Что лучше цифра или аналог

Целью данной статьи не является разжигание святой войны между поклонниками аналогового и цифрового аудио. Целью является показать принципиальные различия между двумя технологиями. Автор статьи (то есть я) занимает сторону цифровой технологии как наиболее совершенной и хочет разъяснить всем желающим свою точку зрения не только с субъективной, но и с научной стороны. Знание принципа цифровой записи звука, вкупе с пониманием научной стороны этого дела, однозначно исключает какие-либо сомнения в превосходстве цифровых технологий над аналоговыми.

Аналоговая запись звука

По сути, звук (колебание частиц воздуха) имеет аналоговую природу. Звук распространяется в воздушном пространстве, он может искажаться в зависимости от разнообразных условий — расстояния до источника звука, отражения от окружающих предметов, скорости движения относительно источника и т.п. Диапазоном воспринимаемых человеческим ухом звуковых колебаний принято считать промежуток от 20 Гц до 20 кГц. На самом деле, 20 кГц — цифра довольно оптимистичная, мало кто может похвастаться тем, что реально слышит такую частоту. Большинство из встречавшихся мне взрослых людей не слышали частоты выше 15-16 кГц, так что я с большой долей уверенности в качестве среднего порога слышимости назвал бы частоту в 15 кГц. Впрочем, в плане тона нашим ухом воспринимаются частоты всего лишь до 5 кГц — всё, что выше, является дополнительными гармониками, обертонами, созвуками и т.п. Однако, правильное воспроизведение высоких составляющих (граничная частота воспроизведения) в основном и является мерой качества записи звука, обычно указываемой в технических характеристиках любого сколько-нибудь серьёзного звукозаписывающего устройства.

В мире аналоговой записи звука, колебание воздуха сначала преобразуется в электрическое колебание посредством микрофона. Далее, электрическое колебание подаётся на звукозаписывающую магнитную головку (в случае магнитной ленты) или механический резец (в случае винила). В первом случае, информация записана на намагниченной ленте, во втором — в канавке пластинки. Для воспроизведения звука, достаточно протянуть магнитную ленту вдоль магнитной головки с той же скоростью, с которой производилась запись — головка преобразует переменное магнитное поле обратно в электрические колебания, которые усиливаются и подаются на звуковоспроизводящую систему (динамик). Звуковоспроизводящая система заставляет воздух колебаться и мы слышим звук. В случае с пластинкой, достаточно прогнать иглу по канавке, которая преобразует механические колебания в электрические, а далее — снова усилитель с колонками.

Чисто с точки зрения здравого смысла из всего вышесказанного следует, что винил — это наихудший вариант для записи звука в принципе, потому что в процессе записи/воспроизведения присутствует грубая механика (как ни парадоксально, консерваторами почему-то принято отстаивать именно винил а не магнитные ленты, хотя последние в пике своего развития имели значительно более высокие качественные характеристики). Кроме всего прочего, почти весь более-менее нормальный винил писАлся именно с магнитных лент. Ему просто неоткуда было записываться — мастеринг и сведение делались в ленте, поскольку на пластинке это в принципе невозможно. То есть, звук с винила — это звук с магнитной ленты, только дополненный собственными недостатками винила — треском, шипением и прочими "меломанскими" безобразиями, обусловленными механическим съёмом звука с канавки пластинки — "плуг в борозде".

Фактически, аналоговая запись звука несовершенна почти на всех стадиях. Например, при записи на магнитную ленту, многое зависит от качества магнитной головки, архиважным является её калибровка относительно ленты (вечная головная боль). Добавьте сюда детонацию (непостоянство скорости ленты из-за неточностей в лентопротяжном механизме), саморастяжение ленты, изменения характеристик ленты на её протяжении, случайные выбоины/посторонние частицы на ней. Винил? Детонация, попадание в канавку мусора, деформация диска, ухудшение качества звука после каждого проигрывания из-за "раздалбывания" канавки. Но самым главным недостатком аналоговой записи является невозможность создания точной копии — любая копия с оригинала будет хуже качеством. Плюс ко всему, любой аналоговый носитель, даже будучи неиспользуемым, подвержен старению и постепенному ухудшению качества воспроизводимого с него звука.

Цифровая запись звука

Цифровая запись звука стала возможной благодаря огромному техническому прогрессу, произошедшему в последние десятилетия. По сути, в основе цифровой записи звука лежит довольно старая теория — просто стало возможным сделать из теории практику. Чтобы пояснить принцип цифровой записи, мне придётся поразглагольствовать несколько больше, поскольку в двух словах рассказать его невозможно.

