Звук можно записывать , хранить и воспроизводить с использованием цифровых или аналоговых технологий. Оба метода вносят ошибки и искажения в звук, и эти методы можно систематически сравнивать. Музыканты и слушатели спорят о превосходстве цифровых звукозаписей над аналоговыми. Аргументы в пользу аналоговых систем включают отсутствие механизмов фундаментальных ошибок, которые присутствуют в цифровых аудиосистемах, включая наложение и связанную с ним реализацию фильтра сглаживания , джиттер и шум квантования . [1] Сторонники цифровых технологий указывают на высокий уровень качества, который возможен при использовании цифрового звука, включая превосходную линейность в слышимом диапазоне и низкий уровень шума и искажений. [2] : 7
Двумя заметными различиями в производительности между этими двумя методами являются полоса пропускания и отношение сигнал/шум (отношение сигнал/шум). Полоса пропускания цифровой системы определяется в соответствии с частотой Найквиста используемой частотой дискретизации . Пропускная способность аналоговой системы зависит от физических и электронных возможностей аналоговых схем. Отношение сигнал/шум в цифровой системе может быть ограничено разрядностью процесса оцифровки, но электронная реализация схем преобразования вносит дополнительный шум. В аналоговой системе существуют и другие источники естественного аналогового шума, такие как мерцающий шум и дефекты носителя записи. Другие различия в производительности специфичны для сравниваемых систем, например, возможность использования более прозрачных алгоритмов фильтрации в цифровых системах [3] , а также насыщение гармоник и изменения скорости в аналоговых системах.
Динамический диапазон аудиосистемы — это мера разницы между наименьшим и наибольшим значениями амплитуды, которые могут быть представлены в среде передачи. Цифровые и аналоговые данные различаются как методами передачи и хранения, так и поведением систем благодаря этим методам.
Динамический диапазон цифровых аудиосистем может превышать динамический диапазон аналоговых аудиосистем. Бытовые аналоговые кассеты имеют динамический диапазон от 60 до 70 дБ. Аналоговое FM-вещание редко имеет динамический диапазон, превышающий 50 дБ. [4] Динамический диапазон виниловой пластинки прямой резки может превышать 70 дБ. Аналоговые студийные мастер-пленки могут иметь динамический диапазон до 77 дБ. [5] Пластинка, сделанная из идеального алмаза , имеет атомный размер около 0,5 нанометра , что при размере канавки 8 микрон обеспечивает теоретический динамический диапазон 110 дБ. Пластинка, сделанная из идеального винила, будет иметь теоретический динамический диапазон 70 дБ. [6] Измерения показывают максимальную фактическую производительность в диапазоне от 60 до 70 дБ. [7] Обычно 16-битный аналого-цифровой преобразователь может иметь динамический диапазон от 90 до 95 дБ, [8] : 132 , тогда как отношение сигнал/шум (примерно эквивалентное динамическому диапазону, с учетом отсутствие шума квантования, но наличие шипения ленты) профессионального катушечного магнитофона диаметром ¼ дюйма будет составлять от 60 до 70 дБ при номинальной выходной мощности рекордера. [8] : 111
Преимущества использования цифровых записывающих устройств с точностью более 16 бит могут быть применены к 16-битным аудио компакт-дискам. Основатель Meridian Audio Джон Роберт Стюарт подчеркивает, что при правильном дизеринге разрешение цифровой системы теоретически бесконечно, и что можно, например, разрешать звуки с уровнем −110 дБ (ниже цифрового полномасштабного диапазона) в хорошем качестве. спроектирован 16-битный канал. [9] : 3
Существуют некоторые различия в поведении аналоговых и цифровых систем при наличии сигналов высокого уровня, когда существует вероятность того, что такие сигналы могут привести к перегрузке системы. При сигналах высокого уровня аналоговая магнитная лента приближается к насыщению , а высокочастотная характеристика падает пропорционально низкочастотной характеристике. Хотя это и нежелательно, звуковой эффект от этого может быть вполне приемлемым. [10] Напротив, цифровые диктофоны PCM демонстрируют небезопасное поведение при перегрузке; [11] : 65 выборок, превышающих пиковый уровень квантования, просто обрезаются, обрезая форму сигнала прямо, что вносит искажения в виде большого количества высокочастотных гармоник. В принципе, цифровые системы PCM имеют самый низкий уровень нелинейных искажений при полной амплитуде сигнала. Обратное обычно справедливо для аналоговых систем, где искажения имеют тенденцию увеличиваться при высоких уровнях сигнала. В исследовании Мэнсона (1980) рассматривались требования к цифровой аудиосистеме для высококачественного вещания. Он пришел к выводу, что 16-битной системы будет достаточно, но отметил небольшой резерв, который система обеспечивает в обычных условиях эксплуатации. По этой причине было предложено использовать быстродействующий ограничитель сигнала или « мягкий ограничитель » для предотвращения перегрузки системы. [12]
