|
|
|
Юрий Корзунов
Откуда берется качество винила?
Часть 1. Догонит ли цифра винил? |
| |
Из высказываний посетителей портала
PCMUSIC.RU
melnikov1330
Категорически не согласен с автором.
Как формат CD не является эталоном качества
(с его недостатками),
так и винил с его механической записью имеет кучу недостатков.
Так что любителям
АНАЛОГОВой теплоты звука ... можно посоветовать купить
промышленный станок для изготовления винила и переписывать свои
компакты да другие записи на винил...
R-z-P
даздравствует
цифра !!!
141815
Сейчас
"тёплых" CD - предостаточно. Автору рекомендую вынуть вату из
ушей, выкинуть свои компьютерные колонки "Sven", прицепленные к
компьютеру и перестать слушать CD через CD-привод с
ЦАП-преобразованием на 12 бит вместо 16. Обзавестись техникой,
на которой написано NAD, Cambridge, B&W и другие хорошие слова.
Ser477
Полезно прочитать всем
музыкантам и остальным "большим" специалистам - поклонникам
формата 16/44,1.
alikdio
Очень доходчиво. Теперь за свою
виниловую вертушку смогу накинуть пару лишних зелёных.
Latam
Если эта тема продолжает появляться, значит
есть детали, в которых не профессионалы не могут разобраться или
нюансы можно трактовать по - разному. |
С момента появления цифровых форматов бытовой
звукозаписи, анонсировавших непревзойденную чистоту звучания, полное
отсутствие «виниловых» потрескиваний и шумов в паузах, начали
разгораться нешуточные споры о «сухости» CD-звука и отсутствии
«мягкости» (или там еще чего) винила. Была порождена целая плеяда
эффектов обработки звука (плагинов), накладывающих шумы и потрескивания
пластинок на качественную CD-запись (вспомним старый добрый трип-хоп в
исполнении Portishead). Но от этого звук CD все равно не стал ни лучше,
ни хуже, а только, подобно электрическому камину с искусственным
пламенем, – слегка уютнее.
Так почему же
морально-устаревший винил зачастую признается знатоками, более
качественным источником звука, чем CD? Нет ли в этом какого
шаманства? Попробуем отбросить мистику и разобраться с чисто технической
стороной вопроса.
96
и
192
кГц
Что есть
звук? Физически – это изменяющееся во времени давление
на барабанную перепонку человеческого уха. Сила давления
повторяет форму электрического напряжения на входе колонок.
Любую форму напряжения можно представить, как сумму бесконечного
количества синусоид с различными:
-
амплитудами (грубо говоря, силой колебания);
-
частотами (количество циклов [периодов, повторов] синусоиды в секунду
или Герц [Гц]) от 0 до бесконечности;
- фазами
(грубо: относительная временная задержка во времени между синусоидами).
 
На основании экспериментов было принято (замечу:
для среднестатистического уха), что человек слышит частоты от 20
до 20000 Гц. Попробуем привязать эти цифры к клавишам пианино.
Самая верхняя нота фортепиано (ля 4-й октавы) имеет
частоту 3520 Гц (3520 циклов в секунду). Звук
фортепиано состоит не только из одной этой синусоиды (1-й гармоники), но
также из синусоид: 3520 Гц * 2=7040 Гц (2-я гармоника); 3520 Гц *
3=10560 Гц (3-я гармоника); …; 3520 Гц * 5=17600 Гц (5-я гармоника).
Как происходит преобразование этих синусоид
(неразрывных во времени) в цифровой сигнал. Аналогово-цифровой
преобразователь (АЦП) преобразует звук (например, сигнал на
входе звуковой карты) в цифровые отсчеты,
представляющие величину уровня сигнала в равномерно отстоящие
друг от друга моменты времени.
Если
частота дискретизации равна 44,1 кГц (килогерц), то это
значит, что каждую секунду измеряется по 44100 значений уровня сигнала
(отсчетов).
Исходный сигнал (как и сигнал на виниловой пластинке)
изменяется плавно без скачков, а восстановленный из цифровых
отсчетов - уже представляет собой ступенчатую линию, так как
уровень сигнала на выходе цифрово-аналогового преобразователя (ЦАП –
например, выходное устройство звуковой карты) держится постоянным до тех
пор, пока не придет время очередного отсчета.
Первая
гармоника верхней ноты фортепиано имеет 3520 циклов в секунду. За один
цикл успевает проскочить 12 отсчетов при оцифровке. То есть, вместо
непрерывной функции, мы видим 12 ступенек. А пятая гармоника (17600
циклов в секунду) уже представляет собой всего 2 ступеньки.
Скажите мне
теперь: очень ли похожи прямоугольники и синусоиды на слух?
Музыканты, работающие с синтезаторами, меня поймут. В аналоговых
синтезаторах имеются генераторы синусоидальных, прямоугольных,
треугольных и прочих форм волны. Даже неискушенный слух заметит различие
между прямоугольным и синусоидальным колебанием. Приблизительно тоже
самое происходит при сравнении непрерывного исходного аналогового
сигнала с его восстановленным ступенчатым образом. Причем, искажения
усугубляются с ростом частоты сигнала (номера гармоники). Этим-то и
объясняется «сухость» CD-шной цифровой записи.
Люди, знакомые с теоремой Котельникова, знают, что при
оцифровке сигнала, частота дискретизации (количество измерений за
секунду) должна превышать максимальную частоту сигнала (т.е. верхнюю
слышимую частоту 20 кГц) в 2 раза, что составляет 40 кГц. Но для чего
достаточно? Теорема Котельникова разрабатывалась для
радиотехнического назначения, где результат оцифровки, в
большинстве случаев, не предназначен для прослушивания. А если и
предназначен, то требования к качеству звука не для аудиофилов. А вот в
аудиотехнике это допущение теоремы Котельникова способствовало
негативному эффекту «сухости» (или чего-то там еще) звучания цифровой
записи.
