Аудио или видео, представленные в виде потока дискретных чисел
В цифровой записи аудио- или видеосигнал преобразуется в поток дискретных чисел, представляющих изменения давления воздуха с течением времени для аудио или значений цветности и яркости для видео. Этот поток чисел сохраняется на запоминающем устройстве. Для воспроизведения цифровой записи числа извлекаются и преобразуются обратно в исходные аналоговые аудио- или видеоформы, чтобы их можно было услышать или увидеть.
3 октября 1938 года: британский инженер-телефонист Алек Харли Ривз подает во Французское патентное бюро первый патент, описывающий технологию, известную сегодня как импульсно-кодовая модуляция (ИКМ). 22 ноября 1939 года Ривз подает заявку также в США. [1] [2] Впервые она была предложена как технология телефонии . [3]
1943: Bell Telephone Laboratories разрабатывает первую цифровую систему передачи зашифрованной речи на основе PCM, SIGSALY [ 4] в ответ на перехват немцами военного телефонного трафика во время Второй мировой войны . Двенадцать точек передачи были выведены из эксплуатации после войны.
1957: Макс Мэтьюз из Bell Labs записал первую музыку, созданную на компьютере, — 17-секундную пьесу под названием «The Silver Scale», написанную его коллегой Ньюманом Гуттманом. [6]
1967: Первый коммерческий кодер PCM ( монофонический ) был разработан исследовательскими центрами NHK в Японии. [3] 12-битное устройство с частотой 30 кГц использовало компандер (похожий на систему шумоподавления DBX ) для расширения динамического диапазона и сохраняло сигналы на видеомагнитофоне .
1969: NHK расширяет возможности кодера PCM до двухканального стерео и разрешения 32 кГц 13 бит. [3]
1970: Джеймс Рассел патентует первую цифро-оптическую систему записи и воспроизведения [9] , которая впоследствии привела к появлению компакт-диска .
Январь 1971: Используя экспериментальную систему записи PCM NHK, доктор Такеаки Аназава, инженер Denon , записывает первые в мире коммерческие цифровые записи , The World Of Stomu Yamash'ta 1 & 2 Стому Ямаш'ты (11 января 1971 г.) [3] и Something Стива Маркуса и Дзиро Инагаки (25 января 1971 г.). Обе записи должны были быть сделаны вживую, без редактирования. Маркус был выпущен первым (на LP в феврале 1972 г.), что сделало его первой выпущенной цифровой записью . 27 января Ямаш'та записывает Metempsychosis в студии Nippon Columbia, Токио, с ударными и духовой секцией.
1972: Используя уроки, полученные от кодера NHK, Denon представляет настольный 8-канальный PCM-кодер DN-023R, который использует разрешение PCM 47,25 кГц 13 бит и 4-головочный катушечный вещательный видеомагнитофон . [3] Первой записью с этой новой системой является исполнение квартетом Сметаны струнных квартетов Моцарта K.458 и K.421 , записанное в Токио 24–26 апреля и выпущенное в октябре того же года. По крайней мере шесть других цифровых LP-записей , записанных Denon, выпускаются в октябре, включая джаз, классическую и традиционную японскую музыку. [10] [3] [11]
2–3 декабря 1974 г.: Камерный оркестр Пайяра делает первую цифровую запись за пределами Японии , в соборе Парижской Богоматери , используя недавно разработанный Denon компактный магнитофон второго поколения DN-023RA. « Музыкальное приношение » Баха (BWV 1079) выпущено на LP в мае 1975 г. [3]
12–19 декабря 1974 г.: Хельмут Риллинг записывает три органных произведения Баха в Мемориальной церкви в Штутгарте, Германия, используя DN-023RA. [13] В период с 1974 по 1977 гг. компанией Denon было сделано более 250 записей в формате PCM, большинство из которых было записано в Японии.
Май 1975 г.: Профессор Университета Юты Томас Стокхэм разрабатывает цифровой аудиорекордер PCM собственной конструкции, используя компьютерные ленточные накопители в качестве системы хранения. Он основывает компанию Soundstream , чтобы предложить его на коммерческой основе. [14] В период с 1977 по 1980 г. было изготовлено восемнадцать 4-канальных 50 кГц 16-битных устройств, семь из которых были проданы примерно по 150 000 долларов США (что эквивалентно 849 351 доллару США в 2023 году) каждое. На его оборудовании было сделано более 200 записей, почти столько же, сколько на Denon PCM. [14] [15]
1976: Прототип Soundstream 37,5 кГц, 16-бит, 2-канальный рекордер [3] используется для записи оперы Вирджила Томсона The Mother of Us All в опере Санта-Фе для New World Records , что делает его первой цифровой записью в США . Однако цифровой рекордер является всего лишь резервной копией основного аналогового многодорожечного рекордера , а аналоговая запись считается более качественной и поэтому используется для выпуска LP. Резервная цифровая лента была представлена на съезде AES в октябре 1976 года в Нью-Йорке, но никогда не выпускалась в продажу.
