Pcm pow 1 aký je to formát. Digitálny zvuk: DSD vs PCM. Čo hovoria čísla

Digitálny zvuk. Koľko mýtov sa točí okolo tohto slovného spojenia. Koľko sporov vzniklo medzi milovníkmi pohodlia a digitálnej kvality a prívržencami „živého vzdušného“ vinylového zvuku znásobeného zvukom „teplej trubice“. Okrem toho je medzi milovníkmi digitálnych zariadení veľa kontroverzií: stačí 16x44,1 alebo je potrebné 24x192? Čo je lepšie: multibit alebo delta-sigma? CDDA alebo SACD? PCM alebo DSD? V tomto článku sa pokúsim vysvetliť jednoduchými pojmami základy digitálneho zvuku a podrobnejšie sa zameriam aj na porovnanie dvoch typov kódovania analógového signálu s digitálnym: DSD a PCM.

Najprv si odpovedzme na otázku, čo je digitálny zvuk? Ako sa líši od analógového? Stručne povedané, v matematickom jazyku, analógový zvukový signál je nepretržitá funkcia, digitálny zvukový signál je diskrétna funkcia. Čo to znamená?

Analógový signál

Ak vo svojej fantázii nakreslíme graf sínusoidy (takto sa najčastejšie zobrazuje zvuková vlna): potom bez ohľadu na to, ako ju zväčšíme a pokúsime sa zvážiť všetky detaily, vždy uvidíme hladkú hladkú čiaru: toto je analógový zvukový signál (obr. 1).

Ryža. 1. Analógový signál

Analógový zvuk (nahrávka) má veľa parametrov, pomocou ktorých môžete hodnotiť jeho kvalitu. Zvážte tri najdôležitejšie: frekvenčný rozsah, dynamický rozsah, skreslenie.

Analógový signál

Ryža. 1. Analógový signál

Analógový zvuk (nahrávka) má veľa parametrov, pomocou ktorých môžete hodnotiť jeho kvalitu. Pozrime sa na tri najdôležitejšie: frekvenčný rozsah, dynamický rozsah, skreslenie.

Frekvenčný rozsah je súbor frekvencií obsiahnutých vo zvuku. Všeobecne sa uznáva, že frekvenčný rozsah ľudského sluchu je 20... 20 000 Hz (niekedy sa uvádza 16 - 22 000 Hz). Frekvenčný rozsah hudby sám o sebe nie je z hľadiska hodnotenia kvality zaujímavý (napríklad frekvenčný rozsah vzlietajúceho lietadla bude veľmi široký, ale vokálna časť tenoru bude oveľa užšia). Kvalitatívnym parametrom, povedzme, slúchadiel je potenciálny frekvenčný rozsah a odhaduje sa pomocou amplitúdovo-frekvenčnej odozvy (AFC). Ideálna frekvenčná odozva - rovná čiara v celom rozsahu frekvencií počutia - znamená, že zdroj zvuku nezosilňuje ani neutlmuje žiadne jednotlivé frekvencie, čo znamená, že extrahovaný zvuk sa zhoduje s pôvodným.

Ryža. 2. Frekvenčná odozva MP3 súboru 256 kbps

Dynamický rozsah (DD) je rozdiel medzi najtichším a najhlasnejším zvukom. Hlasitosť sa meria v decibeloch (dB). Všeobecne sa uznáva, že maximálna hlasitosť, ktorá nespôsobí zranenie osoby, je 130 dB - zvuk vzlietajúceho lietadla a minimálna počuteľná hlasitosť je 5 ... 10 dB - na úrovni šušťania lístia v nízke veterné počasie. Prirodzene, že na pozadí vzlietajúceho lietadla nebude možné rozoznať šušťanie lístia a počúvanie hudby s úrovňou 130 dB je mimoriadne nepríjemné. Preto sa všeobecne uznáva, že pohodlný DD pre počúvanie hudby je 80... 100 dB.

Skreslenie nie je nič iné ako odchýlka signálu od originálu.