При многих записях искажения высокого уровня на пиках сигнала могут быть слышимо замаскированы исходным сигналом, поэтому большие искажения могут быть приемлемыми на пиковых уровнях сигнала. Разница между аналоговыми и цифровыми системами заключается в форме ошибки сигнала высокого уровня. Некоторые ранние аналого-цифровые преобразователи демонстрировали небезопасное поведение при перегрузке, когда сигналы перегрузки «переворачивались» от положительного к отрицательному полной шкале. Современные конструкции преобразователей, основанные на сигма-дельта модуляции, могут стать нестабильными в условиях перегрузки. Обычно целью разработки цифровых систем является ограничение сигналов высокого уровня для предотвращения перегрузки. [11] : 65 Чтобы предотвратить перегрузку, современная цифровая система может сжимать входные сигналы так, что невозможно достичь полной цифровой шкалы [13] : 4
В отличие от аналогового дублирования, цифровые копии представляют собой точные копии, которые можно дублировать бесконечно и без потери генерации в принципе. Исправление ошибок позволяет цифровым форматам выдерживать значительное ухудшение качества носителя, хотя цифровые носители не застрахованы от потери данных. Потребительские компакт-диски CD-R имеют ограниченный и переменный срок службы как из-за внутренних проблем, так и из-за проблем с качеством производства. [14]
При использовании виниловых пластинок при каждом воспроизведении диска будет некоторая потеря точности. Это происходит из-за износа иглы, контактирующей с поверхностью пластинки. Магнитные ленты, как аналоговые, так и цифровые, изнашиваются из-за трения между лентой и головками, направляющими и другими частями транспортировки ленты , когда лента скользит по ним. Коричневый осадок, оседающий на тампонах во время чистки тракта ленты лентопротяжного устройства, на самом деле представляет собой частицы магнитного покрытия, сброшенные с лент. Синдром липкого налета — распространенная проблема со старыми кассетами. Ленты также могут сминаться, растягиваться и иметь оборки по краям пластиковой основы, особенно при использовании некачественных или не выровненных кассетных дек.
При воспроизведении компакт-диска физический контакт отсутствует, поскольку данные считываются оптически с помощью лазерного луча. Таким образом, такого ухудшения качества носителя не происходит, и при правильном уходе компакт-диск будет звучать одинаково при каждом воспроизведении (без учета старения проигрывателя и самого компакт-диска); однако это преимущество оптической системы, а не цифровой записи, и формат Laserdisc обладает теми же бесконтактными преимуществами, что и аналоговые оптические сигналы. Компакт-диски подвержены гниению и со временем медленно портятся, даже если они хранятся правильно и не воспроизводятся. [15] M-DISC , оптическая технология записи, которая позиционируется как сохраняющая возможность чтения в течение 1000 лет, доступна на некоторых рынках, но по состоянию на конец 2020 года никогда не продавалась в формате CD-R . (Однако звук можно сохранить на M-DISC DVD-R в формате DVD-Audio .)
Для электронных аудиосигналов источники шума включают механический, электрический и тепловой шум в циклах записи и воспроизведения. Количество шума, которое аудиооборудование добавляет к исходному сигналу, можно определить количественно. Математически это можно выразить посредством отношения сигнал/шум (отношение SNR или S/N). Иногда вместо этого указывается максимально возможный динамический диапазон системы.
В цифровых системах качество воспроизведения зависит от этапов аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования и не зависит от качества носителя записи, при условии, что он способен сохранять цифровые значения без ошибок. Цифровые носители, способные хранить и извлекать данные с точностью до бита, в течение некоторого времени были обычным явлением, поскольку они обычно разрабатывались для программного хранения, не допускающего ошибок.