Январь 1977: Denon разрабатывает меньшую полностью портативную систему записи PCM, DN-034R. Как и DN-023R и DN-023RA, она записывает 8 каналов на частоте 47,25 кГц на 2-дюймовом видеомагнитофоне (VTR), работающем на скорости 38,1 см/с, но использует 14 бит «с акцентом, что делает его эквивалентным 15,5 бит», что дает отношение сигнал/шум 89 дБ. Она также впервые позволила производить наложение с использованием второго VTR, что имеет решающее значение для профессиональной записи. [3]
Сентябрь 1977: Sony представляет PCM-1 Audio Unit (розничная цена $4400, что эквивалентно $6985 в 2019 году) [16] (44,056 кГц, 14 бит), первый потребительский PCM-кодер. Для хранения требовалось использовать домашний видеомагнитофон. [17]
4–7 ноября 1977 г.: 3M демонстрирует прототип 2-канального 50,4 кГц 16-битного цифрового рекордера, работающего на 1-дюймовой ленте со скоростью45 ips на Нью-Йоркской конвенции AES . [3] Поскольку настоящих 16-битных преобразователей не было, он объединил отдельные 12-битные и 8-битные преобразователи для создания 16-битной производительности. [18]
28 ноября 1977 г.: Denon привозит свой DN-034R в студию Sound Ideas Studios в Нью-Йорке и записывает альбом Арчи Шеппа On Green Dolphin Street , став первым в Америке коммерческим альбомом, записанным в цифровом формате . [3] В последующие два дня, 29–30 ноября, Фрэнк Фостер записывает Manhattan Fever , который выходит в апреле 1978 г. [ 3] Пять других джазовых альбомов записываются с помощью DN-034R в Нью-Йорке, прежде чем он возвращается в Японию в декабре. [19] [ проверка не удалась ]
Март 1978: Sony представляет профессиональный PCM-1600 по цене 40 000 долларов США (что эквивалентно 186 857 долларам США в 2023 году) [21], используемый с внешним ленточным накопителем U-matic , впервые делая цифровую запись коммерчески доступной для студий звукозаписи. Затем следуют PCM-1610 и PCM-1630. [22] [23] [24]
Начало июня 1978 года: Sound 80 записывает дебютный одноименный альбом Flim и BB в качестве еще одной прямой записи на диск, снова с экспериментальным рекордером 3M на заднем плане. И снова ацетат считается не таким хорошим, как цифровая резервная копия, поэтому для записи LP используется цифровой мастер (Sound80 Records S80-DLR-102). Это делает его первым неклассическим цифровым релизом в США . В течение 6 месяцев собранный вручную («очень громоздкий и привередливый») цифровой рекордер 3M разбирается, делая нестандартную мастер-ленту невоспроизводимой. Поэтому выпуск компакт-дисков невозможен. Выпуск компакт-дисков Saint Paul Chamber Orchestra, который использовал ту же машину, необъясним.
27 августа 1979 г.: Выходит альбом Джорджио Мородера E =MC² — первый электронный LP, записанный в цифровом формате на Soundstream PCM.
4 сентября 1979 г.: Начинается работа над саундтреком к фильму «Звездный путь: Фильм», записанным на многодорожечный аналоговый носитель, сведенным на цифровую стереоленту для выпуска на виниле, приуроченного к премьере фильма 6 декабря 1979 г. [34]
12 октября 1979 г.: Tusk Fleetwood Mac выпущен на LP. Он, как и Live , 8 декабря 1980 г., были сведены на Soundstream PCM с аналоговых многодорожечных записей. [14]
1 декабря 1979 г.: Выходит одноименный альбом Christopher Cross, удостоенный премии Грэмми. Альбом Кросса становится первым альбомом, записанным в цифровом формате и попавшим в чарт (записанным на системе 3M) в США, в итоге завоевав 5 премий Грэмми. Цифровая запись теперь является мейнстримом.
