Аналог или цифра в звуке что лучше

Аналог и цифра в записи: где же звук милее, неквадратней и круглее?

Если говорить о самых крутых откровениях звукозаписи, то таковыми окажутся не унылое гугукание аудиофильского джаза на High-End системе, а какие-то исторические фонограммы, например, голос Льва Толстого. Несмотря на треск и искажения, очевидно, что вещает другая планета — вроде и по-русски, но здесь так не говорят уже много лет.

Прыжок во времени удался благодаря тому, что в 1908 году Томас Эдисон прислал писателю фонограф. Самая ранняя дошедшая до нас аудиозапись относится к 1860 году и была исполнена на покрытой сажей бумаге. Звучат французские народные песни, и тоже, скажу я вам – сегодня это производит впечатление жутковатого и величественного арт-объекта, куда там даггеротипной фотографии.

Любопытно, что за 150 с лишним лет основной мотив инженеров остался прежним – долговечность носителя. Нежные валиковые цилиндры Эдисона вытеснили граммофоны с шеллачными пластинками, которые через 60 лет были похоронены винилом, который на тот момент рекламировался как исключительно неубиваемый. Дальнейшую историю знают даже дети.

Сегодня в наши пресыщенные дни разница между цифровой и аналоговой звукозаписями переползла из практик в область мировоззренческих разговоров и претензий. В немалой степени это якобы существующее противостояние между «теплым аналогом» и «бесстрастной цифрой» подогревается искусственно – без интриги потребитель меньше трепещет и реже совершает покупки. Где же звук милее, неквадратней и круглее?

Давайте послушаем одну из первых all-digital фонограмм, которая была исполнена еще до появления коммерческого CD-носителя. Альбом Рая Кудера Bop Till You Drop был записан в 1979 году на 32-дорожечной цифровой системе, которая предлагалась американским промышленным гигантом 3M за 115 тысяч долларов. 4-дорожечная версия стоила дешевле — всего 35 тысяч.

Цифро-аналоговая цепь рекордера работала на частоте дискретизации 50 кГц и для 16-битового разрешения использовала комбинацию из 12-битных и 8-битных конвертеров — чипов с более высоким разрешением тогда еще не существовало. В спецификации цифрового магнитофона 3M можно встретить непрестижные по нынешним временам показатели — например, неравномерность АЧХ (+0.5 и -3дБ) на участке 10 Гц – 20 кГц.

Тем не менее, Рай Кудер звучит вполне опрятно, на уровне «типичной записи с претензией на аудиофилию». Я могу себе представить, какой это был глоток свободы после капризных аналоговых мастер-лент. Неудивительно, что цифровыми рекордерами 3M впоследствии обзавелась многие студии звукозаписи.

32-дорожечная мастеринговая система 3M, на которой были записаны первые цифровые коммерческие записи.

Но слушатели все равно хотят ловить ложные сущности. Вот, например, альбом Random Access Memories несколько переоцененной в свое время группы Daft Punk. Фанаты все не могут решить — какое издание является более аутентичным — виниловое или официальный релиз в 24 бит/88 кГц. Издатель утверждает, что сессии Random Access Memories писались в 24/96 и микшировались на аналоговом носителе с последующей финальной оцифровкой 24/88. Где здесь теплый аналог, а где холодная цифра?

Когда компакт-диски были молодыми, считалось хорошим тоном указывать на них происхождение мастера. DDD — означал full digital на всех этапах. Тогда это сулило высшую степень технокрутизны, полную тишину в паузах, да и продавались такие CD лучше остальных.

ADD указывал на сессии на аналоговых лентах, которые затем микшировались в цифровой носитель. Записи AAD оставались аналоговыми вплоть до непосредственного мастеринга для CD.

Гораздо реже случались DAD, где цифровые исходники микшировались в аналоге — история с Random Access Memories как раз этот случай. Зачем нужны такие манипуляции? Студийные загадки для непосвященных, иногда маэстро любят с многозначительным видом поговорить о том, как обогащается жиром саунд, когда его сгоняешь с одной катушки на другую.

И самый интересный вопрос на засыпку — а как же звучит та самая Bop Till You Drop на виниловой пластинке? Честный ответ — чуть-чуть, но все-таки лучше, острее и живее чем CD. И черт его знает почему.

Возможно, процедура трансфера со студийного носителя с частотой дискретизации 50 кГц на CD-матрицу был далек от совершенства. Например, в отсутствие прямого цифрового интерфейса между форматами сигнал с 3М могли вывести в аналоге и оцифровать заново. Или при мастеринге под винил сделали полезную эквализацию.

А может этот тот самый жир саунда? Все может быть, это дикое поле звуковых экспериментов, в котором всегда проигравший и недовольный — ты и твой кошелек.

Цифра или аналог? Как выбрать аудиосистему для дома

Нынешнее море предложений на рынке аудиотехники может сбить новичка с толку. Все говорят о ренессансе винила – но насколько будут доступны виниловые пластинки? И как обстоят дела с пресловутым «треском» на LP? Стоит ли остановиться на цифровом тракте? А что, если замахнуться на магнитную ленту и бобинник? Ниже мы расставим точки над «i» в данных вопросах – так что, если раздумываете, как выбрать аудиосистему (Hi-Fi систему) для дома, читайте наш новый гид.

1. Самый простой способ – Hi-Fi система со стримингом цифровой музыки

Конечно, ни о каком MP3 сейчас речи не идет – потоковые сервисы давно взяли на вооружение более прогрессивные сжатые форматы, а также они предлагают и стриминг без потерь, и даже Hi-Res-потоки (пусть и в не слишком высокой разрядности, или в MQA). Изюминка такого подхода в том, что вы (за скромную подписную сумму) получаете условно «всю» или большую часть мировой медиатеки – десятки тысяч альбомов в любых жанрах. Минус в том, что те же TIDAL или Qobuz (предлагающие наилучшее качество на сегодня) официально так и не вышли на наш рынок, но, даже если вам и удастся запустить такой стриминг, его качество явно проиграет вариантам, на которых мы остановимся ниже. Так что, данная сборка более всего подходит для меломанов – аудиофилы обычно используют потоковое вещание для ознакомления с музыкой и формирования списка покупок в других форматах.