Согласно теории, процесс аналого-цифрового преобразования всегда будет вносить искажения квантования. Это искажение можно представить как некоррелированный шум квантования с помощью дизеринга . Величина этого шума или искажения определяется количеством уровней квантования. В двоичных системах это определяется и обычно выражается в количестве битов . Каждый дополнительный бит добавляет примерно 6 дБ к возможному ОСШ (например, 24 x 6 = 144 дБ для 24-битного квантования и 120 дБ для 20-битного квантования). 16-битная цифровая система аудио компакт-диска Red Book имеет 2 16 = 65 536 возможных амплитуд сигнала, что теоретически допускает отношение сигнал/шум 98 дБ . [2] : 49
Грохот – это разновидность шума, вызванная дефектами подшипников проигрывателей . Диск имеет тенденцию совершать небольшое движение помимо желаемого вращения, а поверхность проигрывателя также слегка перемещается вверх, вниз и из стороны в сторону. Это дополнительное движение добавляется к полезному сигналу в виде шума, обычно очень низких частот, создающего грохочущий звук во время тихих проходов. В очень недорогих проигрывателях иногда используются шарикоподшипники , которые, скорее всего, издают слышимый грохот. В более дорогих проигрывателях, как правило, используются массивные подшипники скольжения , которые с гораздо меньшей вероятностью создают неприятный грохот. Увеличение массы проигрывателя также приводит к снижению грохота. Хороший проигрыватель должен иметь гул как минимум на 60 дБ ниже указанного уровня выходного сигнала звукоснимателя. [16] : 79–82 Поскольку цифровые системы не имеют движущихся частей на пути прохождения сигнала, они не подвержены грохоту.
Вау и флаттер представляют собой изменение частоты аналогового устройства и являются результатом механических несовершенств. «Вау» — это форма трепетания, которое происходит с меньшей скоростью. Вау и трепетание наиболее заметны на сигналах, содержащих чистые тона. Для пластинок качество проигрывателя будет иметь большое влияние на уровень вау и трепета. Хороший проигрыватель будет иметь значения вау и флаттера менее 0,05%, что является отклонением скорости от среднего значения. [16] В записи также могут присутствовать гул и трепетание, как следствие неидеальной работы диктофона. Благодаря использованию прецизионных кварцевых генераторов в качестве временной шкалы цифровые системы не подвержены колебаниям и трепету.
Для цифровых систем верхний предел частотной характеристики определяется частотой дискретизации . Выбор частоты дискретизации в цифровой системе основан на теореме о дискретизации Найквиста-Шеннона . Это означает, что дискретизированный сигнал может быть воспроизведен точно до тех пор, пока он дискретизируется на частоте, более чем в два раза превышающей полосу пропускания сигнала, частоту Найквиста . Следовательно, частота дискретизации 40 кГц математически достаточна для захвата всей информации, содержащейся в сигнале, имеющем частотные составляющие меньше или равные 20 кГц. Теорема дискретизации также требует, чтобы содержимое частоты выше частоты Найквиста было удалено из сигнала перед его дискретизацией. Это достигается с помощью фильтров сглаживания , которым требуется полоса перехода для достаточного уменьшения наложения спектров. Полоса пропускания, обеспечиваемая частотой дискретизации 44 100 Гц, используемой стандартом для аудио компакт-дисков, достаточно широка, чтобы охватить весь диапазон человеческого слуха , который примерно простирается от 20 Гц до 20 кГц. [2] : 108 Профессиональные цифровые записывающие устройства могут записывать более высокие частоты, в то время как некоторые бытовые и телекоммуникационные системы записывают более ограниченный диапазон частот.
Некоторые производители аналоговых лент указывают частотные характеристики до 20 кГц, но эти измерения могли быть выполнены при более низких уровнях сигнала. [16] Компакт-кассеты могут иметь частотный диапазон до 15 кГц при полном уровне записи (0 дБ). [17] На более низких уровнях (-10 дБ) кассеты обычно ограничиваются частотой 20 кГц из-за самостирания ленточного носителя.