Само название "цифровая запись" предполагает наличие цифр. Что за цифры? Выше я уже говорил, что сам по себе звук имеет аналоговую природу. Чтобы записать звук в цифровую форму, нужно просто зафиксировать значения звукового колебания, изменяющегося во времени, в числах с как можно большей точностью. Далее, для иллюстрации принципа цифровой записи звука я воспользуюсь собственной разработкой — программой моделирования систем цифровой обработки сигналов sDCAD.

На рисунке зелёным цветом представлен аналоговый, непрерывный сигнал, желтым — его зафиксированные отсчёты (выборки). Выборка — значение сигнала в данный момент времени, записанное цифрой. Поскольку аналоговый сигнал непрерывно меняется во времени, сразу вырисовывается проблема: для точного воспроизведения сигнала необходимо бесконечное количество выборок — "одна за другой". Однако, здесь в силу вступает теорема Котельникова (тут вам придётся поверить мне на слово) — сигнал с известной максимальной частотой можно точно восстановить из цифровых выборок, сделанных с частотой вдвое большей максимальной частоты этого сигнала. В компакт-дисках (CD) частота выборки установлена "с запасом" — 44.1 кГц, таким образом, с компакт-диска можно с высокой точностью восстановить сигналы с частотами до 22.05 кГц, что перекрывает возможности самого чуткого уха с лихвой.

Процесс восстановления "промежуточных" значений сигнала между снятыми выборками называется интерполяцией. Интерполяция делается при воспроизведении звука, записанного в цифровой форме. Чем качественнее производится интерполяция, тем лучше восстанавливается сигнал. Обратимся к визуальной демонстрации восстановления сигнала из выборок.

На рисунке показан оригинальный сигнал и его зафиксированные выборки. Следующий рисунок показывает то, что получится, если "восстановить" сигнал без интерполяции, грубо "соединив" ближайшие выборки между собой прямыми линиями.

Как видим, результат немного похож на оригинал, но всё же весьма далёк от него. Конечно, "восстановленный" таким образом звук будет отличаться от оригинала и на слух. Что получится, если интерполировать выборки и "восстановить" сигнал с коэффициентом интерполяции 2 (т.е., добавить между уже имеющимися у нас выборками по одной "искусственной", восстановленной выборке)?

Теперь, между имеющимися у нас выборками добавлено по одной "восстановленной". Заметьте, насколько сигнал стал похож на оригинал! Конечно, до идеала ещё далеко — но ведь это всего лишь коэффициент интерполяции 2! Заостряю внимание: никакого волшебства нет — сигнал интерполируется строго по теории, математическими вычислениями, без какого-либо подвоха. Также, заметьте интересный факт: восстановленные выборки вовсе не являются средними значениями между двумя соседними оригинальными выборками.

Удвоим коэффициент интерполяции (4). Качество восстановления сигнала растёт небывалыми темпами.

Если ещё удвоить коэффициент (8), восстановленный сигнал на вид практически не отличается от оригинального. Думаю, продолжать интерполировать далее не имеет смысла — вы и так уже всё поняли.

Теперь подхожу к ещё одной проблеме цифровой записи. На самом деле, мало просто сделать выборки сигнала на нужной частоте. Надо ещё и записать их значение максимально точно. Точность при записи называется разрядностью. Чем выше разрядность — тем точнее можно записать выборки сигнала. Нагляднее всего это демонстрируют два следующих рисунка.

На рисунке представлен всё тот же сигнал, что и на предыдущих — только оцифрованный с разрядностью 2 бита. Несмотря на то, что интерполяция производилась с коэффициентом 16, восстановленный сигнал вовсе непохож на оригинал. Он и не может быть похожим на него — разрядность в 2 бита является очень низкой и непригодной для записи звукового колебания.

Всё тот же сигнал, оцифрованный в 16 бит (именно такое качество у CD) и восстановленный с коэффициентом интерполяции 16. Практически неотличим от оригинала. Отличия будут незаметны на слух. В студийной практике чаще используются более высокие разрядности и частоты выборок — например, 24бит/48кГц, 24бит/96кГц и т.д. Это связано с тем, что на студиях звук подвергается дальнейшей кропотливой обработке и его лучше иметь в максимально доступном цифровом качестве. В финальном результате — например, на CD — качества 16бит/44.1кГц для отличного воспроизведения хватает с лихвой.