Плюсы – высочайшая эргономика, тысячи альбомов «на кончиках пальцев»

Минусы – не всегда высокое качество звучания

Вердикт – сборка для эгоистов, или тракт для ознакомления с музыкой и её приобретения в других (более качественных) форматах

2. Посложнее, но качественнее – аудиосистема с музыкальным сервером

Если для вас не важно «держать музыку в руках», рассматривать печатные буклеты и собирать коллекцию на полке, можно остановиться на варианте с музыкальным сервером. В этом случае вы приобретаете треки в качественных цифровых версиях, вплоть до DSD256 – но релизов в таких форматах пока немного. Впрочем, никто не мешает закупиться легальной музыкой в обычных Hi-Res форматах или оцифровать собственную коллекцию компакт-дисков. Все треки станут доступны «в несколько касаний», да и место в квартире высвободится.

Плюсы – высшие форматы DSD обеспечивают роскошный саунд

Минусы – за контентом придется поохотиться, цифровой налет в звучании все равно сохраняется

Вердикт – выбор тех, кому не важно «держать музыку в руках»

3. Любителям физических форматов – инсталляция на базе SACD/CD-плеера

Если у вас уже есть достаточно компакт-дисков или вы планируете приобретать редкие японские SACD (в Стране Восходящего Солнца формат весьма популярен), то стоит подумать о тракте с SACD/CD-плеером в качестве источника музыки. Многие модели проигрывателей, к тому же, умеют работать по домашней сети и оснащаются модулем цифрового стриминга. Тогда одним выстрелом будет убито сразу несколько зайцев.

Плюсы – нет привязки к Интернету, манипуляций с сетью, записи «можно потрогать» и рассмотреть буклеты

Минусы – физические цифровые форматы постепенно сходят со сцены

Вердикт – прежде всего такой вариант подойдет тем, у кого уже есть «шкафы» с дисками

4. Блеск и нищета винила – самый простой способ прикоснуться к аналогу

Как ни крути, именно виниловый ренессанс на сегодня – свершившийся факт. На новодельных пластинках выходят почти все свежие релизы, число переизданий ширится день ото дня, а если вам хочется прикоснуться к оригиналам «золотой эры», можно поохотиться и за первыми прессингами известных альбомов. Не бойтесь «треска», новые пластинки (или первопрессы в отличном состоянии) почти не шумят – а вот с настройкой головки звукоснимателя и тонарма придется повозиться. Необходим будет и фонокорректор. Правда, сейчас появляется все больше предложений на фабричные готовые модели с уже инсталлированным картриджем – так что все, что потребуется в дальнейшем, так это сохранять осторожность в работе (поломка кантилевера звукоснимателя – не редкость, особенно для новичков в аналоговом звуке).

Плюсы – слитный и текучий звук радикально отличается от «колкого» цифрового

Минусы – потребуется масса манипуляций при сборке и настройке, а также крайняя осторожность в обращении

Вердикт – выбор сегодняшнего дня

5. Аналоговая роскошь – система на базе катушечного магнитофона

Увы и ах, но именно магнитная лента (в двухдорожечном формате на скоростях от 38 до 76 см/с) сейчас является «вершиной пирамиды» по части качества воспроизведения. Катушечный магнитофон с легкость уложит на лопатки любое иное современное средство воспроизведения – ложкой дегтя в этом великолепии станет лишь весьма скудный выбор предлагаемых к продаже копий мастер-лент. Тем не менее, каждый год появляются всё новые продавцы легальных записей, ширится и парк современной катушечной техники – если раньше можно было обращать внимание только на винтаж, то сегодня (если выделено от 12 тысяч евро на покупку) уже можно думать и о новеньком бобиннике.

Плюсы – ультимативное качество звучания, не оставляющее и камня на камне от других форматов

Минусы – крайне ограниченный выбор фирменных записей, чрезвычайная дороговизна воспроизводящей техники и релизов на катушках

Вердикт – как второй или третий источник звука в системе такой вариант подойдет – особенно, если бюджет позволяет такие траты

Вывод

Скомбинируйте варианты 1 и 4 – два источника в современной Hi-Fi системе уже становятся стандартом. Стриминг позволит вам иметь доступ практически к любой музыке – а избранные «жемчужины» всегда можно будет приобрести на виниле и поставить в коллекцию.

На заметку – Полный гид покупателя по лучшей технике сезона размещен здесь

Аналоговый и цифровой звук: основные преимущества и недостатки

Звук представляет собой физическое явление. Это упругие волны механических колебаний, распространяющиеся в газообразной, твердой или жидкой среде. Под звуком чаще рассматривают те колебания, которые воспринимаются животными и людьми. Основными характеристиками звука считаются амплитуда и спектр частот. Для людей второй показатель колеблется в диапазоне 16-20Гц – 15-20 кГц. Все что ниже этого диапазона, называют инфразвуком, выше – ультразвуком (до 1 ГГц) или гиперзвуком (от 1 ГГц). Громкость звука формирует звуковое давление и его эффективность, форма колебаний и их частота, а вот высота звука зависит от величины звукового давления и частоты.

Аналогово цифровое преобразование

Звуковой сигнал может быть аналоговым или цифровым. Если рассматривать аналоговый сигнал, исходящий из аналоговой аппаратуры, то представляет он собой непрерывный электрический сигнал. Цифровой звук – это сигнал, представленный дискретными численными значениями его амплитуды. То есть такой сигнал записывается в виде чисел, а считывается он компьютерной техникой.

Аналоговый звук можно преобразовать в цифровой путем обработки аналогового сигнала, придавая ему численных значений. Сделать это можно в два этапа. Первый – дискретизация, в ходе которой из сигнала, который необходимо преобразовать, в определенные временные промежутки выбирают величины по заданным значениям. Второй – квантование: процесс разбиения значений, полученных в ходе дискретизации значений амплитуды звука с максимально приближенной точностью.