Частотная характеристика обычного проигрывателя пластинок может составлять от 20 Гц до 20 кГц, ±3 дБ. Низкочастотный отклик виниловых пластинок ограничен грохотом (описанным выше), а также физическими и электрическими характеристиками всего звукоснимателя и преобразователя в сборе. Высокочастотный отклик винила зависит от картриджа. Записи CD4 содержали частоты до 50 кГц. На пластиночных пластинках экспериментально вырезаны частоты до 122 кГц. [18]
Цифровые системы требуют, чтобы весь высокочастотный сигнал выше частоты Найквиста был удален перед дискретизацией, что, если этого не сделать, приведет к тому, что эти ультразвуковые частоты «свернутся» в частоты слышимого диапазона, создавая своего рода искажение, называемое псевдонимы . В цифровых системах сглаживание предотвращается фильтром сглаживания . Однако разработка аналогового фильтра, который точно удаляет весь частотный контент точно выше или ниже определенной частоты среза, непрактична. [19] Вместо этого обычно выбирается частота дискретизации, превышающая требование Найквиста. Это решение называется передискретизацией и позволяет использовать менее агрессивный и более дешевый фильтр сглаживания.
Ранние цифровые системы могли страдать от ряда ухудшений сигнала, связанных с использованием аналоговых фильтров сглаживания, например, временной дисперсии, нелинейных искажений , пульсаций , температурной зависимости фильтров и т. д. [20] : 8 Использование схемы передискретизации и дельты -сигма модуляция , менее агрессивный аналоговый фильтр сглаживания может быть дополнен цифровым фильтром. [19] Этот подход имеет ряд преимуществ, поскольку цифровой фильтр может иметь почти идеальную передаточную функцию в частотной области, с низкой внутриполосной пульсацией, без старения или теплового дрейфа. [20] : 18 Однако цифровой фильтр сглаживания может привести к ухудшению характеристик из-за отклика во временной области, особенно при более низких частотах дискретизации. [21] [22]
Аналоговые системы не подпадают под ограничение Найквиста или наложение спектров и, следовательно, не требуют фильтров сглаживания или каких-либо других конструктивных соображений, связанных с ними. Вместо этого ограничения аналоговых форматов хранения определяются физическими свойствами их конструкции.
Звук CD-качества дискретизируется с частотой 44 100 Гц ( частота Найквиста = 22,05 кГц) и разрядностью 16 бит. Выборка сигнала на более высоких частотах и использование большего количества битов на выборку позволяют еще больше снизить шум и искажения. DAT может сэмплировать звук с частотой до 48 кГц, а DVD-Audio — с частотой 96 или 192 кГц и разрешением до 24 бит. При любой из этих частот дискретизации информация о сигнале захватывается выше того, что обычно считается диапазоном частот человеческого слуха . Более высокие частоты дискретизации накладывают меньше ограничений на реализацию фильтра сглаживания, что может привести как к снижению сложности, так и к меньшему искажению сигнала.
Работа, проделанная в 1981 году Мураокой и др. [23] показали, что музыкальные сигналы с частотными компонентами выше 20 кГц отличались от сигналов без них лишь немногими из 176 испытуемых. [24] Исследование восприятия, проведенное Нисигучи и соавт. (2004) пришли к выводу, что «не было обнаружено существенной разницы между звуками с очень высокочастотными компонентами и без них среди звуковых стимулов и испытуемых... однако [Нисигучи и др.] до сих пор не могут ни подтвердить, ни опровергнуть возможность того, что некоторые испытуемые могут различать между музыкальными звуками с очень высокочастотными компонентами и без них». [25]
В тестах на слепое прослушивание, проведенных Бобом Кацем в 1996 году и описанных в его книге «Освоение звука: искусство и наука» , испытуемые, использующие одно и то же оборудование для воспроизведения с высокой частотой дискретизации, не смогли различить никакой слышимой разницы между программным материалом, одинаково отфильтрованным для удаления частот выше 20 кГц против 40 кГц. Это показывает, что наличие или отсутствие ультразвукового содержания не объясняет звуковые различия между частотами дискретизации. Он утверждает, что изменения во многом обусловлены характеристиками полосно-ограничивающих фильтров в преобразователях. Эти результаты позволяют предположить, что основное преимущество использования более высоких частот дискретизации заключается в том, что они вытесняют последовательные фазовые искажения полосоограничивающих фильтров за пределы слышимого диапазона и что в идеальных условиях более высокие частоты дискретизации могут не потребоваться. [26] Данн (1998) исследовал производительность цифровых преобразователей, чтобы выяснить, можно ли объяснить эти различия в производительности фильтрами, ограничивающими полосу пропускания, используемыми в преобразователях, и выявить вносимые ими артефакты. [27]
