ALC880.
Выводы
И по измерениям, и по слуховым тестам High Definition Audio кодек ALC880 оказался ощутимо лучше (RMAA «Очень хорошо»), чем АС’97 кодеки Sigmatel 9721 и ALC650 (RMAA «Хорошо»). Интегрированный звук на базе High Definition Audio играет лучше современного интегрированного АС’97-звука и звуковых карт 5-летней давности, и по качеству находится приблизительно на уровне карты Creative Audigy 3-летней давности, но пока не может приблизиться к современным звуковым картам класса Audigy2 и выше. Таким образом, мы становимся свидетелями эволюционного развития стандарта АС’97 с обновлённым названием High Definition Audio, чуть улучшенным звучанием в аппаратной части и поддержкой высоких форматов звука 24 бит 96–192 кГц, Правда, они не очень нужны пользователям low-end решений, поэтому мы намеренно не заостряем внимание читателей на такой поддержке. Из полезных возможностей остаются стандартные драйвера Universal Audio Architecture от Microsoft, а также Sensaura при установке драйверов от Realtek.
Аудио высокой «четкости»: мифы и реальность
Технология Intel® High Definition Audio (она же Azalia) по замыслу её создателей должна прийти на смену изъезженной вдоль и поперёк архитектуре компьютерного звука AC-97. Последняя получила широчайшее распространение на всех типах платформ, включая мобильные решения, но рано или поздно будет вынуждена сойти с дистанции. Вообще-то старение AC-97 пока ещё не столь заметно. «Ветеран» AC-97 может поупираться ещё довольно долго, благодаря всяким ревизиям-обновлениям, хотя запас «расширений» уже исчерпан. Главное преимущество продвигаемой «Интелом» новаторской технологии (далее сокращенно HD Audio) – это 32 битный многоканальный (7.1) звук с частотой дискретизации до 192 кГц. Для специалистов это преимущество весьма сомнительно, но на народ действует гипнотически. Посему настал черёд разобраться, стоит ли принимать во внимание «новинку» (которая уже год, как тихой сапой продаётся) при выборе компьютера.
Есть у HD Audio и другие преимущества. Например, поддержка 16 микрофонов. Всё дело в микрофонной решётке, выделяющей голос из окружающих шумов, что (не без хитрых алгоритмов) помогает распознавать слитную речь. Это скорее задел на светлое корпоративное будущее, чем реалии современного быта. Устаревающий стандарт AC-97 был готов обслуживать 2 мономикрофона (один стерео), но на практике производители ограничивались единственным моновходом, очевидно, по причине отсутствия массового спроса. Не спешат использовать кучу микрофонов и новоявленные HD Audio устройства. Так, в ноутбуках с Sonoma, которая потенциально поддерживает HD Audio, даже стереовходы лично мне ещё не встречались ни разу.
Самым «слабым» местом AC-97 были драйверы, которые разрабатывались сторонними производителями по принципу «кто во что горазд». HD Audio обещает обслуживаться готовыми драйверами операционной системы (разумеется, от MicroSoft), но на деле системными драйверами для такого сложного устройства, как аудиокарта (не важно, встроенная, или нет), ограничиться будет крайне сложно. В любом случае, потребуются дополнительные драйверы от тех же сторонних производителей.
Как выяснилось, удобство инсталляции «plug’n’play» у AC-97 было реализовано лишь частично. HD Audio берётся довести это «до ума». Похвально! Но верится с трудом.
Что действительно революционно у HD Audio, так это поддержка многопоточности с динамическим распределением каналов (памяти) DMA для каждого потока в отдельности. То есть предоставляется возможность озвучивать одновременно несколько источников, причём с разной частотой дискретизации (например, воспроизводить фильм с Dolby Digital 5.1, и параллельно не забывать про монофонический голосовой чат). Полоса пропускания составит для вывода до 48 Мбит в сек, а для ввода – 24 Мбит в сек. Это позволит воплотить в жизнь доктрину «цифрового дома», стерев границы между бытовым и компьютерным аудио. Фактически, в ближайшем будущем появится некая штуковина вроде домашнего развлекательного центра, обслуживающего всё видео и аудио в нашей квартире. Более того, стабильная синхронизация для каждого потока заложит «мину замедленного действия» под профессиональные аудиорешения. Однако, всё это лишь в перспективе, а действительность выглядит не столь радужно. О чём в подробностях чуть ниже.
Даешь все домашнее видео и аудио в руках одного компьютера!
Если верить информации, выложенной на сайте Intel, на данный момент HD Audio поддерживается чипсетами Intel® 915G, 915P и 925X Express. Что-ж, лиха беда начало…
А что же конкуренты? Похоже, AMD сделал ставку не на ту лошадку. Поначалу, заморочив головы с кодированием-декодированием в Dolby Digital, аудио от AMD (точнее, от NVIDIA, родоначальницы чипсета nForce), не долго поражало воображение покупателей. Помнится, года два назад NVIDIA грозилась сделать «лучший в мире звук на РС». Полная аппаратная поддержка DirectSound и DirectX 8.0, конечно, хорошо, но для долговременного успеха явно не достаточно. Например, кодирование в реальном времени в DolbyDigital с хорошим качеством выходящего сжатого звука в случае шести каналов требует прорву вычислительных ресурсов даже для 16 битного сигнала. А слабо 24 бит 96 кГц в DTS сжать? Какое конкретно качество после сжатия в состоянии обеспечить nForce, так и осталось тайной. Фирма не удосужилась поведать, а журналисты слепо поверили на слово. Это надо же было такое придумать: сжимать непонятно как, чтобы ради одного цифрового шнурка передавать многоканальный сигнал на внешний Hi-Fi ресивер! Короче, идея фикс. На сегодняшний день продвинутое аудио как таковое в списке перспективно-приоритетных направлений NVIDIA не значится. Возможно, какие-то замыслы держатся в строжайшей тайне, хотя серьёзных предпосылок для этого не видать. Было бы что по существу держать в секрете!