В аналогово-цифровом преобразовании точные значения не используются – все величины указываются округленными, поскольку из-за ограничения оперативной памяти приборов реальное значение амплитуды указать невозможно – оно бесконечное.

Частота дискретизации и разрядность

Эти два понятия часто рассматривают во время описания цифровых записывающих приборов. Итак, частота дискретизации означает частоту, с которой фиксируется частотность отсчетов входных сигналов записывающим устройством. Когда аналоговый звук преобразовывают в цифровой, он записывается отдельными отсчетами, то есть значениями интенсивности сигнала в конкретные временные периоды.

Частота дискретизации чаще всего имеет следующие стандартные значения:

• 44,1 кГц;
• 48 кГц;
• 96 кГц.

Чтобы получить лучшее качество цифровой записи, следует использовать большую частоту дискретизации: за счет большего количества отсчетов за секунду времени улучшается качество преобразованного звука.

А что же такое разрядность? Когда речь заходит о записывающих устройствах, мы часто слышим такие единицы измерения информации, как 16 бит, 24 бита и т.д. Обозначают они количество единиц информации, которыми можно изобразить значение отсчетов, получаемых при цифровой записи (причем каждого отсчета в отдельности). В этом случае качество получаемого звука тем выше, чем большая величина единицы измерения. Однако стоит учесть, что не от количества бит зависит значение интенсивности звука, а от точности его представления.

Аналог и цифра в записи: где же звук милее, неквадратней и круглее?

Если говорить о самых крутых откровениях звукозаписи, то таковыми окажутся не унылое гугукание аудиофильского джаза на High-End системе, а какие-то исторические фонограммы, например, голос Льва Толстого. Несмотря на треск и искажения, очевидно, что вещает другая планета — вроде и по-русски, но здесь так не говорят уже много лет.

Прыжок во времени удался благодаря тому, что в 1908 году Томас Эдисон прислал писателю фонограф. Самая ранняя дошедшая до нас аудиозапись относится к 1860 году и была исполнена на покрытой сажей бумаге. Звучат французские народные песни, и тоже, скажу я вам – сегодня это производит впечатление жутковатого и величественного арт-объекта, куда там даггеротипной фотографии.

Любопытно, что за 150 с лишним лет основной мотив инженеров остался прежним – долговечность носителя. Нежные валиковые цилиндры Эдисона вытеснили граммофоны с шеллачными пластинками, которые через 60 лет были похоронены винилом, который на тот момент рекламировался как исключительно неубиваемый. Дальнейшую историю знают даже дети.

Сегодня в наши пресыщенные дни разница между цифровой и аналоговой звукозаписями переползла из практик в область мировоззренческих разговоров и претензий. В немалой степени это якобы существующее противостояние между «теплым аналогом» и «бесстрастной цифрой» подогревается искусственно – без интриги потребитель меньше трепещет и реже совершает покупки. Где же звук милее, неквадратней и круглее?

Давайте послушаем одну из первых all-digital фонограмм, которая была исполнена еще до появления коммерческого CD-носителя. Альбом Рая Кудера Bop Till You Drop был записан в 1979 году на 32-дорожечной цифровой системе, которая предлагалась американским промышленным гигантом 3M за 115 тысяч долларов. 4-дорожечная версия стоила дешевле — всего 35 тысяч.

Цифро-аналоговая цепь рекордера работала на частоте дискретизации 50 кГц и для 16-битового разрешения использовала комбинацию из 12-битных и 8-битных конвертеров — чипов с более высоким разрешением тогда еще не существовало. В спецификации цифрового магнитофона 3M можно встретить непрестижные по нынешним временам показатели — например, неравномерность АЧХ (+0.5 и -3дБ) на участке 10 Гц – 20 кГц.

Тем не менее, Рай Кудер звучит вполне опрятно, на уровне «типичной записи с претензией на аудиофилию». Я могу себе представить, какой это был глоток свободы после капризных аналоговых мастер-лент. Неудивительно, что цифровыми рекордерами 3M впоследствии обзавелась многие студии звукозаписи.

32-дорожечная мастеринговая система 3M, на которой были записаны первые цифровые коммерческие записи.

Но слушатели все равно хотят ловить ложные сущности. Вот, например, альбом Random Access Memories несколько переоцененной в свое время группы Daft Punk. Фанаты все не могут решить — какое издание является более аутентичным — виниловое или официальный релиз в 24 бит/88 кГц. Издатель утверждает, что сессии Random Access Memories писались в 24/96 и микшировались на аналоговом носителе с последующей финальной оцифровкой 24/88. Где здесь теплый аналог, а где холодная цифра?

Когда компакт-диски были молодыми, считалось хорошим тоном указывать на них происхождение мастера. DDD — означал full digital на всех этапах. Тогда это сулило высшую степень технокрутизны, полную тишину в паузах, да и продавались такие CD лучше остальных.

ADD указывал на сессии на аналоговых лентах, которые затем микшировались в цифровой носитель. Записи AAD оставались аналоговыми вплоть до непосредственного мастеринга для CD.

Гораздо реже случались DAD, где цифровые исходники микшировались в аналоге — история с Random Access Memories как раз этот случай. Зачем нужны такие манипуляции? Студийные загадки для непосвященных, иногда маэстро любят с многозначительным видом поговорить о том, как обогащается жиром саунд, когда его сгоняешь с одной катушки на другую.

И самый интересный вопрос на засыпку — а как же звучит та самая Bop Till You Drop на виниловой пластинке? Честный ответ — чуть-чуть, но все-таки лучше, острее и живее чем CD. И черт его знает почему.

Возможно, процедура трансфера со студийного носителя с частотой дискретизации 50 кГц на CD-матрицу был далек от совершенства. Например, в отсутствие прямого цифрового интерфейса между форматами сигнал с 3М могли вывести в аналоге и оцифровать заново. Или при мастеринге под винил сделали полезную эквализацию.

А может этот тот самый жир саунда? Все может быть, это дикое поле звуковых экспериментов, в котором всегда проигравший и недовольный — ты и твой кошелек.