Сигнал записывается в цифровом виде с помощью аналого-цифрового преобразователя , который измеряет амплитуду аналогового сигнала через регулярные промежутки времени, заданные частотой дискретизации, а затем сохраняет эти дискретизированные числа в компьютерном оборудовании. Числа на компьютерах представляют собой конечный набор дискретных значений, а это означает, что если аналоговый сигнал дискретизируется в цифровом виде с использованием собственных методов (без сглаживания), амплитуда аудиосигнала будет просто округлена до ближайшего представления. Этот процесс называется квантованием, и эти небольшие ошибки в измерениях проявляются на слух как шум или искажения низкого уровня. Эта форма искажения, иногда называемая гранулярным или квантованным искажением, считается недостатком некоторых цифровых систем и записей, особенно некоторых ранних цифровых записей, где цифровая версия, как утверждается, уступала аналоговой версии. [28] Однако, «если квантование выполняется с использованием правильного дизеринга, то единственным последствием оцифровки является добавление белого, некоррелированного, доброкачественного, случайного минимального уровня шума. Уровень шума зависит от количества бит в канале». [9] : 6
Диапазон возможных значений, которые могут быть представлены численно с помощью выборки, определяется количеством используемых двоичных цифр. Это называется разрешением и обычно называется битовой глубиной в контексте звука PCM. Уровень шума квантования напрямую определяется этим числом, уменьшаясь экспоненциально (линейно в дБ) по мере увеличения разрешения. При достаточной разрядности случайный шум от других источников будет доминировать и полностью маскировать шум квантования. Стандарт Redbook CD использует 16 бит, что удерживает шум квантования на 96 дБ ниже максимальной амплитуды, что намного ниже различимого уровня практически для любого исходного материала. [29] Добавление эффективного дизеринга означает, что «на практике разрешение ограничено нашей способностью различать звуки в шуме. ... У нас нет проблем с измерением (и прослушиванием) сигналов с уровнем –110 дБ в хорошо спроектированном 16-битный канал». [9] DVD-Audio и большинство современных профессиональных записывающих устройств позволяют использовать сэмплы размером 24 бита.
Аналоговые системы не обязательно имеют дискретные цифровые уровни, на которых кодируется сигнал. Следовательно, точность, с которой может быть сохранен исходный сигнал, вместо этого ограничивается собственным собственным шумом и максимальным уровнем сигнала носителя и оборудования воспроизведения.
Поскольку аналоговая среда состоит из молекул , наименьшая микроскопическая структура представляет собой наименьшую единицу квантования записанного сигнала. Естественные процессы сглаживания, такие как случайные тепловые движения молекул, ненулевой размер измерительного прибора и другие эффекты усреднения, делают практический предел больше, чем у самой маленькой молекулярной структурной особенности. Теоретическая пластинка, состоящая из идеального алмаза, с размером канавки 8 микрон и размером элемента 0,5 нанометра, имеет квантование, аналогичное 16-битному цифровому образцу. [6]
Шум квантования можно сделать слышимым, применяя дизеринг . Для этого к исходному сигналу перед квантованием добавляется шум. Оптимальное использование сглаживания приводит к тому, что ошибка квантования становится независимой от сигнала [11] : 143 , и позволяет сохранять информацию о сигнале ниже младшего значащего бита цифровой системы. [9] : 3
Алгоритмы дизеринга также обычно имеют возможность использовать некоторый вид формирования шума , который перемещает частоту большей части шума дизеринга в области, менее слышимые человеческим ухом, снижая уровень шума, видимый слушателю.
Дизеринг обычно применяется во время мастеринга перед окончательным уменьшением разрядности [26] , а также на различных этапах DSP .
Одним из аспектов, который может ухудшить производительность цифровой системы, является джиттер . Это явление изменения во времени правильного интервала между дискретными выборками в зависимости от частоты дискретизации. Это может быть связано с неточностью времени цифровых часов. В идеале цифровые часы должны генерировать синхронизирующие импульсы через равные промежутки времени. Другими источниками джиттера в цифровых электронных схемах являются джиттер, вызванный данными, когда одна часть цифрового потока влияет на последующую часть при прохождении через систему, и джиттер, вызванный источником питания, когда шум источника питания вызывает нарушения синхронизации. сигналы в цепях, которые он питает.