Теперь
вернемся к пятой гармонике верхней ноты фортепиано, которая чудесным
образом превратилась из синусоиды в прямоугольник. С ростом
частоты дискретизации до 192 кГц – она будет состоять уже не из 2-х, а
из целых 11 ступенек, что, все-таки, больше будет напоминать исходный
аналоговый сигнал.
16 и 24 бит
Теперь рассмотрим разрядность измерений – те самые 16 и
24 бит. Они представляют собой точность, с которой производится
измерение уровня сигнала. Чем больше разрядов – тем точнее
измерение, тем ближе ступенчатая функция к оригиналу. При преобразовании
аналогового сигнала в цифровой, измерение уровня сигнала
осуществляется тоже дискретно (ступенчато).
Исходное (непрерывное аналоговое) значение округляется до ближайшего
целочисленного значения сетки уровней аналогово-цифрового
преобразователя.
Например, сетка уровней
представляет собой следующий ряд напряжений:
-5;
-4; -3; -2; -1; 0; 1; 2; 3; 4; 5 вольт
с шагом 1 В.
Измеряемое значение пусть будет равно 3,34 В. При аналогово-цифровом
преобразовании оно попадает между значениями 3 и 4 вольта сетки уровней
АЦП. Уровень 3,34 В округляется до ближайшего целого 3 В и в цифровом
виде сохраняется именно 3 В. Восстановленное значение отсчета тоже будет
3, а не 3,34 вольта (погрешность восстановления составляет 0,34
В). Что также приводит к возникновению искажений.
А теперь пусть сетка АЦП у нас будет в два раза
точнее:
-5; -4,5; -4; -3,5; -3; -2,5; -2; -1,5; -1; -0,5;
0;
0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5 вольт.
с шагом в 0,5 В.
Количество двоичных разрядов каждого
отсчета (измерения) должно возрасти в этом случае вдвое.
Теперь исходный уровень 3,34 В
попадает между значениями 3 и 3,5 сетки уровней АЦП. Уровень будет
округлен до ближайшего значения сетки уровней и примет значение 3,5 В.
Погрешность между исходным и восстановленным сигналом
3,5-3,34=0,16 В (вместо 0,34 В при
крупном шаге сетки).
Эти погрешности
порождают так называемый шум квантования.
Количество
разрядов имеет особое значение при оцифровке тихих звуков, даже
на низких частотах.
Это приводит к тому, что
форма сигнала, восстановленного из «цифры» превратится, снова из
синусоидальной в прямоугольную, со всеми вытекающими
ухудшениями звучания, которых нет в аналоговой «гладкой» (виниловой или
магнитофонной) записи.
Поэтому, для симфонической музыки, которая
имеет, как очень тихие фрагменты, так и очень громкие, количество
разрядов особенно критично. Впрочем, другие музыкальные
направления тоже много теряют от вносимых искажений.
Но не стоит считать,
что виниловая или магнитофонная запись не вносят никаких искажений
в исходный сигнал. Как только акустическая волна попадает в аппаратуру,
то искажения неизбежно корректируют ее форму. Но об этом в другой раз…
Что дальше?
Так где же путь улучшения качества цифровой аудиозаписи,
приближения ее к аналоговой, а - еще лучше - к
оригинальной акустической волне? Чтобы понять, почему так долго
живет формат CD – 44 кГц 16
бит, надо вернуться к истории. Этот формат стал первым широко
распространенным в бытовой аудиотехнике. Он обеспечил качество звука
несравненно более высокое, чем
среднестатистический кассетный магнитофон, на среднестатистической
кассете, подарил удобство пользования (кто еще
помнит утомительные перемотки и навороченную технологию автопоиска,
истиравшую кассету), избавил от износа носитель
фонограммы (винил – царапается иглой, магнитофонная пленка – стачивается
головкой). Частота дискретизации
была выбрана из критерия обеспечения максимума качества при
примерно часовом звучании альбома.
Позже, во времена диалаповских низкоскоростных модемов и
помегабайтовых тарифов за интернет, появился славный
формат mp3, позволявший сжимать CD раз в 10, при
снижении качества, заметном только на хорошей аппаратуре. Формат mp3
основан на урезании той информации и в тех местах фонограммы, где эта
информация, по-мнению, mp3-кодека не особо значима. Но, это – опять же
приводит к искажениям, не допустимым, для ценителя звука.
Теперь, когда безлимитный
интернет и винчестеры огромной (по меркам 10-15 летней давности) емкости
стали никому не в диковинку, смысл mp3 становится все менее очевиден (не
считая, конечно, применения в мобильных устройствах). Признаком тому
служит постоянно ширящееся распространение lossless формата flac
(lossless – сжатие без потерь качества).
CD-формат все еще жив благодаря своей невероятно широкой
распространенности, но прогресс, благодаря стремительно увеличивающейся
емкости носителей фонограмм (DVD, двухслойный DVD, Blue-Ray, что
там еще дальше?), неуклонно идет к распространению
многоканальных (5.1 и 7.1) записей качества 24 бит и 192 кГц (а
эти параметры, похоже, тоже не последний предел).
Поэтому, скорее всего, в перспективе старые добрые винил и игольчатый
проигрыватель перестанут быть образцом мягкости и теплоты звучания,
перейдя из области Hi-End в область дизайна интерьеров богатых квартир и
вилл, подобно патефонам, граммофонам и телефонам, сделанным под старину.
Обсудить в конференции
Часть 1
Часть 2 >> .
|
|