Добавим сюда тот факт, что цифровая запись не стареет и не может испортиться в принципе. Это — слепок звука, который сам по себе никаким временным изменениям не подвержен. Также, с этого слепка можно наделать сколь угодное количество копий — и все они будут в точности одинаковы. А при достаточной точности слепка, его ещё можно и обрабатывать практически неограниченное количество раз.

Читайте также:  Asus rt n10u сброс настроек

Подведу черту: все предыдущие изыскания, увещевания и рисунки сводятся к одной мысли — цифровая звукозапись в теории является идеальной. С её помощью можно записать любой звук, который только может услышать человеческое ухо. А затем можно максимально точно воспроизвести этот звук — с такой точностью, которая и не снилась аналоговым носителям по причине очевидного несовершенства последних.

Где же подвох?

Теория цифровой записи — как вы, вероятно, уже убедились — свободна от изъянов. Что же происходит на практике?

Во-первых, звук надо грамотно оцифровать — а это задача не совсем тривиальная, хотя упирается она в основном в одну-единственную деталь — АЦП (аналого-цифровой преобразователь). Допустим, мы взяли суперкачественный микрофон, обеспечили нормальное прохождение электрического сигнала через все аналоговые цепи (провода, микшер и т.п.). Некачественный АЦП, стоящий на входе цифрового записывающего устройства, враз испортит все старания. Он может записывать отсчёты с недостаточной точностью. Он может делать выборки с неравномерной частотой. В общем — если АЦП на записи был плох — записанный звук получается далёким от оригинала и мы уже ничего не сможем с ним сделать (хотя отсчёты по прежнему будут цифровые — исправить их не представится никаким образом).

Во-вторых, цифровой звук надо грамотно воспроизвести. Ситуация с точностью до наоборот: имеем прекрасную акустическую систему, замечательный усилитель, отличные провода. Но если мы подключим всё это к выходу некачественного ЦАПа (цифро-аналоговый преобразователь) — получим соответствующий некачественный звук. У ЦАП обычно больше способов испортить звук: это и неравномерная частота, и недостаточная точность, и, возможно, полное отсутствие интерполяционной схемы как таковой! Автору доводилось видеть "супербюджетные" звуковые карты для компьютеров, на которых никакой интерполяции не производилось вовсе, а разрядность выводимого сигнала на вид не доходила и до 5 бит.

Что всё вышесказанное означает? Да то, что качество цифровой записи/воспроизведения зависит только и только от аппаратуры — ровным счётом так же, как и в случае с аналоговыми технологиями. И если на звукозаписывающих студиях уж явно постарались, приобрели себе хорошую электронику и не имеют проблем с цифровым звуком — у вас эти проблемы вполне могут появиться, поскольку бытовые проигрыватели цифровой музыки зачастую производят ужасный звук. Здесь раскрывается один момент: во времена винила и магнитной ленты сама звуковоспроизводящая аппаратура делалась куда более качественно — автор и сам помнит те времена. В наш же век, век удешевления всего, чего только можно и переноса производства сами знаете куда, ожидать замечательного качества от подавляющего количества среднебюджетной аппаратуры не приходится. Возможно, с этим и связано большинство негатива в сторону цифровой музыки, т.к. люди не слышат тот звук, который они слышали когда-то. Но зачем винить в этом цифровую запись? Эта тема уже для другого разговора.

Иногда приходится видеть забавные "обзоры", где люди сравнивают одинаковые альбомы каких-либо исполнителей — сначала в виниле, потом — в CD. Это смешит: во-первых, переизданная на CD запись будет, конечно же, иметь другой звук, поскольку её ремастерили специально для CD. Причём, разумеется, ремастеринг делается уж явно для улучшения звука, а не для его ухудшения. Думается, на студиях, переиздающих классические коллекционные издания хитовой музыки прошлых десятилетий, сидят не профаны. Во-вторых, тот же винил не в состоянии правильно передать некоторое количество высоких частот из-за очевидной инерционности иглы — звук с винила всегда характеризуется завалом по ВЧ — он будет более мягким и глуховатым, но кто сказал, что всем нравится эдакая ретро-мягкость?

В голову также приходит другая забавная аналогия. Почему-то, никто не отстаивает видеоформат VHS, говоря, что на DVD худшая картинка. Оно и понятно — здесь всё видно невооружённым глазом. В случае же со звуком, когда каждый спешит убедить окружающих в своём исключительном слухе, всё сложнее и плацдарм для разнообразного рода спекуляций шире. Отсюда многочисленные бредовые высказывания, ничего общего со здравым смыслом и наукой не имеющие. Например, высказывание о том, что "особенно на цифровой записи пропадают басы". Почему именно басы — совершенно непонятно. Равно как и непонятно, откуда такие профанские мнения постоянно берутся.