Джиттер и шум квантования

В АЦП рассматривают еще и такие понятия, как джиттер и шум квантования. Рассмотрим коротко, что они собой представляют.

Итак, джиттер называют фазовым дрожанием цифрового сигнала. В целом это нежелательные (случайные) фазовые и/или частотные отклонения сигнала, что передаются носителем. Может возникнуть по причине нестабильности работы задающего генератора из-за изменения параметров (временных или частотных) линии передачи. Джиттер может проявляться в виде задержек и затухания сигнала, шумов.

В АЦП джиттером называют смещение во временном периоде моментов квантования во время оцифровки аналогового звука. Связано это с несовершенством тактового сигнала, который задает момент семплирования.

Шумом квантования называют ошибки, которые возникают в процессе преобразования аналогового сигнала в цифру. Могут возникать вследствие округления или усечения сигналов. Оба рассмотренные явления влияют на качество итогового звучания. Поэтому, чтобы избежать данных ошибок, во время АЦП передачу сигнала с одного регистра на другой следует осуществлять максимально точно. Кроме того, важно использовать качественную аппаратуру для преобразования сигнала: это касается и звукозаписывающих приборов, и источников питания, и кварцевых генераторов.

Преимущества и недостатки аналогового сигнала

Преимуществом аналогового сигнала является то, что именно в аналоговом виде мы воспринимаем звук своими ушами. И хотя наша слуховая система переводит воспринимаемый звуковой поток в цифровой вид и передает в таком виде в мозг, наука и техника пока не дошла до возможности именно в таком виде подключать плееры и другие источники звука напрямик. Подобные исследования сейчас активно ведутся для людей с ограниченными возможностями, а мы наслаждаемся исключительно аналоговым звуком.
Недостатком аналогового сигнала являются возможности по хранению, передаче и тиражированию сигнала. При записи на магнитную ленту или винил, качество сигнала будет зависеть от свойств ленты или винила. Со временем лента размагничивается и качество записанного сигнала ухудшается. Каждое считывание постепенно разрушает носитель, а перезапись вносит дополнительные искажения, где дополнительные отклонения добавляет следующий носитель (лента или винил), устройства считывания, записи и передачи сигнала.

Были сотни тысяч бедных семей, которые находят свой первый источник развлечений на телевидении. Правительство начало спорную программу по распространению телевизоров по всей стране. Чиновник также сказал, что его министерство поставило три телевизора в секунду, до 000 в день, в более чем 1000 мест в стране.

В общей сложности правительство выделило 4 миллиона устройств. По оценкам Федерального института электросвязи, с доставкой телевизоров охвачено 105 миллионов мексиканцев и может получать цифровой сигнал. Эти волны, однако, являются маргинальными, поскольку они достигают лишь 1% населения в зонах «отдаленной, рассеянной и низкой плотности населения».

Делать копию аналогового сигнала, это все равно, что для копирования фотографии ее еще раз сфотографировать.

Цифро аналоговое преобразование

Когда звук был преобразован в цифровой сигнал, чтобы его прослушать, его необходимо снова перевести в аналоговое звучание. Для этого используются цифро-аналоговые преобразователи. На примере аудио интерфейсов рассмотрим, как происходит этот процесс. Аналоговый звук попадает в микшер (аналоговый вход) и направляется в АЦП, где он квантуется и дискретизируется. Полученный цифровой сигнал на выходе проходит такой же процесс, только обратный: данные проходят через цифро-аналоговый преобразователь, который превращает их в аналоговый сигнал. На схеме процесс выглядит так:

Как ЦАП строят волну

ЦАП – это цифро-аналоговый преобразователь, элемент, переводящий цифровой звук в аналоговый. Мы рассмотрим поверхностно основные принципы. Если по комментариям будет виден интерес более подробно рассмотреть ряд моментов, то будет выпущен отдельный материал.

Мультибитные ЦАП

Очень часто волну представляют в виде ступенек, что обусловлено архитектурой первого поколения мультибитных ЦАП R-2R, работающих аналогично переключателю из реле.

На вход ЦАП поступает значение очередной координаты по вертикали и в каждый свой такт он переключает уровень тока (напряжения) на соответствующий уровень до следующего изменения.

Хотя считается, что ухо человека слышит не выше 20 кГц, и по теории Найквиста можно восстановить сигнал до 22 кГц, остается вопрос качества этого сигнала после восстановления. В области высоких частот форма полученной «ступенчатой» волны обычно далека от оригинальной. Самый простой выход из ситуации – это увеличивать частоту дискретизации при записи, но это приводит к существенному и нежелательному росту объема файла.

Альтернативный вариант – искусственно увеличить частоту дискретизации при воспроизведении в ЦАП, добавляя промежуточные значения. Т.е. мы представляем путь непрерывной волны (серая пунктирная линия), плавно соединяющий исходные координаты (красные точки) и добавляем промежуточные точки на этой линии (темно фиолетовые).

При увеличении частоты дискретизации обычно необходимо повышать и разрядность, чтобы координаты были ближе к аппроксимированной волне.

Благодаря промежуточным координатам удается уменьшить «ступеньки» и построить волну ближе к оригиналу.

Когда вы видите функцию повышения частоты с 44.1 до 192 кГц в плеере или внешнем ЦАП, то это функция добавления промежуточных координат, а не восстановления или создание звука в области выше 20 кГц.

Изначально это были отдельные SRC микросхемы до ЦАП, которые потом перекочевали непосредственно в сами микросхемы ЦАП. Сегодня можно встретить решения, где к современным ЦАП добавляется такая микросхема, это сделано для того, чтобы обеспечить альтернативу встроенным алгоритмам в ЦАП и порой получить еще более лучший звук (как например это сделано в Hidizs AP100).

Основной отказ в индустрии от мультибитных ЦАП произошел из-за невозможности дальнейшего технологического развития качественных показателей при текущих технологиях производства и более высокой стоимости против «импульсных» ЦАП-ов с сопоставимыми характеристиками. Тем не менее, в Hi-End продуктах предпочтение отдают зачастую старым мультибитным ЦАП-ам, нежели новым решениям с технически более хорошими характеристиками.

