Звук: "аналог" или "цифра"? Эдуард Качанов

Мой канал в ютюбе - https://www.youtube.com/user/Eduard4687

В статье приводится анализ возникшего в последнее время интереса к аналоговым носителям звукоинформации и сравнение с некоторыми цифровыми технологиями. Что предпочтительнее? Вот на эту тему и рассуждения...

«Цифра» или «аналог»?

В последние годы среди меломанов наблюдается всплеск интереса к аналоговым носителям звукоинформации. Это и виниловые диски, и бобинные магнитофоны. А некоторые звукозаписывающие фирмы возобновили выпуск аналоговых виниловых дисков малыми тиражами для некоторой категории меломанов. Причем, весьма недешевых. Это в свою очередь увеличило спрос на высококачественные проигрыватели («вертушки») виниловых дисков, ламповые усилители и корректоры.
Действительно, при тестовом прослушивании одной и той же фонограммы на вини- ловом диске и CD-DA большинство слушателей отдает предпочтение аналоговой записи как более прозрачной и «теплой». С этим можно спорить, но то что «винил» звучит по лругому, особенно в высокочастотной части, несомненно. Хотя споры между приверженцами «аналога» и «цифры» не утихают. Лично мне звук с высококачественного «винила» нравится больше. И даже некоторые виниловые диски 80 годов фирмы «Мелодия» звучат весьма приятно.
Есть и другое мнение: это просто всплеск моды на ретро-носители звука. Может быть и такое…
Есть мнение западных медиков насчет того, что чеснок вреден для здоровья. Другая школа медиков и целителей утверждает что чеснок весьма полезен. Та же история с холестерином, по вопросу которого не могут договориться целые академические школы.
Трудно проверить и трудно бороться с коммерческим интересом некоторых сил.
Что же касается техники – то здесь проще, есть, во-первых, инструментальные объективные исследования, а во вторых - экспертное тестирование. Правда, для такой оценки нужны соответствующие знания и подготовка
Сразу оговорюсь, что каждый слушает ту музыку и в том качестве, которое его устраивает. Диапазон большой и ничего страшного в этом нет. Как говорит мой западный друг: «если долго сидеть в туалете – то уже и не воняет». Людям свойственно привыкать к звучанию в любом качестве. Как и ко всему остальному, хорошему или плохому. Это может быть мобильник, мультимедийный плейер и пр. Для субъективной оценки нужен корректный объект сравнения. Но большинству это, во-первых, не надо, а во-вторых –
труднодоступно.
В возврате к аналоговому звуку фактор моды присутствует лишь отчасти. Есть объективные показатели более верного звуковоспроизведения, связанного с технологиями и психофизиологическим восприятием звука человеком. Кстати, именно фактор психофизиологии не позволяет качественно свести фонограмму для 20-летних 40-летнему, а тем более 60-летнему, звукорежиссеру, эти группы людей по разному слышат. Порог слышимости с возрастом меняется и довольно сильно в высокочастотной области. Относительно неизменным он остается только в области частот от 20 Гц до 5 кГц.
И аналоговый, и цифровой звук имеют свои достоинства и недостатки. Современные технологии и материалы подняли «аналог» на более высокий уровень, хотя большинство присущих аналоговой звукозаписи недостатков остались ( компактность записи, копирование и пр.). Но когда весьма немногие хотят получить более верное (подчеркиваю – верное, а не украшенное) с точки зрения реального звучания инструментов и ансамбля – недостатки отходят на второй план. И в лампе своя прелесть, хотя и не всегда и не для всех заметная, поэтому ламповая технология до сих пор жива.
В цифровой звукозаписи есть много достоинств, главные из которых – компактность, легкость передачи (мобильность) и копирования, неоспоримые удобства в работе со звуком в процессе звукозаписи и пр. Без цифры не было бы многочисленных домашних, малобюджетных и профессиональных студий звукозаписи. Тем более, если постоянно слушать правильно (!) записанную цифру на правильной аппаратуре – то к ней привыкаешь и никакого дискомфорта в этой связи слушатель не ощущает. Есть действительно масса прекрасно звучащих дисков и большего обычно и не надо.
Но в цифровой записи есть и проблемы, которые напрямую касаются качества звука.
Математическая модель оцифровки звука сформулирована в теореме Котельникова еще в 1933 году. Хотя авторство тут же поспешили присвоить себе американцы в 40-х годах и теорема стала уже называться Шеннона и Найквиста. Знакомый стиль…Ну, да бог с ними.
В основе положен принцип того, что при оцифровке звуковых сигналов вполне достаточным условием является точная передача наиболее слышимого диапазона частот преобразуемого сигнала, остальными малозаметными частотами пренебрегают. То есть в основе лежит принцип целесообразности. Заметные искажения синусоиды при частоте дискретизации 44 кГц начинаются уже с 10 кГц. Но это вполне удовлетворяет требованиям качественной передачи звучания для большинства слушателей.