Резюме

С точки зрения науки, цифровая запись звука в сравнении с аналоговой имеет сплошные преимущества и не имеет недостатков. С точки зрения реалий — чтобы услышать по-настоящему качественный цифровой звук — надо выложить кучу денег, да и не всегда даже за кучу будет хороший результат. Впрочем, в случае с аналоговой записью — ровным счётом всё то же самое.

А напоследок — маленькая сенсация: звук с магнитных лент на самом деле. Цифровой. Связано это с тем, что фактически в зазор магнитной головки в каждый конкретный момент времени попадает конечное количество магнитных частиц ленты. Следовательно, значение сигнала уже записано не с полной, а с ограниченной точностью. "Интерполятором" в таком случае выступает сама магнитная головка, т.к. в ней магнитное поле не может меняться абсолютно мгновенно. Где-то читал (не буду ручаться за достоверность), что примерная разрядность магнитной ленты — 18 бит. Впрочем, не стоит путать эту "разрядность" с цифровой — всё же, это всего лишь приближение, граничащее с шуткой.

А винил записан с магнитной ленты.

©2009, Анатолий Савенков
опубликовано: 02.02.2009

Целью данной статьи не является разжигание святой войны между поклонниками аналогового и цифрового аудио. Целью является показать принципиальные различия между двумя технологиями. Автор статьи (то есть я) занимает сторону цифровой технологии как наиболее совершенной и хочет разъяснить всем желающим свою точку зрения не только с субъективной, но и с научной стороны. Знание принципа цифровой записи звука, вкупе с пониманием научной стороны этого дела, однозначно исключает какие-либо сомнения в превосходстве цифровых технологий над аналоговыми.

Аналоговая запись звука

По сути, звук (колебание частиц воздуха) имеет аналоговую природу. Звук распространяется в воздушном пространстве, он может искажаться в зависимости от разнообразных условий — расстояния до источника звука, отражения от окружающих предметов, скорости движения относительно источника и т.п. Диапазоном воспринимаемых человеческим ухом звуковых колебаний принято считать промежуток от 20 Гц до 20 кГц. На самом деле, 20 кГц — цифра довольно оптимистичная, мало кто может похвастаться тем, что реально слышит такую частоту. Большинство из встречавшихся мне взрослых людей не слышали частоты выше 15-16 кГц, так что я с большой долей уверенности в качестве среднего порога слышимости назвал бы частоту в 15 кГц. Впрочем, в плане тона нашим ухом воспринимаются частоты всего лишь до 5 кГц — всё, что выше, является дополнительными гармониками, обертонами, созвуками и т.п. Однако, правильное воспроизведение высоких составляющих (граничная частота воспроизведения) в основном и является мерой качества записи звука, обычно указываемой в технических характеристиках любого сколько-нибудь серьёзного звукозаписывающего устройства.

В мире аналоговой записи звука, колебание воздуха сначала преобразуется в электрическое колебание посредством микрофона. Далее, электрическое колебание подаётся на звукозаписывающую магнитную головку (в случае магнитной ленты) или механический резец (в случае винила). В первом случае, информация записана на намагниченной ленте, во втором — в канавке пластинки. Для воспроизведения звука, достаточно протянуть магнитную ленту вдоль магнитной головки с той же скоростью, с которой производилась запись — головка преобразует переменное магнитное поле обратно в электрические колебания, которые усиливаются и подаются на звуковоспроизводящую систему (динамик). Звуковоспроизводящая система заставляет воздух колебаться и мы слышим звук. В случае с пластинкой, достаточно прогнать иглу по канавке, которая преобразует механические колебания в электрические, а далее — снова усилитель с колонками.

Чисто с точки зрения здравого смысла из всего вышесказанного следует, что винил — это наихудший вариант для записи звука в принципе, потому что в процессе записи/воспроизведения присутствует грубая механика (как ни парадоксально, консерваторами почему-то принято отстаивать именно винил а не магнитные ленты, хотя последние в пике своего развития имели значительно более высокие качественные характеристики). Кроме всего прочего, почти весь более-менее нормальный винил писАлся именно с магнитных лент. Ему просто неоткуда было записываться — мастеринг и сведение делались в ленте, поскольку на пластинке это в принципе невозможно. То есть, звук с винила — это звук с магнитной ленты, только дополненный собственными недостатками винила — треском, шипением и прочими "меломанскими" безобразиями, обусловленными механическим съёмом звука с канавки пластинки — "плуг в борозде".