Импульсные ЦАП

В конце 70-тых широкое распространение получил альтернативный вариант ЦАП-ов, основанный на «импульсной» архитектуре – «дельта-сигма». Технология импульсных ЦАП-ов стала возможной появлению сверх-быстрых ключей и позволила использовать высокую несущую частоту.

Амплитуда сигнала является средним значением амплитуд импульсов (зеленым показаны импульсы равной амплитуды, а белым итоговая звуковая волна).

Например последовательность в восемь тактов пяти импульсов даст усредненную амплитуду (1+1+1+0+0+1+1+0)/8=0,625. Чем выше несущая частота, тем больше импульсов попадает под сглаживание и получается более точное значение амплитуды. Это позволило представить звуковой поток в однобитном виде с широким динамическим диапазоном.

Усреднение возможно делать обычным аналоговым фильтром и если такой набор импульсов подать напрямую на динамик, то на выходе мы получим звук, а ультра высокие частоты не будут воспроизведены из-за большой инертности излучателя. По этому принципу работают ШИМ усилители в классе D, где плотность энергии импульсов создается не их количеством, а длительностью каждого импульса (что проще в реализации, но невозможно описать простым двоичным кодом).

Мультибитный ЦАП можно представить как принтер, способный наносить цвет пантоновыми красками. Дельта-Сигма – это струйный принтер с ограниченным набором цветов, но благодаря возможности нанесению очень мелких точек (в сравнении с пантовым принтером), за счет разной плотности точек на единицу поверхности дает больше оттенков.

На изображении мы обычно не видим отдельных точек из-за низкой разрешающей способности глаза, а только средний тон. Аналогично и ухо не слышит импульсов по отдельности.

В конечном итоге при текущих технологиях в импульсных ЦАП можно получить волну, близкую к той, что теоретически должна получится при аппроксимации промежуточных координат.

Надо отметить, что после появления дельта-сигма ЦАП исчезла актуальность рисовать «цифровую волну» ступеньками, т.к. так ступеньками волну современные ЦАП не строят. Правильно дискретный сигнал строить точками соединенной плавной линией.

Являются ли идеальными импульсные ЦАП?

Но на практике не все безоблачно, и существует ряд проблем и ограничений.

Т.к. подавляющее количество записей сохранено в многоразрядном сигнале, то перевод в импульсный сигнал по принципу «бит в бит» требует излишне высокую несущую частоту, которую современные ЦАП не поддерживают.

Основной функцией современных импульсных ЦАП является перевод многоразрядного сигнала в однобитный с относительно невысокой несущей частотой с прореживанием данных. В основном именно эти алгоритмы и определяют конечное качество звучания импульсных ЦАП-ов.

Чтобы уменьшить проблему высокой несущей частоты, звуковой поток разбивается на несколько однобитных потоков, где каждый поток отвечает за свою группу разряда, что эквивалентно кратному увеличению несущей частоты от числа потоков. Такие ЦАП называются мультибитными дельта-сигма.

Сегодня импульсные ЦАП-ы получили второе дыхание в быстродействующих микросхемах общего назначения в продуктах компаний NAD и Chord за счет возможности гибко программировать алгоритмы преобразования.

Громкость в цифровом звуке

Громкость цифровых сигналов не должна превышать 0db. Если не учитывать этот нюанс, на входе или выходе мы получаем перегрузку цифрового сигнала. Это значение является самой высокой точкой, то есть пиковым значением. Она позволяет записывать качественный звук и воспринимать его надлежащим образом. Если превысить это значение, сигнал искажается, а оборудование от перенагрузки может испортиться.

Кроме пиковой точки, понятие громкости включает в себя еще и такой элемент, как значение RMS. Этим понятием определяют уровень актуальной громкости, который отражает плотность записи и выдает информацию о громкости, которую способен воспринять наш слух. RMS обозначают в децибелах, но с минусовым значением: звук тем громче, чем больше числовое значение RMS (максимально громко — -6db, максимально тихо — -20db). Оптимальные значения цифровой громкости — -12db — -10db.

Стереофония и панорама

Стереофонией называют запись, передачу или воспроизведение звукового сигнала, при которых сохраняется информация аудиального типа о расположении источника этого сигнала методом раскладки звука парой и более независимыми аудиоканалами. При правильном расположении музыкальных вещателей можно получить объемное пространственное звучание. При этом создается ощущение, что звук с разными фазами исходит из разных источников.

Панорама – это, по сути, установленное направление источника звука по трем пространственным характеристикам – удаленности, высоте и направлению. Благодаря панорамированию мы получаем:

• равномерное распределение энергии звука;
• разграничение источников сигнала с одинаковым диапазоном и частотой звучания;
• специальные эффекты.

Чтобы создать качественную звуковую панораму, необходимо правильно расставить элементы, подающие сигнал. В идеале это выглядит так:

То есть центральный канал звукового источника должен располагаться между левым и правым каналом. Такое размещение стереофонических источников позволит получить максимально полное, чистое и насыщенное звучание звука.

Основные форматы аудио файлов

На самом деле форматов, с помощью которых можно читать аудио файлы, очень много. Но есть те, которые получили всеобщее признание. Все они делятся на три группы:

• аудиоформаты без сжатия;
• со сжатием без потерь;
• со сжатием с потерями.

Рассмотрим основные форматы аудио файлов:

1. WAV – первый аудио формат, который мог обрабатываться компьютерными программами на высоком профессиональном уровне. Недостаток – запись занимает слишком много места.
2. CD-диски – расширение .cda не поддается редактированию, однако его можно переформатировать и сохранить любой программой по обработке аудио.
3. MP3 кодек – универсальный формат, максимально сжимающий аудио файлы.
4. AIFF-файлы – формат поддерживает монофонические и стереофонические данные размером 8 и 16 бит, изначально разрабатывался для Macintosh, однако после дополнительных разработок может использоваться и на других площадках ОС.
5. OGG – популярный формат, однако имеет недостатки в виде использования собственных кодеков и декодеров и перегрузки системных ресурсов компьютера.
6. AMR – низкопробный аудиоформат.
7. Формат MIDI позволяет производить редактуру записи нажатием клавиш, изменением темпа, тональности, высоты, а также добавлением эффектов.
8. FLAC – формат, воспроизводящий аудио в высоком качестве.