Princípy digitálnej reprodukcie zvuku

Čo sa stane, keď je analógový zvuk digitalizovaný? Nebudeme sa vŕtať v technických aspektoch, poďme si všetko rozobrať, ako sa hovorí, na papieri: na to si nakreslíme našu pomyselnú „ideálnu“ sínusoidu a v pravidelných intervaloch meriame hodnotu signálu (tento proces sa nazýva vzorkovanie alebo kvantovanie). : dostaneme určitú sekvenčnú množinu hodnôt - to bude náš digitálny signál získaný pulznou kódovou moduláciou (PCM) (obr. 3).

Ryža. 3. Preveďte analógový signál na PCM

Dva hlavné parametre kvality signálu PCM sú frekvencia a bitová hĺbka. Frekvencia je počet meraní za sekundu; čím viac ich je, tým presnejšie sa signál prenáša. Frekvencia sa meria v hertzoch: 44100 Hz, 192 000 Hz atď. Bitová hĺbka - počet možných hodnôt magnitúdy signálu (presnosť prenosu magnitúdy). Čím viac možností, tým väčšia presnosť signálu. Bitová hĺbka sa meria v bitoch: 16 bit (65 536 možných hodnôt, DD 96 dB), 24 bitov (16 777 216 hodnôt, DD 144 dB) atď.

Nie je to však jediná možnosť, ako zobraziť zvukovú vlnu v digitálnej podobe. Existuje spôsob, ako sa zbaviť takého parametra, ako je bitová hĺbka, a ponechať iba dve úrovne amplitúdy: -100% a +100% (0 alebo 1). Aby ste to dosiahli bez straty kvality, je potrebné opakovane zvyšovať frekvenciu čítania hodnoty signálu (obr. 4).

Ryža. 4. Preveďte analógový signál na DSD

Tento typ digitálnej zvukovej reprezentácie sa nazýva pulzne-hustotná modulácia, najčastejšie sa pre ňu používa skratka DSD. V skutočnosti je jediným kvalitatívnym parametrom takéhoto signálu frekvencia. Ale keďže používané frekvencie sú veľmi vysoké (od 2 822 400 Hz), takéto čísla sú ťažko zapamätateľné, je zvykom deliť frekvenciu DSD signálu 44 100 Hz. Výsledné číslo je ukazovateľom kvality: DSD64 (DD 120 dB), DSD128, DSD256 atď.

Obnovenie analógového signálu z „digitálneho“

Ale digitalizácia analógového signálu je polovica úspechu. Ak chcete počúvať digitálnu hudbu, musíte vykonať spätnú konverziu. Najprv sa pozrime na to, ako premeniť digitálny DSD stream na zvuk. Ako už vieme, tento stream je vysokofrekvenčný (2,8 MHz alebo viac) dvojúrovňový signál, priemerná hodnota tohto signálu sa mení s frekvenciou zvuku. To znamená, že ak pristupujete k riešeniu problému čo najjednoduchšie, musíte odfiltrovať všetky vysokofrekvenčné zložky toku DSD a ponechať iba užitočný zvukový signál (frekvencie do 20...22 kHz). To sa vykonáva pomocou analógového dolnopriepustného filtra (LPF). Najjednoduchším dolnopriepustným filtrom je RC reťaz. Signál prijatý po prechode týmto reťazcom je znázornený na obr. 5.

Ryža. 5. Obnovenie analógového signálu z DSD

Ako vidíte, výsledný graf sa na pôvodnú sínusoidu podobá len matne. Nezabudnite však, že sme „aplikovali“ jednoduchý filter, vylepšením filtračného obvodu môžete dosiahnuť takmer úplnú absenciu vysokofrekvenčného šumu a získať analógový zvuk s dobrými indikátormi kvality.

Na obnovenie analógového signálu z digitálneho PCM nestačí iba analógový dolnopriepustný filter; najprv musíte dešifrovať digitálne údaje; na tento účel sa používajú digitálno-analógové prevodníky (DAC). Existujú rôzne typy, ale nie je cieľom tohto článku ich všetky opísať. Pozrime sa na 2 najbežnejšie typy v audio technike. Po prvé, ide o takzvaný ladder DAC (nazývaný aj multibit). Ako iste tušíte, takýto DAC konvertuje PCM prúd digitálnych dát na prúd hodnôt audio signálu, ktorý vyzerá ako rebrík na grafe (obr. 6). Rovnako ako pri DSD je nevyhnutné použiť analógový filter na vyhladenie „nefritov“.