Точность цифровой системы зависит от выбранных значений амплитуды, а также от временной регулярности этих значений. Аналоговые версии этой временной зависимости известны как ошибка высоты тона и «вау-и-трепетание».
Периодический джиттер создает модуляционный шум, и его можно рассматривать как эквивалент аналогового флаттера. [30] Случайный джиттер изменяет уровень шума цифровой системы. Чувствительность преобразователя к джиттеру зависит от конструкции преобразователя. [11] Было показано, что случайный джиттер длительностью 5 нс может быть существенным для 16-битных цифровых систем. [30]
В 1998 году Бенджамин и Гэннон исследовали слышимость джиттера с помощью тестов на прослушивание. [11] : 34 Они обнаружили, что самый низкий уровень слышимого джиттера составляет около 10 нс ( среднеквадратичное значение ). Это было на тестовом синусоидальном сигнале частотой 17 кГц . Что касается музыки, ни один слушатель не обнаружил слышимого джиттера на уровнях ниже 20 нс. Статья Ашихара и др. (2005) попытались определить пороги обнаружения случайного джиттера в музыкальных сигналах. Их метод включал в себя прослушивание тестов ABX . Обсуждая свои результаты, авторы отметили следующее:
На данный момент реальный джиттер в потребительских товарах кажется слишком малым, чтобы его можно было обнаружить хотя бы при воспроизведении музыкальных сигналов. Однако неясно, будут ли пороги обнаружения, полученные в настоящем исследовании, действительно представлять собой предел слухового разрешения или они будут ограничены разрешающей способностью оборудования. Искажения из-за очень небольшого джиттера могут быть меньше, чем искажения из-за нелинейных характеристик громкоговорителей. Ашихара и Кирю [8] оценили линейность громкоговорителя и наушников. По их наблюдениям, наушники кажутся более предпочтительными для создания достаточного звукового давления на барабанные перепонки с меньшими искажениями, чем громкоговорители. [31]
После первоначальной записи аудиосигнал обычно каким-либо образом изменяется, например, с использованием сжатия , эквалайзера , задержки и реверберации . В аналоговом случае это осуществляется в виде внешних аппаратных компонентов , а в цифровом случае то же самое обычно достигается с помощью плагинов в цифровой звуковой рабочей станции (DAW).
Сравнение аналоговой и цифровой фильтрации показывает технические преимущества обоих методов. Цифровые фильтры более точны и гибки. Аналоговые фильтры проще, могут быть более эффективными и не вносят задержку.
При изменении сигнала с помощью фильтра выходной сигнал может отличаться по времени от сигнала на входе, который измеряется как его фазовая характеристика . Все аналоговые эквалайзеры демонстрируют такое поведение: величина фазового сдвига различается по определенной схеме и сосредоточена вокруг настраиваемой полосы. Хотя этот эффект изменяет сигнал не только в виде строгого изменения частотной характеристики, он обычно не вызывает возражений у слушателей. [32]
Поскольку задействованные переменные могут быть точно указаны в расчетах, цифровые фильтры могут объективно работать лучше, чем аналоговые компоненты. [3] [33] Другая обработка, такая как задержка и микширование, может быть выполнена точно.
Цифровые фильтры также более универсальны. Например, линейный фазовый эквалайзер не вносит частотно-зависимый фазовый сдвиг. Этот фильтр может быть реализован в цифровом виде с использованием фильтра с конечной импульсной характеристикой, но не имеет практической реализации с использованием аналоговых компонентов.
Практическое преимущество цифровой обработки — более удобный вызов настроек. Параметры подключаемого модуля можно сохранить на компьютере, тогда как сведения о параметрах аналогового устройства необходимо записать или записать иным образом, если устройство необходимо использовать повторно. Это может быть затруднительно, когда целые миксы приходится вызывать вручную с помощью аналоговой консоли и внешнего оборудования. При цифровой работе все параметры можно просто сохранить в файле проекта DAW и мгновенно вызвать. Большинство современных профессиональных DAW также обрабатывают плагины в режиме реального времени, а это означает, что обработка может быть практически неразрушающей до окончательного сведения.