Читайте также:  Электронная почта на 1 час

Фактически, аналоговая запись звука несовершенна почти на всех стадиях. Например, при записи на магнитную ленту, многое зависит от качества магнитной головки, архиважным является её калибровка относительно ленты (вечная головная боль). Добавьте сюда детонацию (непостоянство скорости ленты из-за неточностей в лентопротяжном механизме), саморастяжение ленты, изменения характеристик ленты на её протяжении, случайные выбоины/посторонние частицы на ней. Винил? Детонация, попадание в канавку мусора, деформация диска, ухудшение качества звука после каждого проигрывания из-за "раздалбывания" канавки. Но самым главным недостатком аналоговой записи является невозможность создания точной копии — любая копия с оригинала будет хуже качеством. Плюс ко всему, любой аналоговый носитель, даже будучи неиспользуемым, подвержен старению и постепенному ухудшению качества воспроизводимого с него звука.

Цифровая запись звука

Цифровая запись звука стала возможной благодаря огромному техническому прогрессу, произошедшему в последние десятилетия. По сути, в основе цифровой записи звука лежит довольно старая теория — просто стало возможным сделать из теории практику. Чтобы пояснить принцип цифровой записи, мне придётся поразглагольствовать несколько больше, поскольку в двух словах рассказать его невозможно.

Само название "цифровая запись" предполагает наличие цифр. Что за цифры? Выше я уже говорил, что сам по себе звук имеет аналоговую природу. Чтобы записать звук в цифровую форму, нужно просто зафиксировать значения звукового колебания, изменяющегося во времени, в числах с как можно большей точностью. Далее, для иллюстрации принципа цифровой записи звука я воспользуюсь собственной разработкой — программой моделирования систем цифровой обработки сигналов sDCAD.

На рисунке зелёным цветом представлен аналоговый, непрерывный сигнал, желтым — его зафиксированные отсчёты (выборки). Выборка — значение сигнала в данный момент времени, записанное цифрой. Поскольку аналоговый сигнал непрерывно меняется во времени, сразу вырисовывается проблема: для точного воспроизведения сигнала необходимо бесконечное количество выборок — "одна за другой". Однако, здесь в силу вступает теорема Котельникова (тут вам придётся поверить мне на слово) — сигнал с известной максимальной частотой можно точно восстановить из цифровых выборок, сделанных с частотой вдвое большей максимальной частоты этого сигнала. В компакт-дисках (CD) частота выборки установлена "с запасом" — 44.1 кГц, таким образом, с компакт-диска можно с высокой точностью восстановить сигналы с частотами до 22.05 кГц, что перекрывает возможности самого чуткого уха с лихвой.

Процесс восстановления "промежуточных" значений сигнала между снятыми выборками называется интерполяцией. Интерполяция делается при воспроизведении звука, записанного в цифровой форме. Чем качественнее производится интерполяция, тем лучше восстанавливается сигнал. Обратимся к визуальной демонстрации восстановления сигнала из выборок.

На рисунке показан оригинальный сигнал и его зафиксированные выборки. Следующий рисунок показывает то, что получится, если "восстановить" сигнал без интерполяции, грубо "соединив" ближайшие выборки между собой прямыми линиями.

Как видим, результат немного похож на оригинал, но всё же весьма далёк от него. Конечно, "восстановленный" таким образом звук будет отличаться от оригинала и на слух. Что получится, если интерполировать выборки и "восстановить" сигнал с коэффициентом интерполяции 2 (т.е., добавить между уже имеющимися у нас выборками по одной "искусственной", восстановленной выборке)?

Теперь, между имеющимися у нас выборками добавлено по одной "восстановленной". Заметьте, насколько сигнал стал похож на оригинал! Конечно, до идеала ещё далеко — но ведь это всего лишь коэффициент интерполяции 2! Заостряю внимание: никакого волшебства нет — сигнал интерполируется строго по теории, математическими вычислениями, без какого-либо подвоха. Также, заметьте интересный факт: восстановленные выборки вовсе не являются средними значениями между двумя соседними оригинальными выборками.

Удвоим коэффициент интерполяции (4). Качество восстановления сигнала растёт небывалыми темпами.

Если ещё удвоить коэффициент (8), восстановленный сигнал на вид практически не отличается от оригинального. Думаю, продолжать интерполировать далее не имеет смысла — вы и так уже всё поняли.

Теперь подхожу к ещё одной проблеме цифровой записи. На самом деле, мало просто сделать выборки сигнала на нужной частоте. Надо ещё и записать их значение максимально точно. Точность при записи называется разрядностью. Чем выше разрядность — тем точнее можно записать выборки сигнала. Нагляднее всего это демонстрируют два следующих рисунка.