1980: Mitsubishi Electric представляет катушечную магнитную ленту X-80 ProDigi шириной 1/4 дюйма15 ips 50.4 кГц 16-битный цифровой рекордер ($5000, что эквивалентно $18 489 в 2023 году). Во всем мире продано всего 200 экземпляров. [37]
1980: Soundstream объединяется с Digital Recording Corporation, становясь DRC/Soundstream, для разработки и продажи записи PCM 50 кГц на оптическую карту. Впоследствии это затмевается ростом популярности компакт-дисков 44,1 кГц , и компания прекращает свою деятельность после 1983 года. [14]
1981: Sony выпускает цифровой аудиопроцессор PCM-F1 ($1900, что эквивалентно $6368 в 2023 году) (44,056 кГц, 16 бит) и соответствующий видеомагнитофон SL-2000 Betamax ($700, что эквивалентно $2346 в 2023 году) в качестве полноценной доступной портативной (с дополнительными батареями) домашней цифровой системы записи [38]
1981: Technics выпускает цифровой аудиорекордер SV-P100, подходящий как для профессиональной (цифровой мастеринг), так и для любительской (домашнего использования) записи. Он использовал 14-битную PCM-запись на кассету формата VHS, что давало до 3 часов программы 2-канальной стереозаписи.
1982: Sony выпускает PCM-501ES PCM-адаптер (44,1 кГц, 16 бит) (цена по прейскуранту $895), который используется с внешним видеомагнитофоном VHS или Betamax . [ необходима цитата ]
17 августа 1982 г.: Аналоговая запись Клаудио Аррау вальсов Фредерика Шопена (Philips 400 025), сделанная в марте 1979 г., становится первым классическим компакт-диском, когда-либо выпускавшимся в коммерческих целях . [39] [40] Он производится на заводе Philips в Лангенхагене , Ганновер, Германия . Аррау был приглашен нажать кнопку, чтобы начать производство. Этот компакт-диск был выпущен только в 1983 г., поэтому, по-видимому, он столкнулся с производственными проблемами, как и выпуск ABBA (ниже).
17 августа 1982 года: Первый популярный компакт-диск, когда-либо произведенный , альбом ABBA 1981 года The Visitors (выбранный потому, что он был «в основном записан в цифровом виде») [41] , производится на том же заводе. Однако из-за проблем с производством третья версия не появлялась в магазинах до марта 1983 года.
5 сентября 1982: Питер Гэбриел выпускает свой четвертый студийный альбом (под названием Security в Северной Америке и Peter Gabriel IV в других местах). [42] После выпуска на CD в октябре 1984 года он стал первым полностью цифровым релизом DDD . Он был записан на цифровой студии Sony Mobile One [43] и сведен на Sony PCM-1610. [44]
1 октября 1982 года: первые проигрыватели компакт-дисков выпущены на рынок компаниями Sony (CDP-101, 900 долларов США, что эквивалентно 2842 долларам США в 2023 году) и Philips (CD-100, 700 долларов США, что эквивалентно 2210 долларам США в 2023 году). [45]
26–28 ноября 1982 года: Flim & the BB's записывают свой второй студийный альбом Tricycle . Выпущенный в начале 1983 года, он становится первым неклассическим полностью цифровым CD, выпущенным . (Позже ему был присвоен код SPARS DD).
2 марта 1983 года: В Соединенных Штатах представлены CD-плееры и 16 компакт-дисков от CBS Records . [49]
13 мая 1985 г.: Выходит пятый студийный альбом английской рок-группы Dire Straits Brothers in Arms . Он стал самым продаваемым альбомом 80-х, записанным в цифровом формате, и первым альбомом, продажи компакт-дисков которого превысили продажи пластинок.
1991: Alesis Digital Audio Tape ( ADAT ) — формат ленты, используемый для одновременной записи восьми дорожек цифрового звука на магнитную ленту Super VHS — формат, аналогичный тому, который используется в бытовых видеомагнитофонах . Продукт был анонсирован в январе 1991 года на выставке NAMM . Первые рекордеры ADAT были отправлены более чем через год в феврале или марте 1992 года. [52]
1993: Random Access Digital Audio Recorder ( RADAR ) — первое устройство с одним корпусом, используемое для одновременной записи 24 дорожек цифрового звука на жесткие диски. Продукт, произведенный Creation Technologies, был анонсирован в октябре 1993 года на съезде AES в Нью-Йорке. Первые рекордеры RADAR были отправлены в августе 1994 года.