Формат DSD

После широкого распространения дельта-сигма ЦАП-ов вполне логичным было и появления формата записи двоичного кода напрямую дельта-сигма кодировке. Этот формат получил название DSD (Direct Stream Digital).
Широкого распространения формат не получил по нескольким причинам. Редактирование файлов в этом формате оказалось излишне ограниченным: нельзя микшировать потоки, регулировать громкость и применять эквализацию. А это значит, что без потери качества можно лишь архивировать аналоговые записи и производить двухмикрофонную запись живых выступлений без последующей обработки. Одним словом – денег толком не заработать.

В борьбе с пиратством диски формата SA-CD не поддерживались (и не поддерживаются до сих пор) компьютерами, что не позволяет делать их копии. Нет копий – нет широкой аудитории. Воспроизвести DSD аудиоконтент можно было только с отдельного SA-CD проигрывателя с фирменного диска. Если для PCM формата есть стандарт SPDIF для цифровой передачи данных от источника к отдельному ЦАП, то для DSD формата стандарта нет и первые пиратские копии SA-CD дисков были оцифровками с аналоговых выходов SA-CD проигрывателей (хоть ситуация и кажется глупой, но на деле некоторые записи выходили только на SA-CD, либо та же запись на Audio-CD специально была сделана некачественно для продвижения SA-CD).

Переломный момент произошел с выходом игровых приставок SONY, где SA-CD диск до воспроизведения автоматически копировался на жесткий диск приставки. Этим воспользовались поклонники формата DSD. Появление пиратских записей простимулировало рынок на выпуск отдельных ЦАП для воспроизведения DSD потока. Большинство внешних ЦАП с поддержкой DSD на сегодняшний день поддерживает передачу данных по USB используя формат DoP в виде отдельного кодирования цифрового сигнала через SPDIF.

Несущие частоты для DSD сравнительно небольшие, 2.8 и 5.6 МГц, но этот звуковой поток не требует никаких преобразований с прореживанием данных и вполне конкурентно-способен с форматами высокого разрешения, такими как DVD-Audio.

На вопрос что лучше, DSP или PCM однозначного ответа нет. Все упирается в качество реализации конкретного ЦАП и таланта звукорежиссера при записи конечного файла.

Чем отличаются аналоговый сигнал от цифрового — примеры использования

Цифровое телевидение охватило уже практически территорию всей страны. Качественный цифровой сигнал новые телевизоры принимают самостоятельно, старые – с помощью специальной приставки. В чем разница между старым аналоговым и новым цифровым сигналом? Многим это непонятно и требует разъяснения.

Виды сигналов

Сигнал это изменение физической величины во времени и пространстве. По сути это коды для обмена данными в информационной и управленческой средах. Графически любой сигнал можно представить в виде функции. По линии на графике можно определить тип и характеристики сигнала. Аналоговый будет выглядеть как непрерывная кривая, цифровой как ломаная прямоугольная линия, скачущая от ноля до единицы. Все, что мы видим глазами и слышим ушами поступает в виде аналогового сигнала.

Аналоговый сигнал

Зрение, слух, вкус, запах и тактильные ощущения поступают нам в виде аналогового сигнала. Мозг командует органами и получает от них информацию в аналоговом виде. В природе вся информация передаётся только так.

В электронике аналоговый сигнал основан на передаче электричества. Определённым величинам напряжения соответствуют частота и амплитуда звука, цвет и яркость света изображения и так далее. То есть цвет, звук или информация являются аналогом электрического напряжения.

Например: Зададим передачу цветов определённым напряжением синий 2 В, красный 3 В, зелёный 4 В. Изменяя напряжение получим на экране картинку соответствующего цвета.

При этом неважно идёт сигнал по проводам или радио. Передатчик непрерывно отправляет, а приёмник обрабатывает аналоговый вид информации. Принимая непрерывный электрический сигнал по проводам или радиосигнал через эфир приёмник преобразует напряжение в соответствующий звук или цвет. Изображение появляется на экране или звук транслируется через динамик.

Дискретный сигнал

Вся суть кроется в названии. Дискретный от латинского discretus, что означает прерывистый (разделённый). Можно сказать, что дискретный повторяет амплитуду аналогового, но плавная кривая превращается в ступенчатую. Изменяясь либо во времени, оставаясь непрерывной по величине, или по уровню, не прерываясь по времени.

Так, в определенный период времени (например миллисекунду или секунду) дискретный сигнал будет какой-то установленной величины. По окончании этого времени он резко изменится в большую или меньшую сторону и останется таким ещё миллисекунду или секунду. И так беспрерывно. Поэтому дискретный это преобразованный аналоговый. То есть полпути до цифрового.

Цифровой сигнал

После дискретного следующим шагом преобразования аналогового стал цифровой сигнал. Главная особенность – либо он есть, или его нет. Вся информация преобразуется в сигналы ограниченные по времени и по величине. Сигналы цифровой технологии передачи данных кодируются нолем и единицей в разных вариантах. А основой является бит, принимающий одно из этих значений. Бит от английского binarydigit или двоичный разряд.

Но один бит имеет ограниченную возможность для передачи информации, поэтому их объединили в блоки. Чем больше битов в одном блоке, тем больше информации он несёт. В цифровых технологиях используют биты объединенные в блоки кратные 8. Восьмибитовый блок назвали байтом. Один байт небольшая величина, но уже может хранить зашифрованную информацию о всех буквах алфавита. Однако при добавлении всего одного бита число комбинаций ноля и единицы удваивается. И если 8 битов делает возможным 256 вариантов кодировки, то 16 уже 65536. А килобайт или 1024 байт и вовсе немаленькая величина.