На рисунке представлен всё тот же сигнал, что и на предыдущих — только оцифрованный с разрядностью 2 бита. Несмотря на то, что интерполяция производилась с коэффициентом 16, восстановленный сигнал вовсе непохож на оригинал. Он и не может быть похожим на него — разрядность в 2 бита является очень низкой и непригодной для записи звукового колебания.

Всё тот же сигнал, оцифрованный в 16 бит (именно такое качество у CD) и восстановленный с коэффициентом интерполяции 16. Практически неотличим от оригинала. Отличия будут незаметны на слух. В студийной практике чаще используются более высокие разрядности и частоты выборок — например, 24бит/48кГц, 24бит/96кГц и т.д. Это связано с тем, что на студиях звук подвергается дальнейшей кропотливой обработке и его лучше иметь в максимально доступном цифровом качестве. В финальном результате — например, на CD — качества 16бит/44.1кГц для отличного воспроизведения хватает с лихвой.

Добавим сюда тот факт, что цифровая запись не стареет и не может испортиться в принципе. Это — слепок звука, который сам по себе никаким временным изменениям не подвержен. Также, с этого слепка можно наделать сколь угодное количество копий — и все они будут в точности одинаковы. А при достаточной точности слепка, его ещё можно и обрабатывать практически неограниченное количество раз.

Подведу черту: все предыдущие изыскания, увещевания и рисунки сводятся к одной мысли — цифровая звукозапись в теории является идеальной. С её помощью можно записать любой звук, который только может услышать человеческое ухо. А затем можно максимально точно воспроизвести этот звук — с такой точностью, которая и не снилась аналоговым носителям по причине очевидного несовершенства последних.

Где же подвох?

Теория цифровой записи — как вы, вероятно, уже убедились — свободна от изъянов. Что же происходит на практике?

Во-первых, звук надо грамотно оцифровать — а это задача не совсем тривиальная, хотя упирается она в основном в одну-единственную деталь — АЦП (аналого-цифровой преобразователь). Допустим, мы взяли суперкачественный микрофон, обеспечили нормальное прохождение электрического сигнала через все аналоговые цепи (провода, микшер и т.п.). Некачественный АЦП, стоящий на входе цифрового записывающего устройства, враз испортит все старания. Он может записывать отсчёты с недостаточной точностью. Он может делать выборки с неравномерной частотой. В общем — если АЦП на записи был плох — записанный звук получается далёким от оригинала и мы уже ничего не сможем с ним сделать (хотя отсчёты по прежнему будут цифровые — исправить их не представится никаким образом).

Во-вторых, цифровой звук надо грамотно воспроизвести. Ситуация с точностью до наоборот: имеем прекрасную акустическую систему, замечательный усилитель, отличные провода. Но если мы подключим всё это к выходу некачественного ЦАПа (цифро-аналоговый преобразователь) — получим соответствующий некачественный звук. У ЦАП обычно больше способов испортить звук: это и неравномерная частота, и недостаточная точность, и, возможно, полное отсутствие интерполяционной схемы как таковой! Автору доводилось видеть "супербюджетные" звуковые карты для компьютеров, на которых никакой интерполяции не производилось вовсе, а разрядность выводимого сигнала на вид не доходила и до 5 бит.

Что всё вышесказанное означает? Да то, что качество цифровой записи/воспроизведения зависит только и только от аппаратуры — ровным счётом так же, как и в случае с аналоговыми технологиями. И если на звукозаписывающих студиях уж явно постарались, приобрели себе хорошую электронику и не имеют проблем с цифровым звуком — у вас эти проблемы вполне могут появиться, поскольку бытовые проигрыватели цифровой музыки зачастую производят ужасный звук. Здесь раскрывается один момент: во времена винила и магнитной ленты сама звуковоспроизводящая аппаратура делалась куда более качественно — автор и сам помнит те времена. В наш же век, век удешевления всего, чего только можно и переноса производства сами знаете куда, ожидать замечательного качества от подавляющего количества среднебюджетной аппаратуры не приходится. Возможно, с этим и связано большинство негатива в сторону цифровой музыки, т.к. люди не слышат тот звук, который они слышали когда-то. Но зачем винить в этом цифровую запись? Эта тема уже для другого разговора.