АЦП преобразует этот сигнал, многократно измеряя мгновенный уровень аналоговой (аудио) волны, а затем присваивая каждой точке измерения двоичное число с заданным количеством бит (длина слова). Чем больше длина слова, тем точнее представление исходного уровня аудиоволны.
Частота, на которой АЦП измеряет уровень аналоговой волны, называется частотой дискретизации или частотой дискретизации. Чем выше частота дискретизации, тем выше верхняя звуковая частота оцифрованного аудиосигнала.
АЦП выводит последовательность цифровых аудиосэмплов, которые составляют непрерывный поток нулей и единиц.
ЦАП преобразует числа обратно в аналоговый сигнал, объединяя информацию об уровне, хранящуюся в каждом цифровом сэмпле, тем самым восстанавливая исходную аналоговую форму волны.
В цифровых кассетах головка ленты движется вместе с лентой, как правило, по спиральной схеме, чтобы поддерживать достаточно высокую скорость и сохранять размер битов приемлемым.
Для оптических технологий записи на диск, таких как CD-R , лазер используется для изменения оптических свойств слоя красителя носителя. Более слабый лазер используется для считывания этих шаблонов.
Параметры производительности
Размер слова
Количество бит, используемых для представления аудиосигнала, напрямую влияет на результирующий шум или искажение в записи. [a] [54]
Частота дискретизации
Как утверждает теорема Найквиста-Шеннона , для предотвращения наложения спектров аудиосигнал должен быть дискретизирован с частотой, по крайней мере, вдвое превышающей частоту самого высокочастотного компонента сигнала. Для аудио музыкального качества наиболее распространенными являются частоты дискретизации 44,1 и 48 кГц.
Мастер-запись может быть сделана с более высокой частотой дискретизации (т. е. 88,2, 96, 176,4 или 192 кГц). Записи PCM высокого разрешения были выпущены на DVD-Audio (также известном как DVD-A), DualDisc (использующем слой DVD-Audio) или High Fidelity Pure Audio на Blu-ray. Кроме того, возможно выпустить запись высокого разрешения как несжатый WAV или сжатый без потерь файл FLAC [55] (обычно в 24 битах) без его понижающего преобразования . Остаются споры о том, дают ли более высокие частоты дискретизации какие-либо проверяемые преимущества потребительскому продукту. [56]
Начиная с 1980-х годов музыка, записанная, сведенная или отмастеренная в цифровом формате, часто маркировалась с использованием кода SPARS, чтобы описать, какие процессы были аналоговыми, а какие — цифровыми. Поскольку цифровая запись стала практически повсеместной, коды SPARS теперь используются редко.
Исправление ошибок
Одним из преимуществ цифровой записи перед аналоговой является ее устойчивость к ошибкам. Как только сигнал находится в цифровом формате, он не подвержен потере генерации при копировании. Вместо постепенной деградации, наблюдаемой в аналоговых носителях, цифровые носители подвержены эффекту обрыва .
^ Каммиски, П.; Джайант, Никил С.; Фланаган, Джеймс Л. (1973). «Адаптивное квантование в дифференциальном кодировании PCM речи». The Bell System Technical Journal . 52 (7): 1105–1118. doi :10.1002/j.1538-7305.1973.tb02007.x.
^ "И. С. Бах, Хельмут Риллинг – Органные произведения (1983, Винил)". Discogs .
^ abcd «Журнал об искусстве производства звукозаписи» Soundstream: Внедрение коммерческой цифровой звукозаписи в Соединенных Штатах».
^ "Том Стокхэм и цифровая аудиозапись". Архивировано из оригинала 2002-03-05.
^ "Sony PCM-1 на thevintageknob.org".
^ «Портал Sony Group — История Sony, глава 7. Превращаем цифровой звук в реальность».
^ abc "1978 3M Digital Audio Mastering System". NewBay Media, LLC. 1 сентября 2007 г. Получено 23 декабря 2017 г.
^ "Archie Shepp Discography". www.jazzdisco.org . Jazz Discography Project . Получено 22 декабря 2017 г. .
↑ Пенчански, Алан. «Лейблы аудиофилов — список растёт». Billboard, 20 мая 1978 г., стр. 50.
^ "Биллборд". 1979-07-21.
^ «Портал Sony Group — История Sony Глава 10. Студийные рекордеры становятся цифровыми».