Ryža. 6. Obnova analógového signálu z PCM

Takéto prevodníky často používajú prechodné prevzorkovanie digitálneho PCM signálu na vyššie frekvencie (napríklad 192 kHz): to znižuje „kroky“, čo umožňuje zjednodušenie obvodu analógového filtra.

Druhý typ DAC – delta-sigma – využíva prevzorkovanie na ešte vyššie frekvencie pri súčasnom znížení bitovej hĺbky na jeden bit. Nič vám to nepripomína? Toto je známy signál DSD! O tom, ako ďalej spracovať takýto signál a premeniť ho na analógový, sme už diskutovali vyššie.

Aplikácia PCM a DSD, výhody/nevýhody

Kde môžeme nájsť každú z metód kódovania? Formát PCM je veľmi bežný: CDDA disky, DVD Audio, MP3, FLAC, ALAC, AAC súbory, zvuk vo filmoch a ďalej a ďalej, je jednoduchšie povedať, keď to nie je PCM. Super Audio CD, DSD disky, DSF súbory, DFF sú vo formáte DSD. Čo je vôbec lepšie? Pri prehrávaní ktorého formátu získame lepší zvuk?

Články venované formátu DSD popisujú mnohé výhody oproti PCM, sú však všetky opísané výhody pravdivé alebo ide o mýty vymyslené pre bežných ľudí, ktorí nerozumejú technickým komponentom, aby vyhrali trh, ktorý je silne obsadený formátom PCM? Poďme si v krátkosti prejsť zoznam.

závery

Mali by ste si teda vybrať DSD alebo PCM? Neexistuje jednoznačná odpoveď a nemôže byť: PCM 24 bit 92 kHz a DSD128, napríklad, sú veľmi podobné v kvalitatívnych charakteristikách a tieto charakteristiky sú lepšie ako zariadenia, na ktorých sa budú tieto formáty prehrávať, čo znamená ďalšie zvýšenie kvalita digitálnych formátov na prehrávanie v tejto fáze je nevhodná. Pri posudzovaní kvality zvuku rôznych formátov s vysokým rozlíšením vystupujú do popredia subjektívne vnemy, pretože ľudský mozog nie je živený iba kvalitou: dizajnom zariadenia, jeho cenou a, čo je najdôležitejšie, pohodou. a nálada poslucháča majú oveľa väčší vplyv na zážitok z počúvania hudby. To znamená, že si vyberte, čo sa vám osobne páči, a nevnucujte svoj názor iným. Príjemné počúvanie všetkým!

Názov (anglicky): Súbor modulácie pulzného kódu

Meno (ruština): PCM audio súbor

Vývojár: Neznámy

Popis: PCM, tiež známy ako súbor modulácie pulzného kódu, je nekomprimovaný formát zvukového súboru. Tento formát je výsledkom digitalizácie analógových audio signálov pomocou PCM - Pulse Code Modulation. Zvukové súbory PCM sa zvyčajne používajú na záznam zvukových informácií na disky CD. Nie je nezvyčajné, že súbory PCM používajú bežnejšiu príponu wav. Na prehrávanie súborov PCM môžete použiť programy ako Adobe Audition, MPlayer, Cool Edit Pro alebo QuickTime.

Na otvorenie (úpravu) súboru tohto formátu môžete použiť nasledujúce programy:

Formát 2

Názov (anglicky): Metrická kazeta do tlačiarne LaserJet pre ovládač tlačiarne

Meno (ruština): Metriky kaziet do tlačiarne HP LaserJet

Vývojár: Hewlett-Packard

Popis: PCM, tiež známy ako LaserJet Printer Cartridge Metric pre ovládač tlačiarne, je metrický formát pre tlačovú kazetu HP LaserJet vyrábanú spoločnosťou Hewlett-Packard. Formát bol vyvinutý spoločnosťou Hewlett-Packard, známym americkým dodávateľom hardvéru a softvéru. Metrické súbory kazety sa zvyčajne nachádzajú na disku, ktorý sa dodáva so zariadením. Rozšírenie PCM môže mať aj ovládače tlačiarne HP. Takéto súbory sú klasifikované ako systémové súbory. Súbory ovládača PCM nemôžete otvárať manuálne.