Иногда приходится видеть забавные "обзоры", где люди сравнивают одинаковые альбомы каких-либо исполнителей — сначала в виниле, потом — в CD. Это смешит: во-первых, переизданная на CD запись будет, конечно же, иметь другой звук, поскольку её ремастерили специально для CD. Причём, разумеется, ремастеринг делается уж явно для улучшения звука, а не для его ухудшения. Думается, на студиях, переиздающих классические коллекционные издания хитовой музыки прошлых десятилетий, сидят не профаны. Во-вторых, тот же винил не в состоянии правильно передать некоторое количество высоких частот из-за очевидной инерционности иглы — звук с винила всегда характеризуется завалом по ВЧ — он будет более мягким и глуховатым, но кто сказал, что всем нравится эдакая ретро-мягкость?

Читайте также:  Что делать если хочешь дрочить

В голову также приходит другая забавная аналогия. Почему-то, никто не отстаивает видеоформат VHS, говоря, что на DVD худшая картинка. Оно и понятно — здесь всё видно невооружённым глазом. В случае же со звуком, когда каждый спешит убедить окружающих в своём исключительном слухе, всё сложнее и плацдарм для разнообразного рода спекуляций шире. Отсюда многочисленные бредовые высказывания, ничего общего со здравым смыслом и наукой не имеющие. Например, высказывание о том, что "особенно на цифровой записи пропадают басы". Почему именно басы — совершенно непонятно. Равно как и непонятно, откуда такие профанские мнения постоянно берутся.

Резюме

С точки зрения науки, цифровая запись звука в сравнении с аналоговой имеет сплошные преимущества и не имеет недостатков. С точки зрения реалий — чтобы услышать по-настоящему качественный цифровой звук — надо выложить кучу денег, да и не всегда даже за кучу будет хороший результат. Впрочем, в случае с аналоговой записью — ровным счётом всё то же самое.

А напоследок — маленькая сенсация: звук с магнитных лент на самом деле. Цифровой. Связано это с тем, что фактически в зазор магнитной головки в каждый конкретный момент времени попадает конечное количество магнитных частиц ленты. Следовательно, значение сигнала уже записано не с полной, а с ограниченной точностью. "Интерполятором" в таком случае выступает сама магнитная головка, т.к. в ней магнитное поле не может меняться абсолютно мгновенно. Где-то читал (не буду ручаться за достоверность), что примерная разрядность магнитной ленты — 18 бит. Впрочем, не стоит путать эту "разрядность" с цифровой — всё же, это всего лишь приближение, граничащее с шуткой.

А винил записан с магнитной ленты.

©2009, Анатолий Савенков
опубликовано: 02.02.2009

Приветствую вас, мои дорогие подписчики и все желающие выяснить разницу и что такое цифровой и аналоговый сигнал. Это один из самый часто задаваемых вопросов, поэтому я постараюсь сделать свой рассказ максимально доступным и понятным, по возможности исключив из него сложную научную терминологию.

Для начала давайте определимся с понятием и типом сигнала, ведь он может быть световой, звуковой, электрический. Думаю, что последний достоин наибольшего внимания в моем компьютерном блоге. О нем мы и будем разговаривать, а остальные я так же задействую в качестве примера.

Многим очень трудно представит себе электрический сигнал, поступающий по проводам, но благодаря такому устройству как осциллограф мы увидим, что это такое. В случае с аналоговым мы будем наблюдать синусоиду, а цифровой будет представлен как прямоугольные зубцы со стены крепостной стены. Почему так происходит, давайте разберемся.

Сигнал, создаваемый по образу и подобию

С аналоговыми сигналами мы сталкиваемся постоянно и наиболее эффектно их можно продемонстрировать с помощью виниловой музыкальной пластинки. На ней звук записан в виде извилистой борозды.

Идущая по ней игла проигрывателя повторяет контур и передает свои движения на устройство, издающее звук. Раньше, в граммофоне для этого использовался раструб, усиливавший амплитуду колебаний и превращавший их в звук.

Можно сказать, что на пластинке был записан именно аналоговый сигнал в чистом виде. И это подводит нас к мысли о том, что он представляет собой информацию о волновом процессе, параметрами которого являются амплитуда (громкость) и частота (тональность звука).

Здесь я хочу сделать научное отступление.

Образованные люди знают, что звук и свет, тепло и УФ излучение и радиосигналы – это все волны определенной частоты. Создавая подобные колебания, мы получаем их аналог (или аналоговый сигнал).

Продолжим рассматривать нашу виниловую пластинку. Мы знаем что граммофон – это позапрошлый век, и со временем он превратился в электроаппаратуру. Что добавилось?