^ "Ранние цифровые записи на видеокассетах PCM/U-matic и Betamax". 3 февраля 2014 г.
^ Цифровой аудиопроцессор PCM-1610
^ "Хольст, Гендель, Бах / Феннелл, Кливлендский симфонический ... - Telarc: TRC-80038 - Купить в ArkivMusic". www.arkivmusic.com . Получено 9 апреля 2018 г. .
^ "Recording Discography". thespco.org . 18 февраля 2014 . Получено 9 апреля 2018 .
^ "Аарон Копленд, Чарльз Айвз / Дирижер Деннис Рассел Дэвис Оркестр Камерного оркестра Святого Павла - Аарон Копленд: Аппалачская весна - Чарльз Айвз: Три места в Новой Англии". Discogs .
↑ Джон Брим (28 января 2018 г.). «Оркестр камерной музыки Св. Павла получил Грэмми за лучшее камерное исполнение». Star Tribune . Ранее SPCO получил Грэмми в 1980 г. в той же категории за Денниса Рассела Дэвиса, дирижировавшего «Copland: Appalachian Spring; Ives: Three Places in New England».
^ Пик, Ханс; Бергманс, Ян; Ван Хаарен, Йос; Туленаар, Франк; Стэн, Сорин (2009). Истоки и преемники компакт-диска (серия книг Philips Research, том 11) . Springer Science+Business Media BV стр. 10. ISBN978-1-4020-9552-8.
^ "Первый прототип CD Philips". Dutchaudioclassics.nl. 22 декабря 2017 г.
^ ab "Philips Pinkeltje - предварительная версия CDM0 - DutchAudioClassics.nl" .
^ "Герберт фон Караян Штраус eine Alpensinfonie & Metamorphosen Hybrid Stereo, японский импортный SACD" .
^ Николс, Роджер. «Я не могу угнаться за всеми форматами II». Роджер Николс. Архивировано из оригинала 20 октября 2002 г. Получено 23 декабря 2017 г.
^ Шерли, Нил. «Продюсер саундтрека к фильму «Звездный путь» рассказал подробности о новом релизе саундтрека». TrekMovie.com . Получено 23.01.2023 .
^ Форд, Хью (январь 1980). «Цифровая запись – в следующем году?» (PDF) . Studio Sound . стр. 40–41.
^ «Что такое компакт-диск (CD)? — Определение с сайта WhatIs.com».
^ "RETRO REVIEW Mitsubishi X-80 Open Reel Digital Recorder". Сентябрь 1999. Архивировано из оригинала 2021-03-07.
^ "Цифровой записывающий процессор Sony PCM-F1 1981 года". Сентябрь 2007 г.
^ «Обнаружена атака».
^ ab «Какие альбомы были выпущены на CD первыми?».
^ "ABBA – the Visitors (Prototype (2), Red Face, CD)". Discogs .
↑ Мендоса, Альваро (4 октября 2017 г.). «История компакт-дисков, классическая музыка и лос-ойдос-дель-эксито» Альваро Мендоса». MercadeoGlobal (на испанском языке) . Проверено 16 сентября 2021 г.
^ "El mundo conmemora los 25 años de la aparición del CD" . Cooperativa.cl (на испанском языке) . Проверено 16 сентября 2021 г.
^ "История Синклавира". 500sound.com . Получено 9 апреля 2018 г. .
^ «Какие альбомы были выпущены на CD первыми?». Kodak Digitizing . Получено 23 апреля 2024 г.
^ "Digital Audio Radio Service (DARS)". Университет Сан-Диего. Архивировано из оригинала 2009-10-15.
^ Петерсон, Джордж; Робайр, Джино [ред.] (1999). Алесис АДАТ: Эволюция революции . Миксбуки. п. 2. ISBN 0-87288-686-7 .
^ "Recordin' "La Vida Loca". Журнал Mix, ноябрь 1999 г. Архивировано из оригинала 04.06.2011.
↑ Kees Schouhamer Immink (март 1991 г.). «Будущее цифровой аудиозаписи». Журнал Audio Engineering Society . 47 : 171–172. Основной доклад был представлен на 104-м съезде Audio Engineering Society в Амстердаме во время празднования золотого юбилея общества 17 мая 1998 г.
^ Коулсон, Джош. "FLAC - новости". flac.sourceforge.net . Получено 9 апреля 2018 г. .
^ «Основы цифрового звука: частота дискретизации звука и битовая глубина».