Na otvorenie (úpravu) súboru tohto formátu môžete použiť nasledujúce programy.

Mnoho ľudí chápe, čo je „video s vysokým rozlíšením“; ale aký zmysel má v rekreačnom stredisku hovoriť o HD zvuku? Tento výraz sa vzťahuje na viackanálové zvukové formáty zaznamenané na diskoch Blu-ray. Na ukladanie digitálneho zvuku sa používa množstvo metód, ale všetky majú rovnaký cieľ: najlepší zvuk pre vaše domáce kino.

najlepšie? O koľko lepšie?

Na objednávku. HD zvuk dramaticky zlepšuje kvalitu a nemusíte byť expert, aby ste ho počuli. Každý aspekt zvuku sa zlepšuje, od dynamického rozsahu až po realizmus. Podľa obchodného manažéra Dolby Andyho Dowella "Počujete presne to, čo počas mixovania počul mixážny technik - až do rytmu." Anthony Wilkins, riaditeľ marketingu v DTS, hovorí: „Keď sme diskutovali o kompresii údajov pre zvuk DVD, správny výraz by bol „orezanie“, pretože časť pôvodného signálu sa počas procesu kódovania nenávratne stratila. Pri HD audio kodekoch pre Blu-ray sa to nestane; výsledok je identický s originálom."

Identické s originálom? Úplne?

presne tak. Pôvodné zvukové stopy filmu sa dnes zaznamenávajú v nekomprimovanom formáte PCM s rozlíšením 24 bitov/48 kHz (lepšie ako CD). Po zmiešaní je zvuková stopa vysoko komprimovaná na prehrávanie v kine alebo doma; je to podobné, ako keď vytvoríte MP3 z CD. V systéme Dolby Digital, ktorý sa najčastejšie používa na vytváranie diskov DVD, bitová rýchlosť zodpovedá dobrému súboru MP3 - od 384 do 448 kbps. Kompresia bola vždy nežiaduca, ale bola nevyhnutná, aby bolo možné „vtesnať“ viackanálový zvuk celého filmu na obmedzený kotúč alebo disk. Blu-ray disk má však kapacitu až 50 GB, takže nie je potrebná kompresia. Takýto disk je schopný uložiť kompletnú zvukovú stopu vo formáte PCM 7.1 s parametrami 24 bit/48 kHz; aj na jednovrstvový 25GB disk sa ľahko zmestí nekomprimovaná zvuková stopa PCM 5.1.

Prečo potom každý disk neobsahuje zvuk PCM?

Zaberá dosť miesta, najmä na lacnejších 25GB diskoch. Štúdiá používajú jeden z dvoch prístupov, aby ponechali priestor pre komparz, cudzojazyčné skladby, komentáre a samotnú video zložku filmu. Jedným z nich je zmenšenie 24-bitového PCM zvuku na 16-bit/48 kHz. Populárnejšie je však použitie dvoch bezstratových zvukových záznamových systémov – DTS-HD Master Audio a Dolby TrueHD.

Čo znamená „žiadna strata kvality“?

Tieto systémy sú podobné ako archívy súborov: obsahujú 24-bit/48 kHz PCM do menšieho množstva pamäte. Prehrávanie vyžaduje „rozbalenie“ zaznamenaného súboru späť do PCM; Zvládnu to Blu-ray prehrávače aj väčšina AV receiverov. Technológia Dolby TrueHD produkuje 24-bit/48 kHz PCM zvuk, ale vyžaduje takmer polovicu úložného priestoru. Teoreticky by mal byť identický s originálom; Tvrdia to Dolby a DTS. To je dôvod, prečo sú tieto dve technológie v Hollywoode také populárne: poskytujú veľmi kvalitný zvuk, no vyžadujú skromnejšie množstvo miesta na disku v porovnaní s PCM. Tým sa znížia náklady na disk (čo vám umožní obmedziť sa na 25 GB média) a zostane viac miesta pre ďalšie materiály.

