|
История
развития цифровых аудио форматов уходит своими корнями в далекое
прошлое.
Когда по нашему шарику, еще тепленькому, ходили мамонты, а затем
слоны... Но, как говориться, "повезло с ушами - да характер
вспыльчивый". А если серьезно, то книжка с толковым описанием
форматов занимает примерно 200 листов текста с множеством графиков
и картинок… невеселых |
|
|
Попробуем
разобраться на пальцах. Одним из основных параметров в цифровой
записи является частота дискретизации сигналов (Fs). По теореме
Котельникова частота выборки должна быть вдвое выше записываемой
полосы и в 1985 году было предложено три стандартных частоты выборки
(дискретизации), которые в зависимости от полосы записи распределились
так:
- 32кГц, 48кГц- DAT (Digital Audio Tape);
- 44,1кГц - компакт–диск.
Разница
в частотах объясняется тем, что на заре рождения форматов бытовало
мнение, что разнесением частот и соответственно несовместимостью
форматов можно бороться с пиратством. Чтобы, например, нельзя было
с компакт диска сделать прямую перезапись на DAT. Время расставило
все по местам – стало понятным, что совместимость форматов приносит
больше прибыли, чем борьба с пиратством, но неразбериха была узаконена.
Позже появился более современный PCM формат - DVD – Audio, который
благодаря подтянувшейся технологии изготовления чипов смог позволить
себе повышенные частоты выборок 48 (удвоенные 96 или учетверенные
192) кГц.
Если
с точки зрения полосы сигнала информативна частота дискретизации
– то за динамический диапазон и нелинейные искажения несут персональную
ответственность число битов в кадре (frame), величина которого кратна
16. Цифра 16 – тоже исторически сложившаяся величина и отражала
уровень развития схемотехники на время появление стандарта. Введение
дополнительного количества битов (до 24) заставил кадр расположиться
на двух стульях, и теперь он занимает 2*16=32 бита. Избыточное количество
битов в кадре (32-24=8) маскируется или другими словами, «выбрасывается
в пропасть».
Но вернемся к процессу записи (для удобства остановимся на двух
основных). Оцифровка сигнала осуществляется с применением параллельного
кода (PCM – Pulse Code Modulation), и последовательного (DSD - Direct
Stream Digital) кода и в таком виде пишется на носитель (в нашем
случае компакт – диск).
Ремарка: шикарный способ фазовой модуляции для кодировки звука,
но дальше Hi-Fi стерео в видеомагнитофонах продолжения пока не имеет,
надеюсь пока.
Оба
стандарта довольно «пожилые». И если стандарт ИКМ например у всех
на слуху, особенно у телефонистов, то второй, не что иное, как ШИМ
– модуляция. Последнее согреет душу всем разработчикам импульсных
источников вторичного электропитания. Просто у них задача обратная
- не создавать синусоиду, а подавлять.
Иллюстрация ШИМ–кодера приведена внизу и у многих вызовет ностальгию
воспоминаниями об усилителях, работающих в классе “D” и полевых
транзисторах на которых (и только) можно было реализовать этот принцип.
Но об этом чуть позже. |
|
|
Многие
мастер - копии записаны именно в последовательном коде, что немаловажно.
Поэтому фирма SONY, которая является одновременно звукозаписывающим
концерном и владельцем (вместе с “PHILIPS”) авторских прав на стандарт
CD предложила уйти от преобразования в параллельный код и предложила
развивать формат DSD, который имеет ряд неоспоримых схемотехнических
преимуществ перед PCM – преобразованием. Линейка этой техники получила
название SACD (Super Audio CD).
В чем перспектива этих форматов?
Понятно,
что PCM может двигаться в двух направлениях:
-увеличение количества битов (что и видим в спецификациях до 24,
что близко к теоретическому максимальному динамическому диапазону);
- увеличение частоты выборки до 192кГц;
Что собственно и сделано в формате DVD –Audio, который, по сути,
и не является новым стандартом, а всего лишь развитием PCM.
Какие плюсы имеет DVD –Audio?
Начнем со стандартных уже 24 бит.
Реализовать увеличение динамического диапазона за счет увеличения
числа битов, довольно сложно начиная уже с момента записи.
Слабо
представляю себе, сколько может стоить студия звукозаписи со 100дБ
динамическим диапазоном. Да и писаться в ней сможет только английская
королева с Майклом Джексоном и сэром Полом.
Другое дело частота дискретизации. Ее повышение требует всего лишь
смены парка звукозаписывающей техники в части оцифровки сигнала,
что в принципе несложно. Размеры файлов при этом возрастаю примерно
в 4 раза. Так ведь эту емкость перекрывает DVD диск, стоимость которого
не намного выше стандартного компакт – диска, поэтому непонятно
почему так тяжело «подымается» этот формат. А ведь плюсы увеличения
Fs заметно ощутимы.
"Виновник"
появления цифровой записи Котельников был прав говоря об достаточности
удвоенной частоты выборки для процесса перевода «аналог – цифра»,
но обратный процесс «цифра – аналог» на краю полосы (22кГц) требует
не 2 – кратной, а изначально 8 кратной выборки.
2-кратное
(44кГц) же преобразование вносит дикие искажения в высокочастотный
сигнал. А «исправляются» эти искажения при помощи цифровой фильтрации
методом многократной (8 и даже 16 раз) передискретизации. Отсюда
и желание многих разработчиков от нее избавиться. Но сделать этого
корректно в рамках частоты 44кГц, как по мне, вряд ли возможно,
потому, как не хватает начальной информации.
К
сожалению, на этапе воспроизведения при повышенном разрешении не
все так гладко.
Отвечать требованиям стандарта 24*192
и бюджетным ограничениям можно только применяя Дельта-сигма преобразование.
При этом в плеерах применяются недорогие чипы, поскольку работает
принцип: «в спецификации написано 24*192 – что тебе еще надо?».
Если
же идти путем построения тракта по принципу R-2R, (который отвечает
требованиям качественного звуковоспроизведения) то стоимость только
микросхем цифрового тракта заметно превысит бюджет среднеценового
DVD изделия в целом. И получается, замкнутый круг: формат не развивается,
потому, что нет покупательского спроса (моды), а спроса нет, потому,
что парк DVD - плееров и фонотека, мягко говоря, не соответствуют
возможностям самого DVD – Audio и как следствие, не дают прибавки
в качестве и вызывают законный вопрос: «А ради чего, собственно?». |
|