ВНИМАНИЕ! Ошибки в том, что 1 КБ равен 1024 байт нет. Так принято в двоичной компьютерной среде. Но в мире широко используется десятичная система исчисления, где кило это 1000. Поэтому существуют еще и десятичный кБ равный 1000 байт.

В большом количестве объединённых байтов хранится много информации, чем больше комбинаций 1 и 0 тем больше закодировано. Поэтому в 5 – 10 МБ (5000 – 10000 кБ) имеем данные музыкального трека хорошего качества. Идём дальше, и в 1000 МБ закодирован уже фильм.

Но так как вся окружающая людей информация аналоговая, то для её приведения в цифровой вид нужны усилия и какое-либо устройство. Для этих целей был создан DSP (digital signal processor) или ЦПОС (цифровой процессор обработки сигналов). Такой процессор есть в каждом цифровом устройстве. Первые появились еще в 70-е годы прошлого века. Методы и алгоритмы меняются и совершенствуются, но принцип остаётся постоянным – преобразование аналоговых данных в цифровые.

Обработка и передача цифрового сигнала зависит от характеристик процессора — разрядности и скорости. Чем они выше, тем качественней получится сигнал. Скорость указывается в миллионах инструкций в секунду (MIPS), и у хороших процессоров достигает нескольких десятков MIPS. Скорость определяет сколько единиц и нолей сможет устройство «запихнуть» в одну секунду и качественно передать непрерывную кривую аналогового сигнала. От этого зависит реалистичность картинки в телевизоре и звука из динамиков.

Отличие дискретного сигнала от цифрового

Про Азбуку Морзе наверное слышали все. Придумал художник Самуэль Морзе, другие новаторы усовершенствовали, а использовали все. Это способ передачи текста, где точками и тире закодированы буквы. Упрощенно, кодировка называется морзянкой. Её долго использовали на телеграфе и для передачи информации по радио. Кроме того, сигналить можно с помощью прожектора или фонарика.

Код морзянки зависит только от самого знака. А не от его продолжительности или громкости (силы). Как ни ударь ключом (моргни фонариком), воспринимаются только два варианта– точка и тире. Можно только увеличить скорость передачи. Ни громкость, ни продолжительность в расчёт ни принимаются. Главное, что бы сигнал дошёл.

Так же и цифровой сигнал. Важно закодировать данные с помощью 0 и 1. Получатель должен только разобрать, комбинацию нолей и единиц. Неважно с какой громкостью и какой продолжительностью будет каждый сигнал. Важно получить нолики и единички. Это суть цифровой технологии.

Дискретный сигнал получится если закодировать ещё громкость (яркость) и продолжительность каждой точки и тире, или 0 и 1. В этом случае вариантов кодировки больше, но и путаницы тоже. Громкость и продолжительность можно не разобрать. В этом и разница между цифровым и дискретным сигналами. Цифровой генерируется и воспринимается однозначно, дискретный с вариациями.

Сравнение цифрового и аналогового сигналов

Сигнал радиостанции телецентра или мобильной связи может передаваться в цифровой и аналоговой форме. Например звук и изображение, это аналоговые сигналы. Микрофон и камера воспринимают окружающую действительность и преобразуют в электромагнитные колебания. Частота колебаний на выходе зависит от частоты звука и света, а амплитуда передачи от громкости и яркости.

Изображение и звук, преобразованные в электромагнитные колебания распространяются в пространство передаточной антенной. В приемнике идёт обратный процесс — электромагнитных колебаний в звук и видео.

Распространению электромагнитных колебаний в эфире препятствуют облака, грозы, рельеф местности, промышленные электронаводки, солнечный ветер и прочие помехи. Частота и амплитуда нередко искажаются и сигнал от передатчика к приемнику приходит с изменениями.

Голос и изображение аналогового сигнала воспроизводятся с искажениями, вызванными помехами, а фоном воспроизводится шипение, хрипы и цветовое искажение. Чем хуже прием, тем отчетливее эти посторонние эффекты. Но если сигнал дошёл, его хоть как то видно и слышно.

При цифровой передаче изображение и звук перед трансляцией в эфир оцифровываются и до приёмника доходят без искажений. Влияние посторонних факторов минимально. Звук и цвет хорошего качества либо их нет вовсе. Сигнал гарантированно поступает на определенное расстояние. Но для дальней передачи необходим ряд ретрансляторов. Поэтому для передачи сотового сигнала антенны ставят как можно ближе друг к другу.

Наглядным примером отличия двух типов сигналов может служить сравнение старой проводной телефонной и современной сотовой связи.

Проводная телефония не всегда хорошо работает даже в пределах одного населённого пункта. Звонок на другой конец страны это испытание голосовых связок и слуха. Нужно докричаться и прислушаться к ответу. Шумы и помехи отфильтровываем ушами, недостающие и искаженные слова додумываем сами. Хоть и плохой звук, но есть.

Звук в сотовой связи отлично слышно даже с другого полушария. Оцифрованный сигнал передаётся и принимается без искажений. Но и он не без изъянов. Если случаются сбои, то звук не слышен вовсе. Выпадают буквы, слова и целые фразы. Хорошо, что это бывает редко.

Примерно то же самое с аналоговым и цифровым телевидением. Аналоговое использует сигнал подверженный помехам, ограниченного качества и уже исчерпало возможности развития. Цифровое не искажается, обеспечивает звук и видео отличного качества, постоянно совершенствуется.

Преимущества и недостатки сигналов разных видов

Со времени изобретения аналоговая передача сигнала была значительно усовершенствована. И прослужила долгое время передавая информацию, звук и изображение. Несмотря на множество улучшений сохранила все свои недостатки – шумы при воспроизведении и искажения при передаче информации. Но главным аргументом для перехода на другую систему обмена данными стал потолок качества передаваемого сигнала. Аналоговый не может вместить объём современных данных.

Совершенствование методов записи и хранения, прежде всего видео контента, оставили аналоговый сигнал в прошлом. Единственным преимуществом аналоговой обработки данных пока ещё является широкое распространение и дешевизна устройств. Во всём остальном аналоговый уступает цифровому сигналу.