Сейчас существует множество плагинов, включающих аналоговое моделирование. Есть звукоинженеры , которые одобряют их и считают, что по звучанию они сравнимы с аналоговыми процессами, которые они имитируют. Аналоговое моделирование имеет некоторые преимущества перед аналоговыми аналогами, например, возможность удалять шум из алгоритмов и вносить изменения, чтобы сделать параметры более гибкими. С другой стороны, другие инженеры также считают, что моделирование все еще уступает оригинальным подвесным компонентам, и по-прежнему предпочитают смешивать «нестандартно». [34]
Субъективная оценка направлена на измерение того, насколько хорошо аудиокомпонент работает в соответствии с человеческим ухом. Наиболее распространенной формой субъективного теста является тест на прослушивание, при котором аудиокомпонент просто используется в контексте, для которого он был разработан. Этот тест популярен среди обозревателей Hi-Fi, когда компонент используется рецензентом в течение длительного времени, а затем описывается производительность в субъективных терминах. Общие описания включают в себя то, имеет ли компонент яркий или теплый звук или насколько хорошо компоненту удается представить пространственный образ .
Другой тип субъективного теста проводится в более контролируемых условиях и пытается устранить возможную предвзятость в тестах на прослушивание. Подобные тесты выполняются с компонентом, скрытым от прослушивателя, и называются слепыми тестами . Чтобы предотвратить возможную предвзятость со стороны лица, проводящего тестирование, можно провести слепое тестирование, чтобы этот человек также не знал об тестируемом компоненте. Этот тип теста называется двойным слепым тестом. Этот вид теста часто используется для оценки производительности сжатия звука с потерями .
Критики двойных слепых тестов считают, что они не позволяют слушателю чувствовать себя полностью расслабленным при оценке компонента системы и, следовательно, не могут судить о различиях между различными компонентами так же, как и при зрительных (неслепых) тестах. Те, кто использует метод двойного слепого тестирования, могут попытаться уменьшить стресс слушателя, выделяя определенное количество времени на его обучение. [35]
Первые цифровые аудиомашины давали неутешительные результаты: цифровые преобразователи вносили ошибки, которые можно было обнаружить ухом. [36] Звукозаписывающие компании выпустили свои первые пластинки на основе мастеров цифрового звука в конце 1970-х годов. Компакт-диски стали доступны в начале 1980-х годов. В то время аналоговое воспроизведение звука было развитой технологией .
Критическая реакция на ранние цифровые записи, выпущенные на компакт-дисках, была неоднозначной. Было замечено, что по сравнению с виниловыми пластинками компакт-диски гораздо лучше раскрывают акустику и окружающий фоновый шум среды записи. [37] По этой причине методы записи, разработанные для аналоговых дисков, например размещение микрофона, необходимо было адаптировать к новому цифровому формату. [37]
Некоторые аналоговые записи были переработаны в цифровые форматы. Аналоговые записи, сделанные в естественной акустике концертного зала, как правило, выигрывали от ремастеринга. [38] Процесс ремастеринга иногда подвергался критике за плохое управление. Если исходная аналоговая запись была довольно яркой, ремастеринг иногда приводил к неестественному выделению высоких частот. [38]
Формат Super Audio CD (SACD) был создан компаниями Sony и Philips , которые также были разработчиками более раннего стандартного формата аудио компакт-дисков. SACD использует Direct Stream Digital (DSD) на основе дельта-сигма модуляции . Используя этот метод, аудиоданные сохраняются как последовательность значений фиксированной амплитуды (т.е. 1 бит) с частотой дискретизации 2,884 МГц, что в 64 раза превышает частоту дискретизации 44,1 кГц, используемую компакт-дисками. В любой момент времени амплитуда исходного аналогового сигнала представлена плотностью единиц или нулей в потоке данных. Таким образом, этот поток цифровых данных можно преобразовать в аналоговый, пропустив его через аналоговый фильтр нижних частот.
Формат DVD-Audio использует стандартный линейный PCM с переменной частотой дискретизации и битовой глубиной, которые, по крайней мере, соответствуют стандартному звуку CD (16 бит, 44,1 кГц), а обычно значительно превосходят его.