Čo hovoria čísla

Uloženie zvukovej stopy dvojhodinového filmu v PCM 5.1 (24 bit/48 kHz) vyžaduje 6,2 GB pamäte. Dolby TrueHD znižuje toto číslo na 3 GB; Čím viac rôznych zvukových kanálov má film a čím je dlhší, tým je kompresia užitočnejšia. Pokiaľ ide o porovnanie týchto dvoch systémov, DTS-HD Master Audio má vyššiu bitovú rýchlosť ako Dolby TrueHD (24,5 Mbps a 18 Mbps), ale v praxi sa tieto hodnoty takmer nikdy nedosahujú. Niektoré disky obsahujú stopy v oboch formátoch. Celkovo sú obe celkom dobré.

Tri hlavné HD audio formáty

PCM nekomprimované

PLUSY: Fantastická kvalita, napríklad 3:10 na Yuma. Nevyžaduje „rozopnutie“; dostupné aj pre staršie Blu-ray prehrávače alebo AV prijímače.

MÍNUSY: Zaberá veľa miesta: Yuma vo formáte 7.1 vyžaduje viac ako 8 GB.

Dolby TrueHD

VÝHODY: Úžasná kvalita zvuku; zaberá oveľa menej miesta na disku ako PCM. Soundtrack Temný rytier v TrueHD je jedným z najúžasnejších.

MÍNUSY: Teoreticky bitová rýchlosť 18 Mbps dáva o niečo menej ako 24,5 DTS-HD MA.

DTS-HD Master Audio

PLUSY: Najbežnejší bezstratový kodek na diskoch Blu-ray; znie to úžasne – dokazuje to aj soundtrack k filmu Avatar.

PROTI: Niektorí tvrdia, že je to v skutočnosti lepšie ako Dolby TrueHD; Nie sme si tým istí.

Čo je PCM

Začnime tým, že PCM (pulse code modulation) je spočiatku staršieho dáta, prvé zmienky o jeho úspešnom používaní siahajú do polovice minulého storočia a spájajú sa, ako mnohé výdobytky technického pokroku, s obranným priemyslom, a to s Námorné radary. Čo sa týka domáceho použitia, v prvom rade ide o známe CD so vzorkovacou frekvenciou 44,1 kHz a úrovňou kvantizácie 16 bitov.

Čo je DSD
DSD (pulse density modulation) je formát vyvinutý spoločnosťami Sony a Philips na konci minulého storočia a určený na digitálnu archiváciu analógových zvukových záznamov. Fyzické médium tohto formátu je SACD. V skutočnosti majú tieto dva formáty iba jednu podobnosť – oba sú digitálne, čo pre používateľa znamená možnosť neobmedzeného kopírovania bez straty. Čo sa týka rozdielu, vo vzťahu k oblasti grafického dizajnu je približne rovnaký ako rastrová a vektorová grafika. A ak je to ešte umeleckejšie, je to ako krížikový steh a vodové farby. V oboch prípadoch sa získa obraz, ale spôsob jeho vytvorenia a v dôsledku toho aj vnímanie sú úplne odlišné.

V čom je rozdiel?
PCM je aj vzhľadom na svoj vek oveľa preštudovanejší, má oveľa lepšiu kompatibilitu s obrovským množstvom rôznych zariadení a vyplýva z neho možnosť úprav (ekvalizácia, rozdelenie do frekvenčných pásiem, konverzia). DSD je vlastne uzavretý formát, môžete v ňom nahrávať, môžete ho prehrávať, to je všetko. Svojou povahou je však oveľa bližšie k pôvodnému analógovému signálu.

čo je lepšie?
Prvým a najdôležitejším záverom je, že z technického hľadiska sú formáty veľmi vzdialené z hľadiska spôsobov implementácie, ale často sú prakticky nerozoznateľné v praktickej aplikácii, teda vo zvuku výsledného súboru. Hovoríme len o malých rozdieloch v nuansách hudobného podania. Preto, ak sú všetky ostatné veci rovnaké, pri výbere ďalšieho súboru na stiahnutie a prehrávanie je najlepšie zamerať sa na zdrojový materiál. Ak digitalizujete analóg, potom bude pravdepodobne vhodnejšie DSD a zachová si viac odtieňov originálu. Ak ide o remaster predtým vytvoreného digitálneho záznamu v PCM, potom dáva väčší zmysel, aby zostal v tejto doméne.