Примеры передачи цифрового и аналогового сигналов

Цифровые технологии постепенно теснят аналоговые и уже широко используются во всех сферах жизни. Зачастую мы просто не замечаем этого, а цифра окружает повсюду.

Вычислительная техника

Первые аналоговые вычислительные машины созданы ещё в 30-е годы ХХ века. Это были достаточно примитивные устройства, для выполнения узкоспециализированных задач. Аналоговые компьютеры появились в 1940-е, а широкое применение получили в 1960-е годы.

Постоянно совершенствовались, но с ростом объёма обрабатываемой информации постепенно уступили место цифровым устройствам. Аналоговые компьютеры хорошо приспособлены для автоматического контроля производственных процессов, из-за моментального реагирования на изменения входящих данных. Но скорость работы невысока и объём данных ограничен. Поэтому аналоговые сигналы применяются только в некоторых локальных сетях. В основном это контроль и управление производственными процессами. Где исходной информацией служат температура, влажность, давление, скорость ветра и подобные данные.

В некоторых случаях к помощи аналоговых компьютеров прибегают при решении задач, где точность обмена данными вычислений, не важна как для цифровых электронно-вычислительных машин.

В начале 21 века аналоговый сигнал уступил цифровым технологиям. В вычислительной технике смешанные цифровые и аналоговые сигналы применяют только для обработки данных на основе некоторых микросхем.

Звукозапись и телефония

Виниловая пластинка и магнитная лента два ярких представителя аналогового сигнала для воспроизведения звука. Оба по-прежнему выпускаются и пользуются спросом некоторых ценителей. Многие музыканты считают, что только записав альбом на плёнку можно добиться сочного настоящего звучания. Меломаны любят послушать диски с характерными шумами и потрескиваниями. С 1972 года выпускались магнитофоны осуществляющие цифровую запись на магнитную ленту, но распространения не получили из-за дороговизны и больших габаритов. Применяются только в профессиональной звукозаписи.

Ещё один пример аналогового и цифрового сигналов в звукозаписи – микшеры и синтезаторы звука. В основном используются цифровые устройства, а применение аналоговых вызвано привычками и предрассудками. Считается, что цифровая запись до сих пор не добилась того эффекта всеохватывающей передачи музыки. И он присущ только аналоговому сигналу.

Тогда как молодёжь, не представляет музыку без MP3 файлов, хранящихся в памяти телефонов, флешек и компьютеров. А онлайн – сервисы обеспечивают доступ к своим хранилищам с миллионами цифровых записей.

Телефония ушла еще дальше. Цифровая сотовая связь практически вытеснила проводную. Последняя осталась в государственных органах, учреждения здравоохранения и подобных организациях. Большинство уже не представляет жизнь без соты и как быть привязанным к проводу. Сотовая связь, основа передачи данных в которой цифровой сигнал надёжно связывает абонентов всего мира.

Электрические измерения

Цифровая обработка и передача данных прочно обосновалась в электрических измерениях. Электронные осциллографы, вольт и амперметры, мультиизмерительные приборы. Все приборы, где информация выводится на электронный дисплей, используют цифровой сигнал для передачи измерения. В быту чаще всего можно столкнуться с этим при виде стабилизаторов и реле напряжений. Оба устройства измеряют напряжение в сети, обрабатывают и передают цифровой сигнал на дисплей.

Всё чаще цифровая технология используется и для передачи данных электрических измерений на дальние расстояния. Для контроля показателей электрических сетей на подстанциях и диспетчерских пультах управления устанавливают цифровое оборудование. Аналоговые приборы популярны только в щитах, непосредственно у точек измерения.

Ещё одно широкое применение цифрового сигнала – учёт электроэнергии. Жильцы часто забывают посмотреть показания прибора и занести их в личный кабинет или передать энергоснабжающей организации. От забот избавляют цифровые системы учёта электроэнергии. Показания сразу попадают в систему учета. Поэтому отсутствует необходимость постоянного общения абонента с поставщиком, можно иногда зайти в личный кабинет и сверить данные.

Аналоговое и цифровое телевидение

С аналоговым телевидением человечество прожило долгие годы. Все привыкли к простым и понятным вещам. Вначале эфирное, потом кабельное чуть лучшего качества. Простая антенна, телевизор и изображение посредственного качества. Но технологии записи и хранения видео ушли далеко вперёд аналогового сигнала. И он уже не может в полной степени передать современный фильм или телепередачу. Качество, стабильность и хороший уровень сигнала может обеспечить только цифровое телевидение.

У цифрового телевидения очень много преимуществ. Первое и очень большое – компрессия сигнала. Благодаря этому, увеличилось количество просматриваемых каналов. Так же улучшилось качество передачи видео и звука, без этого просто невозможна трансляция для современных телевизоров с большими экранами. Вместе с этим появилась возможность показать информацию о транслируемой передаче, следующих телепрограммах и тому подобную.

Вместе с плюсами появилась и небольшая проблема. Для приёма цифрового сигнала нужен специальный тюнер.

Особенности эфирного телевидения

Для приёма эфирного цифрового сигнала необходим тюнер Т2, другие названия – ресивер, декодер или теле приставка DVB-T2. Большинство современных светодиодных LED телевизоров изначально оснащены такими устройствами. Поэтому их владельцам не о чем беспокоится. При отключении аналогового телевидения нужно только перенастроить каналы.

Нет проблем и для владельцев старых телевизоров без встроенного тюнера Т2. Здесь все просто. Нужно купить отдельную приставку DVB-T2, которая примет сигнал T2, обработает его и передаст готовую картинку на экран. Приставку можно легко подключить к любому телевизору.

Цифровой сигнал применяется во все больших сферах жизни. Телевидение не исключение. Не стоит бояться нового. Большинство телевизоров уже оснащены необходимым, а для старых нужно приобрести недорогую приставку. Тем более, что настроить устройство легко. А качество изображения и звука лучше.

Как подключить приставку цифрового телевидения к телевизору

Как подключить кабель от компьютера или ноутбука к телевизору?

Для чего нужен осциллограф и как им выполнять измерения тока, напряжения, частоты и сдвига фаз