В популярной прессе Hi-Fi высказывалось предположение, что линейный PCM «вызывает у людей стрессовую реакцию» и что DSD «является единственной системой цифровой записи, которая [...] не имеет таких эффектов». [39] Это утверждение, судя по всему, основано на статье доктора Джона Даймонда, опубликованной в 1980 году . [40] Суть утверждения о том, что записи PCM (единственная техника цифровой записи, доступная в то время) вызывала стрессовую реакцию, основывалась на использовании псевдонаучной техники прикладной кинезиологии , например, доктором Даймондом на презентации 66-й конвенции AES (1980). с тем же названием. [41] Ранее Даймонд использовал подобную технику, чтобы продемонстрировать, что рок-музыка (в отличие от классической) вредна для здоровья из-за присутствия «остановившегося анапестического ритма». [42] Претензии Даймонда относительно цифрового звука были поддержаны Марком Левинсоном , который утверждал, что, хотя записи PCM вызывают стрессовую реакцию, записи DSD этого не делают. [43] [44] [45] Однако двойной слепой субъективный тест между линейным PCM высокого разрешения (DVD-Audio) и DSD не выявил статистически значимой разницы. Слушатели, участвовавшие в этом тесте, отметили, что им очень трудно услышать разницу между двумя форматами. [46]
Возрождение винила отчасти связано с несовершенством аналогового звука, который добавляет «теплоты». [47] Некоторые слушатели предпочитают такой звук компакт-диску. Основатель и редактор журнала The Absolute Sound Гарри Пирсон говорит, что «LP определенно более музыкальны. Компакт-диски истощают душу от музыки. Эмоциональная вовлеченность исчезает». Продюсер дубляжа Адриан Шервуд испытывает схожие чувства по поводу аналоговой кассеты, которую он предпочитает из-за ее «более теплого» звука. [48]
Сторонники цифрового формата указывают на результаты слепых испытаний, которые демонстрируют высокую производительность цифровых записывающих устройств. [49] Утверждается, что «аналоговый звук» является скорее продуктом неточностей аналогового формата, чем чего-либо еще. Одним из первых и крупнейших сторонников цифрового звука был классический дирижер Герберт фон Караян , который сказал, что цифровая запись «определенно превосходит любую другую форму записи, которую мы знаем». Он также был пионером неудачной цифровой компакт-кассеты и провел первую запись, когда-либо выпущенную на компакт-диске: Eine Alpensinfonie Рихарда Штрауса . Восприятие очевидного превосходства аналогового звука было также поставлено под сомнение музыкальными аналитиками после того, как аудиофильский лейбл Mobile Fidelity Sound Lab тайно использовал файлы Direct Stream Digital для производства виниловых релизов, продаваемых как полученные с аналоговых мастер-лент, вместе с юристом и аудиофилом Рэнди. Браун заявляет: «Эти люди, которые утверждают, что у них золотые уши и могут услышать разницу между аналоговым и цифровым, оказывается, вы не можете». [50] [51]
Хотя слова «аналоговый звук» обычно подразумевают, что звук описывается с использованием подхода непрерывного сигнала, а слова «цифровой звук» подразумевают дискретный подход, существуют методы кодирования звука, которые находятся где-то между ними. Действительно, все аналоговые системы демонстрируют дискретное (квантованное) поведение на микроскопическом уровне. [52] Хотя виниловые пластинки и обычные компакт-кассеты являются аналоговыми носителями и используют квазилинейные физические методы кодирования (например, глубину спиральной канавки, напряженность магнитного поля ленты ) без заметного квантования или наложения спектров, существуют аналоговые нелинейные системы, которые демонстрируют эффекты, аналогичные те, которые встречаются в цифровых технологиях, такие как наложение псевдонимов и «жесткие» динамические полы (например, частотно-модулированный звук Hi-Fi на видеокассетах, сигналы с ШИМ- кодированием).
Таким образом, 16-битная система дает теоретическое соотношение сигнал/шум 98 дБ...
Отношение сигнал/шум NAB (две дорожки 1/4 дюйма, ширина дорожки 2,0 мм, среднеквадратичное значение, A-взвешенное) 30 дюймов в секунду — 75 дБ
{{cite conference}}: CS1 maint: постскриптум ( ссылка ){{cite conference}}: CS1 maint: постскриптум ( ссылка )