Краткий справочник (вместо теории)
| АЦП (ADC) | Преобразователь аналогового сигнала в цифровой. Передаваемый (а также хранимый где-либо) цифровой сигнал представляется в двоичном виде как упорядоченная последовательность нулей и единиц. Один нолик (или единичка) эквивалентен одному биту. Кстати, количество информации измеряется битах, а восемь бит дают один байт. |
| Разрядность АЦП (ADC bits) | Количество бит (иными словами, разрядов) у АЦП фиксировано. Чем больше бит, тем бОльшая по значению амплитуда может быть представлена, и тем больше динамический диапазон (см далее). Следует различать линейные (ещё их называют мультибитными) и однобитные (типа дельта-сигма и т.п.) преобразователи. В однобитном преобразователе прибегают к передискретизации (см далее), тем самым косвенно наращивая число бит в формируемом цифровом сигнале. Не все разряды мультибитного АЦП вносят одинаковый вклад в формирование цифрового сигнала. Как правило, крайние биты у силу принципиальных ограничений работают в полсилы, что приводит к сокращению количества эффективных бит. Поэтому, например, у 20 битного АЦП эффективных бит может оказаться около 16, а у какого-нибудь разрекламированного 24 битного АЦП (на самом деле однобитного дельта-сигма) случается к.п.д. и того меньше. Чем выше количество эффективных бит, тем лучше у АЦП реальный динамический диапазон (см далее), соотношение сигнал шум и т.д. |
| Частота дискретизации (sampling frequency) | Частота, с которой при получении цифрового сигнала выхватываются в аналоговом сигнале отдельные уровни амплитуды (дискреты), переводимые тем или иным способом в численные значения. Чтобы корректно озвучить цифровой сигнал (т.е. преобразовать его обратно в аналоговый), необходимо знать величину частоту дискретизации, при которой происходила «оцифровка». |
| Передискретизация (oversampling) | Упрощенно говоря, захват дополнительных точек (дискрет) в промежутках между временнЫми отсчётами, задаваемыми частотой дискретизации. Используется для повышения точности цифрового сигнала при искусственно заниженной разрядности (вплоть до 1) преобразователей. |
| Искажения (distortions) | Искажения подразделяются на нелинейные, переходные, амплитудно-частотные и фазово-частотные. Нелинейные искажения, в свою очередь, делятся на гармонические (когда при подведении одной частоты возникают и другие частоты, кратные подводимой, назваемые гармониками) и интермодуляционные (когда при подведении двух разных частот возникают частоты, являющиеся суммой или разностью подводимых частот). Нелинейные искажения оцениваются посредством разнообразных придуманных коэффициентов. Так, THD (total harmonic distortion) отличается от THD+N тем, что для оценки отбираются лишь гармоники, а широкополосные шумовые составляющие не учитываются. Следовательно, THD+N характеризует нелинейные искажения какого-либо преобразователя более полно, но смешивает в одну кучу гармоники и шум. Коэффициент интермодуляционных искажений обозначается как IMD (inter modulation distortion) и свидетельствует о том, как одна частотная компонента (например, 10 кГц) влияет на другую (1 кГц). Какие искажения наиболее ощутимы на слух, зависит как от значения частоты, так и от комбинации множества факторов. Например, так любимые эстетами звука лампы в усилительных каскадах дают чётные (более заметные на слух) и нечётные гармоники, причём очень мощные, хотя и ослабевающие экспоненциально по мере роста частоты. Многие гитарные distortion эффекты превносят кучу гармоник, но на слух это в целом воспринимается позитивно. Так что оценки величины нелинейных искажений указывают на потенциальные неточности воспроизведения/записи звука, но мало говорят о том, насколько приятен или неприятен будет звук на слух. |
| ЦАП (DAC) | Преобразователь цифрового сигнала в аналоговый. В принципе, выполняет все процедуры намного быстрее и проще, чем АЦП, поэтому дешевле в разработке и производстве. Чем выше текущая частота звуковых составляющих в цифровом сигнале, тем сложнее ЦАПу восстановить истинную форму в выдаваемом аналоговом сигнале. |
| Кодек (codec) | Совмещённый АЦП/ЦАП. |
| Программное (реже аппаратное) кодирование-сжатие и декодирование видео- или аудиопотоков. | |
| Разрядность** цифрового сигнала** (Bit depth) | В отличие от разрядности, ЦАП и АЦП однозначно свидетельствует о динамическом диапазоне цифрового сигнала как такового. При этом динамический диапазон равен максимально возможному. Например, для 8-битного сигнала это 48 дБ, для 16-битного – 96 дБ, для 24-битного 144 дБ (предел человеческого слуха |
120 дБ), а для 32-битного – аж страшно подумать – 192 дБ. Цифровые сигналы с такими диапазонами могут быть созданы лишь искусственно, т.е. на компьютере (или другом цифровом устройстве) с процессором, имеющим более высокую точность. Например, для 24-битного сигнала желательна точность в 32 бита для целых чисел, иначе проявятся искажения, превносимые дискретностью.
Практические аспекты на примере CMI 9880/8 CH Azalia Audio Codec от C-Media
Сам по себе кодек – это ещё полдела. Качество звука в немалой степени обеспечивается за счёт развязки аналоговых цепей (прежде всего питания) от цифровых, а также фильтров на звуковых выходах. Тем не менее, если кодек с его ЦАПами и АЦП «убогий», то хорошего звука ждать неоткуда, как ни упирайся с передовыми алгоритмами обработки.