Возле иглы поставили пьезокристалл, который под действием механических колебаний выдавал электрический ток, который уже можно передавать. Его напряжение изменялось такой же частотой и амплитудой, как и звуковой дорожке пластинки. Ток кристалла был ну очень маленький и требовал усиления.

С такой обработкой отлично справлялся соответствующий блок. На выходе мы получали ток, с той же частотной характеристикой, но пропорционально увеличенной амплитудой, которая соответствует большему напряжению.

Такое напряжение уже способно смещать сердечник в электромагнитной катушке динамика, заставляя его мембрану колебаться… Правильно, с такой же частотой и амплитудой.

Выходит, сигнал называется аналоговым, потому что он точно повторяет параметры, которые следует передать. И с ним мы сталкиваемся повсеместно:

  • вы сейчас читаете тест. В нем есть буквы-сигналы, аналогичные определенным звукам. А слова, которые вы мысленно произносите при этом – аналоги предметов или действий;
  • любая картина, рисунок или фотография – аналог того, что мы видим;
  • звук, которые превращается в радиоволны FM приемника так же аналоговый сигнал.

Весь мир в двух цифрах

Теперь настало время разобраться с цифровым сигналом. И здесь сразу стоит оговорить, о каких цифрах идет речь. Всего о двух:

  • 0, или «ноль» это отсутствие сигнала (напряжения, если мы говорим о передаче по проводам);
  • 1, или «единица», сигнал подается (напряжение в сети есть, причем не имеет значения какое оно);

Поэтому, рассматривая цифровой сигнал на экране осциллографа, мы видим не плавно изменяющуюся линию, а периодически возникающие прямоугольные «зубцы», верхняя линия которых соответствует значению подаваемого напряжения.

Это и есть «единица», или сигнал. А в промежутке между ними линия находится на нуле, напряжения нет. Такой вид называется дискретным, состоящим из отдельных элементов.

Самым простым примером цифрового сигнала является азбука Морзе. Закодированные с помощью нее сообщения можно передавать по кабелю, звуком, светом или записав на ленте телеграфа.

Но у нас сейчас век цифровых технологий и даже ребенок знает, что с помощью нулей и единиц можно записать любую информацию, используя двоичный код. А как это можно сделать, знают лишь специалисты. Здесь используется сложная система кодов, описывающая, как нужно читать последовательность импульсов, и какая информация в них описана.

Например, когда речь идет о музыке, аналоговая синусоида колебаний звука разбивается на отдельные временные участки и для каждого из них определяется значение напряжения на данный момент. Чем меньше такие промежутки (частота дискретизации), тем более точно можно описать исходную синусоиду, но она уже получится в виде множества ступенечек.

Оцифровка звука используется повсеместно (в компьютерах, в мобильной связи) поэтому для облегчения данной задачи существует два типа устройств:

  • аналогово-цифровой преобразователь (АЦП);
  • цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).

Пример со звуком наиболее ярко показывает, как можно превратить аналоговый сигнал в цифровой и наоборот. Но в реальности цифровой сигнал имеет гораздо больше возможностей. Ведь цифрой можно описать и изображение, задав для каждого отдельного пикселя значения насыщенности RGB составляющих. Или передать детальную информацию о параметрах работы устройства.

Сравниваем сигналы

На практике разницу с цифровым и аналоговым сигналом можно ощутить, сравнивая регулятор громкости в виде крутящейся ручки или в виде сенсорных кнопок. В первом, аналоговом случае, мы сможем изменять параметр более плавно, а во втором (цифровом) более точно.

Но если посмотреть глубже, то отличий между цифровым и аналоговым сигналом намного больше. Сначала опишу особенности аналогового:

  • для передачи сигнала не требуются кодировщики, он идет напрямую;
  • различные помехи могут исказить сигнал;
  • на больших расстояниях происходит затухание сигнала.

Теперь выделю преимущества цифрового:

  • стабильный сигнал, который можно передавать на любые расстояния без потери качества;
  • более широкий «ассортимент» типов передаваемой информации (видео, фото, звук, команды управления);
  • высокая пропускная способность и возможность передачи нескольких информационных потоков по одному каналу;
  • возможность кодирования позволяет повысить уровень информационной безопасности;
  • многообразие способов записи и хранения сигналов, компактность носителей;

Понятно, что цифра выигрывает, как более эффективный способ передачи сигнала. Неслучайно этот способ преобразования и трансляции информации на сегодня является самым прогрессивным и распространенным

На этом мое повествование про цифровой и аналоговый сигнал окончено.

Надеюсь, что теперь вы имеете максимально четкое представление о них.

На этом все, до новых встреч на этом сайте и всем удачи.

Оставьте ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *