Каждый, кто сталкивался с вопросом о качественном воспроизведении звука рано или поздно встречается с аббревиатурой ASIO, как важной и необходимой опцией.
Что это и в чем практический смысл? Прежде всего, ASIO имеет отношение только к звуковой части записи/воспроизведения с компьютера через звуковую карту или USB-ЦАП под операционными системами семейства Windows. Тем, кто слушает музыку со смартфона или с сетевого проигрывателя с собственной ОС иметь представление ASIO тоже полезно, т.к. знание об этой «опции» позволяет избежать ряд проблем, присутствующих в смартфонах и соответственно позволяющая понять, почему не все платформы для звука одинаково полезны.
ASIO – это программный интерфейс передачи данных от программы, которая воспроизводит или принимает звуковой сигнал напрямую в драйвер звуковой карты, минуя звуковую подсистему ОС.
Необходимость в ASIO возникла исключительно для профессиональных задач. Самой большой проблемой была и остается минимальная задержка для передачи аудио сигнала. Когда мы смотрим фильм, нам не важно, сколько времени требуется системе для старта воспроизведения видео и аудио, доли миллисекунды или пару секунд после нажатия на кнопку «play». Главное, чтобы видео и аудио были синхронны относительно друг друга. В студии же требования очень жесткие, т.к. часто требуется игра вживую на виртуальных инструментах, с которых звук необходимо обрабатывать в реальном времени. Невозможно полноценно играть на midi клавиатуре, если нажатие на клавишу слышишь не сразу, а спустя секунду.
Штатно в ОС семейства Windows задержка составляет от 7 до 300 мс и зависит от текущей загруженности системы. Как несложно догадаться, звуковая система не является приоритетной в Windows и все что от нее требуется, это что бы звук просто не заикался, а для этого аудио данные собираются отдельный буфер и передаются сразу большим куском. Для сверх малых задержек буфер должен быть маленьким и постоянно передаваться небольшими пакетами.
ASIO является альтернативным мостом, который обеспечивает передачу звукового потока от программы до драйвера с фиксированным значением буфера, минуя штатную систему передачи данных ОС. Т.к. ASIO не является разработкой Microsoft (которой, к слову, на звук традиционно положить три кучи), то поддержка вывода и приема в ASIO ложится на плечи производителя ПО и звуковых устройств. Первоначально ASIO был разработан компанией Steinberg под свои продукты в момент перехода от MIDI к виртуальному синтезу и сегодня поддерживается практически всем профессиональным софтом и звуковыми интерфейсами.
Как несложно догадаться, аудиофилам без разницы на то, какая задержка в системе. Но полезно знать, на что ОС тратит свои силы под передачу звука и как это сказывается на качестве.
Как влияет звуковая подсистема ОС на звук
В ОС много программ, которые являются источниками звука, это Skype, ICQ, браузер с музыкой в вКонтакте, системными звуками, видеопроигрывателем и другими приложениями. Все эти звуковые потоки различаются как дискретностью, так и частотой семплирования, а на ЦАП должен придти всего один стерео поток с определенной разрядностью и частотой дискретизации. Соответственно все звуковые потоки необходимо заранее смикшировать. Что бы представить уровень проблемы, представим, что есть несколько фотографий с разными исходными разрешениями, которые нужно одновременно вывести на экран ЖК монитора, при этом каждая фотография должна заполнить весь экран. Если фото вывести пиксель в пиксель и фото займет часть экрана – это будет аналогично тому, что звук будет воспроизводиться медленнее или быстрее.
Если разрешение фотографии 600х480 пикселей, а разрешение монитора 1024х768, то необходимо фотографию предварительно перевести в 1024х768. Четкость фотографии несомненно снизится. Примерно так страдает и звук, который система пересчитывает из 44,100 кГц в 48000 или 96000 кГц. Качество ресемплера в Windows оставляет желать лучшего, т.к. идет максимальная экономия ресурсов.
Возвращаясь к фотографии, у нас есть фото с разрешением в 600х480 пикселей, 1024х768 пикселей и 2048х1536 пикселей и все фотографии надо вывести на 1024х768 пикселей. До сложения необходимо 600х480 и 2048х1536 пересчитать в 1024х768 и после три фотографии просуммировать, накладывая одну картинку на другую.
Обычно только одна программа воспроизводит основной звук, а остальные проигрывают звук периодически (ICQ, Skype) и их можно сравнить с логотипами и надписями поверх основной фотографии. Вполне очевидно, что картинка с исходным разрешением в 1024х768 меньше всего пострадает в качестве и если она будет основной и совпадать с разрешением монитора, то в снизится качество лишь вспомогательных картинок: логотип и надписи.
Так же и в системе можно формально выставить конечную частоту семплирования 44.100 кГц под аудиоплеер и пренебречь качеством системных звуков, которые звучат лишь время от времени.
Однако для наименьших потерь в качестве при микшировании звуковых потоков добавляется специальный шум (диттер) и системе все равно, одна программа воспроизводит звук или несколько. Таким образом, даже при воспроизведении всего одного звукового потока без его конвертирования в другую частоту семплирования, он все равно подвергается обработке и уже не поступит на ЦАП «бит в бит».
Если раньше ОС отслеживала, с какой частотой семплирования поступают на вход данные и автоматически выставляла максимальную поддерживаемую звуковой картой частоту дискретизации к входящим звуковым потокам (например при входящих 22, 44,1 и 48 кГц выставлялась 48 кГц, а при 22 и 44,1 понижалась до 44,1 кГц ), то начиная с Win7 в системе принудительно выставляется общая частота семплирования и автомата опорной частоты нет. Стабильность ОС повысилась, но метод не всех обрадовал.
Описанная ситуация в равной степени справедлива для всех ОС и платформ, которые могут воспроизводить звук одновременно с разных программ. В мобильном телефоне это к примеру воспроизведение телефонного разговора и системный сигнал о севшей батарее.
Условно общая схема выглядит так. При использовании ASIO Звуковой поток направляется сразу в микшер драйвера звуковой карты (Mixer Driver), минуя ресемплер (SRC) и микшер ОС.
Для необходимости воспроизвести звуковой поток «бит-в-бит” есть специальные режимы, в ОС Windows это «Kernel Streaming» (версии до XP) и WASAPI (версии после XP включительно). В таком режиме право передать звуковой поток имеет только одна программа в системе и тут полностью исключается микширование и пересчет данных. Более того, есть поддержка системой автоматического переключения опорной частоты (но при соответствующей поддержке драйвера звуковой карты).
Этот режим не рекомендуется использовать обычному пользователю, т.к. несет за собой разные проблемы. Например, пользователь включает Foobar2000 с WASAPI и после запускает видео ролик с ранее запущенного браузера. Звуковой драйвер не принимает звуковой поток от браузера и происходит крах флеш плагина. Налицо — система порушилась, а это: «печаль, беда и огорченье». Производители ПО крайне редко делают возможность вывода звука в KS/WASAPI, т.к. воинствующие пользователи будут винить в проблемах не свои кривые руки, а программу «из-за которой все порушилось».
Режимы KS/WASAPI можно встретить только в аудиоредакторах, секвенсорах и редких программных плеерах, предназначенных для аудиофилов – под подготовленных пользователей, которые понимают, что будет страдать стабильность работы ОС и кроме плеера/аудиоредактора/секвенсора звука не будет. Продвинутые аудиофилы, отказавшиеся от встроенного звука обычно для музыки используют отдельную звуковую карту, а системные звуки направляют на встроенный звук, что обеспечивает высокую стабильность работы ОС.
Т.е. по сути, KS/WASAPI – это идеальный вариант для вывода звука для аудиофила. Поддерживается в Foobar2000, AIMP, Winamp. Тем, кто хочет и фильмы в качестве слушать – есть плеер Light Alloy.
Способ скачать и установить драйвер на ПК
Программа для ПК ASIO4ALL является бесплатной, которую вы сможете скачать по этой ссылке .
Загрузить её можно для любой версии и разрядности Windows. При этом нет необходимости выбирать определённые файлы. Найдите ниже флаг России, чтобы скачать русскую версию.
Известно, что эта программа ASIO4ALL устанавливается традиционным способом:
- Запустите .exe файл из папки, куда загрузился файл;
- Нажмите на кнопку «Далее»;
- Поставьте галочку на пункте о согласии с условиями лицензионного соглашения;
- Снова нажмите «Далее» и укажите путь установки;
- Завершите процесс, нажав «Готово».
На рабочем столе появится ярлык «Руководство по использованию» универсального драйвера. Оно открывается любым браузером на вашем компьютере, так как имеет расширение .pdf. Даже если вы случайно его удалите или по разным причина ярлык не появится, руководство можно найти в папке с программой по пути, который вы указывали при установке. Запустить вывод звука можно через настройки звуковоспроизводящего устройства.
Это может быть полезным: PCI контроллер Simple Communications что это за драйвер?
ASIO или WASAPI?
Профессионалы используют режим ASIO, который передает в драйвер звуковой поток «бит-в-бит» и обеспечивает фиксированный уровень задержки. WASAPI штатными настройками ОС не позволяет управлять задержкой. Уровень задержки в профессиональной работы приоритетнее, а «бит-в-бит» лишь приятный бонус.
Что происходит, когда задействованы одновременно звуковая система ОС и ASIO?
Для звукового драйвера есть два звуковых потока, одни из них приходит из подсистемы ОС, другой из ASIO. Исключительно от того, как был написан драйвер, будет происходить микширование финального потока до ЦАП. В одних случаях, если есть звуковой поток из ASIO, то звук от подсистемы ОС отключается, в других случаях происходит микс потоков из ОС и ASIO и «бит-в-бит» остается только в теории. ASIO, как и WASAPI позволяет лишь избежать алгоритмов SRC (передискретизации) и микширования подсистемы ОС и ничего более. Целостность финального потока будет зависеть от драйвера.
В любом случае, практически всегда звуковая карта работает в том же режиме семплирования, что и поступающий поток из ASIO, что дает некоторое преимущество для ASIO.
Микширование в драйвере может быть программным, а может аппаратным. Особенно забавно выглядят попытки аудиофилов в качестве источника ставить профессиональный интерфейс для «качественной цифры», где цифра выдается после аппаратного микширования. Впрочем, некоторым отмикшированный звук нравится больше оригинального … чище, прозрачнее и душевней…
Если логически просмотреть цепочку, по которой должен пройти звуковой поток, то для идеологии «бит-в-бит» звуковой интерфейс должен поддерживать всего один вариант, либо отключать микширование потоков при работе только одного интерфейса. Только в этом случае шансы получить «бит-в-бит» максимальны.
К примеру, возьмем OPPO HA-1 c поддержкой ASIO. Если запустить одновременно Foobar2000 с WASAPI и AIMP с ASIO, то на выходе мы услышим одновременно оба звуковых потока. Цифровых выходов у OPPO нет и соответственно нет возможности проверить звуковой поток на «бит-в-бит» отдельно для ASIO и WASAPI перед ЦАП.
А вот с ASUS Essence STU ситуация иная. Если AIMP с ASIO играет, то Foobar2000 с WASAPI уже молчит, звуковые потоки не смешиваются, отдавая приоритет для ASIO. Проверить цифровой поток аналогично возможности нет, но шансов, что звуковой поток поступил «бит-в-бит» на порядок больше.
Считается, что USB-ЦАП обязательно должен поддерживать ASIO, но на практике мы получаем дополнительное звено, где должны смешиваться или переключаться потоки из звуковой системы ОС и ASIO. И тут отсутствие ASIO – это отсутствие неизвестного звена, где может быть принудительное микширование, которое нельзя протестировать без цифровых выходов. В тоже время микширование на этом этапе обычно производится в разрядности 24 или 32 бита и соответственно услышать шум диттера маловероятно. Проблема лишь в идеологии «Hi-End».
Нюансы использования драйверов в программах для написания музыки
Тут сразу можно дать совет по использованию предпочитаемого типа драйвера ASIO4ALL (в Windows 10, например). В относительно слабых конфигурациях лучше всего задействовать второй или третий типы из выше представленного списка, поскольку они будут не так сильно нагружать систему.
Кроме того, если на подключенном электронном инструменте вы играть не собираетесь, особое внимание обратите на панель настройки драйвера, где можно выставить максимальный уровень буфера (2048 сэмплов), что позволит избежать появления искажений и задержек в воспроизведении при использовании большого количества виртуальных VST-инструментов или накладываемых на каждый трек таких же дополнительных эффектов, но не тех, которые предустановлены в самой программе.
Но в случае подключения инструмента или клавиатуры с MIDI-интерфейсом уровень буфера нужно выставить на отметку 512 сэмплов. При более высоких значениях задержка после нажатия клавиши будет слишком длительной, и наоборот. И еще один совет: в Windows 10 для обеспечения максимальной производительности для музыкальной программы можете включить специальный игровой режим (Win + G), а затем указать местоположение исполняемого файла программы.
Универсальный драйвер ASIO4ALL
Драйвер ASIO4ALL необычайно популярен, но является при этом мостом между выходом ASIO из программы на вход KS/WASAPI в ОС. Это важно знать, т.к. если у вас звуковая карта не поддерживает ASIO, то после установки ASIO4ALL в том же Foobar2000 у вас выбор, выбрать изначально вывод в KS/WASAPI или ASIO через ASIO4ALL, который направит звуковой поток в тот же KS/WASAPI в ОС.
Ремарка для фанатов ASIO4ALL – да, там есть еще разные настройки, вроде выбора буфера и т.п., но эти возможности нужны лишь в профессиональной работе и ничего полезного не дают аудиофилам, для которых предназначен данный материал.
Что дает право утверждать, что ASIO4ALL доносит данные «бит-в-бит» до KS/WASAPI? Ведь теория и практика зачастую дают противоположные результаты. Для оценки качества работы ASIO4ALL был задействован Audiolab M-DAC с функцией проверки входящего звукового потока на «bit perfect» через воспроизведение специального звукового файла. Тест подтвердил, что данные приходят действительно «бит-в-бит» при воспроизведении из Foobar2000 через ASIO4ALL.
Кстати, приходили утверждения со стороны программистов, что например ASIO драйвер внешних карт E-MU (USB версий) сделан аналогично ASIO4ALL в виде моста и именно это является источником низкой стабильности карт…
Разновидности драйверов ASIO
Особо стоит отметить, что в сравнении с начальным состоянием дел технология постоянно совершенствуется, и на сегодняшний день можно найти несколько основных разновидностей этих драйверов. Проще всего пояснить их на примере популярного секвенсора FL Studio.
Если вызвать настройки аудио, нетрудно заметить, что там представлены следующие типы используемых интерфейсов:
- ASIO4ALL v2;
- Generic Low Latency ASIO Driver;
- FL Studio ASIO (Yamaha ASIO, Steinberg ASIO и т.д.).
Первый тип представляет собой стандартный драйвер, второй является программным обеспечением с пониженной нагрузкой на системные ресурсы (в частности, речь идет о загрузке ЦП и ОЗУ), а третий тип является как бы усредненным аналогом первых двух, но был разработан компанией Image-Line, создавшей сам секвенсор (равно как и остальные пакеты подобного типа, представленные в списке).
Что такое ASIO4ALL, разобрались. Вопрос только в том, какой тип и как использовать для обеспечения максимальной производительности и обеспечения удобства записи или обработки аудио.
Android и «бит-в-бит»
Возвращаясь к плеерам на базе ОС Android. В данной ОС есть аналогичный режим KS/WASAPI, но вот явных настроек под него нет. Единственный программный плеер, в котором есть режим прямого вывода в ЦАП используется в iBasso DX100. Разумеется, собственный программный плеер работает только в DX100 его нельзя скачать и поставить например в плеер Sony.
Проверить работу в Android на «бит-в-бит» очень просто. Запустите любой будильник и плеер. Если поверх звука из плеера вы услышите будильник, то никаких «бит-в-бит» на выходе нет.
Как установить
Теперь рассмотрим, как установить ASIO4ALL:
- Скачайте инсталляционный файл с официального сайта.
- Распакуйте архив и запустите setup-файл.
- Мастер установки первым делом предложит вам принять лицензионное соглашение – поставьте отметку в отведенной графе и нажмите Next.
- В следующем окошке ничего редактировать не нужно, если только вы не хотите установить в довесок дополнительное ПО. Просто нажмите снова Next.
- Теперь укажите папку, где будут храниться файлы программы. В принципе, можно оставить предложенную по умолчанию. Кликните Install.
- Начнётся инсталляция ASIO4ALL, подождите, пока появится уведомление о завершении установки.
Первичная настройка Foobar2000
Для примера рассмотрим один из самых популярных плееров Foobar2000. Он занимает минимум места, бесплатен и при этом достаточно продвинут для сложной DSP-обработки аудиосигнала. Но сейчас мы поговорим не обо всех возможностях Foobar2000, а о его первичной настройке для работы в ASIO-режиме с вашей звуковой картой.
В платных аудиоплеерах наподобие Audiorvana или JRiver совместимость с ASIO прошита в исходном дистрибутиве, и плеер сам подхватывает доступные ASIO-подключения. Для Foobar2000 понадобится установка модуля ASIO support, которую нужно дополнительная скачать по адресу https://www.foobar2000.org/components/view/foo_out_asio. После этого в разделе плеера Preferences выбираем самую первую строку Components. Нажимаем Install и указываем программе на сохраненный файлик foo_out_asio.fb2k-component. После чего перезагружаем плеер, чтобы изменения вступили в силу.
Программная регулировка громкости
Многие пользователи предпочитают регулировать громкость непосредственно в программном плеере. Это весьма удобно, например, в случае прослушивания с помощью настольных систем с активными мониторами.
Если ваш аудиотракт работает в режиме ASIO, уменьшить громкость с помощью ползунка в углу экрана (на панели задач Windows) уже не получится. Придется использовать собственный регулятор уровня сигнала плеера (Volume Сontrol). При этом имейте в виду, что в случае программного изменения громкости побитовая передача данных оригинала на ЦАП не сохраняется. Это возможно только при максимальном положении громкости на отметке 100%.
DSP
При обработке цифрового сигнала (DSP — digital sound processing) сэмпл масштабируется как минимум к 64-битному числу с плавающей точкой (double64) в диапазоне от –1 до 1. Наиболее часто применяются преобразования upsampling/downsampling и upscale/downscale. Второе заключается в изменении разрядности сэмпла и в подавляющем большинстве реализаций сводится к простому масштабированию 64-битного double к желаемой битовой разрядности. Данное преобразование помимо масштабирования полезного сигнала делает точно такое же масштабирование и шума, поэтому upscale не меняет соотношение сигнал/шум исходного сигнала, а downscale дополнительно увеличивает долю шума за счет деградации разрядности полезного сигнала.
Upsampling/downsampling очень часто выполняется через решения полинома n-го порядка (как правило, кубического). Берется последовательность из K-сэмплов, и из них рассчитываются коэффициенты интерполирующего полинома, затем полученный полином решается для новых точек семплирования. В идеальном случае, согласно теореме Найквиста-Котельникова, upsampling может только сохранить разрешение исходного сигнала на новой частоте семплирования. В неидеальном случае возможно появления шума на высших гармониках. Интересно, что downsampling после upsampling вернет исходное значение сигнала, даже если после upsampling в нем появились искажения и шум.
В студиях используют алгоритмы, объединяющие upsampling и upscale в единый процесс для увеличения разрешения сигнала и его динамического диапазона. Эти алгори и не могут быть использованы при воспроизведении в реальном времени.
Еще один случай обработки DSP — это convolution (свертка), применимая для адаптации сигнала под акустические свойства комнаты. Здесь исходный сигнал разлагается на гармоники в ряд Фурье до n-го порядка. К сожалению, все быстрые алгоритмы как правило работают с амплитудой сигнала определенной частоты без учета фазы (которую еще очень непросто правильно измерить). Более того, быстрые алгоритмы не решают интеграл, а берут среднее значение в диапазоне. В результате вся коррекция сводится к параметрическому эквалайзеру. Простые полосные фильтры вносят фазовые искажения на частотах разделения, из-за этого параметры convolution нужно еще раз и еще раз подстраивать.
MQA на высоких гармониках, на мой взгляд, инкрементально кодирует первую производную (наклон) функции амплитуды сигнала. Зная частоту гармоник кодировки, простым разложением в ряд Фурье очень просто вытащить и восстановить поведение производной. А имея производную, можно уже делать upsampling не полиномами, а сплайнами со сглаживанием. Вот тогда, уже в реальном времени, можно делать upsampling и upscale с увеличением разрешения и динамического диапазона сигнала. Конечно, это не будет оригинальный Hi-Res, но уже кое-что.
Выводы: Upscale не улучшает соотношение сигнал/шум. Upsampling не улучшает разрешения сигнала. Upsampling имеет смысл для перехода от линейки 44100 к 48000, если осциллятор Вашего устройства лучше для 48000. Использование room correction требует итеративной настройки и, во многом, непредсказуемо.
Каким образом использовать программу ASIO4ALL
Большинство моментов по работе с программой описаны в инструкции, которая будет у вас всё время под рукой. Рассмотрим основные способы использовать программу ASIO4ALL. К примеру, если вам нужно задействовать универсальный драйвер для определённого приложения, его нужно указать через настройки ПО.
На примере Cubase:
- В панели инструментов выберите вкладку «Devices»;
Нажмите на пункт «Devices» - Далее нажмите в выпадающем списке пункт «Device Setup»;
- В списке драйверов для проигрывания нужно выбрать ASIO4ALL;
- Подтвердите настройки в программе, чтобы они применились.
Вызвать панель контроля универсального драйвера можно при помощи параметров звуковой программы, в которой он применяется. Или из трея Windows через окно фоновых приложений. При установке некоторых музыкальных программ (например, FL Studio определённых версий) можно заметить, что наш драйвер устанавливается параллельно. Так как той или иной программе он просто необходим.