Так вот, основная проблема цифрового звука в наличии цифровой «грязи», которая накапливается при АЦП и большей частью в процессе ЦАП. Искушенные слушатели на хорошей аппаратуре его слышат. Поэтому, кстати, фонограммы «звукозаписывателей», которые в технологии своей работы над фонограммой осуществляют многократные ЦАП, звучат ватно и грязно, отсутствует воздушность звучания. Поэтому такие преобрзования при создании фонограмм надо сводить к минимуму. Причем повышение частоты дискретизации не дает заметного повышения качества, а более того, увеличивает цифровой мусор.
Это и погрешность квантования, и клиппинг (возникновение в цифровом сигнале неприятных аудиопомех), и DC-офсет (сдвиг постоянной составляющей), и эффект Гиббса (каждая «угловатость» сигнала, то есть ступенька на переходе между двумя соседними импульсами, привносит в его спектр высокочастотные составляющие), поэтому расширение частоты дискретизации приводит к расширению высокочастотных составляющих спектра импульснуго сигнала, т.е. к цифровому шуму, появление «паразитных» спектральных компонентов вокруг гармоник частоты дискретизации (частоты сэмплирования).
А также имеет место эффект алиазинга (зеркального отражения), шум квантования (обычно слабо заметен или улавливается как равномерный фон, в то же время в случае коррелированности шума квантования преобразуемым сигналом звучание становится «грязным» и сопровождается специфическими помехами).. При этом спектр шума квантования равномерно распределяется в полосе частот от 0 Гц до частоты половины частоты дискретизации, а увеличение частоты дискретизации вдвое уменьшает интенсивность шума квантования в рабочей полосе частот на 3 дБ.
Один из методов борьбы с шумом – это дизеринг, то есть подмешивание к преобразуемому оцифрованному сигналу слабого по уровню псевдослучайного постороннего сигнала, так называемого дизеринг-шума. Для слуха это оказывается более приемлемым, чем побочные эффекты шума квантования. Вопрос в заметности, кто что слышит и на чем слушает…
Следующий метод борьбы с шумом квантования – это метод формовки шума путем использования специального фильтра-преобразователя. Но есть еще и гранулярный шум, проявляющийся в процессе квантования сигнала, при этом при прочих равных условиях с уменьшением разрядности АЦП уровень гранулярного шума увеличивается.
В хороших CD аудио-плейерах схемотехнически предусматриваются инструменты борьбы с цифровой грязью, причем чем дороже техника, тем более совершенны методы борьбы. Поэтому дорогие CD аудио-плйера звучат значительно лучше. В компьютере и мультимедийных плейерах такие фильтры или совсем отсутствуют, или весьма примитивны, главное – воспроизвести информацию, поэтому качество звука невысокое. Но на посредственной аппаратуре типа активных компьютерных колонок – это неискушенному слушателю незаметно. Хотя уже есть звуковые карты HI-END, но весьма дорогие… И цифровая технология идет вперед…
Не решает вопрос и модный сейчас кодек FLAC (кодек – это программный или аппаратный блок, предназначенный для кодирования и декодирования данных, то есть совокупность кодера и декодера), который только лишь приближает звучание к уровню CD-аудио при более плотной упаковке информации. Например, в сложной математической модели кодека при многочисленной разбивке на блоки при ошибке в блоке формируется блок тишины, а в формате CD-аудио используется интерполяция, то есть реконструкция.
Кроме того, битрейт (скорость потока информации) в CD-аудио (CD-DA) составляет 1411200 бит/сек (сравните с МР3).
Все это тезисно. Более подробно и профессионально с этим можно ознакомиться в специальной литературе.
Например, в книге «Основы аналогового и цифрового звука», Александр Радзишевский. Знакомство с этой книгой необходимо каждому, кто работает или активно использует в своей жизни звук.. Книга объемная и сложна для восприятия гуманитариями, но фрагменты вполне понятны.
http://www.radiofiles.ru/news/osnovy_analogovogo_i_cifrovogo_zvuka/2013-05-28-2757
И цифра, и аналог имеют право на жизнь. Повторюсь, все зависит от требований, вкусовых предпочтений и целей применения.
С точки зрения идентичности со звучанием источника звука, чем меньше стадий обработки и преобразований прошли звуковые колебания на пути от исходного источника звука к слушателю, тем качественнее звучание. С этой точки зрения аналоговая аудиоаппаратура выглядит привлекательнее цифровой. К тому же с точки зрения психоакустики человек заметно более восприимчив к гармоническим (линейным) искажениям, зависящим от самого сигнала, нежели к нелинейным (независящим от сигнала). А ведь именно гармонические искажения и сопутствуют цифровым формам представления сигналов, тогда как аналоговая аппаратура привносит в сигнал преимущественно нелинейные искажения (не зависящие от сигнала), которые менее заметны на слух.
Понятие «качество звука» является категорией весьма субъективной. В большинстве случаев для среднестатистического слушателя не идентичность с исходным сигналом определяет качество выходного звучания, а тембровая насыщенность, окрас, ясность звучания и т.д. В этом плане цифровые технологии предпочтительнее и имеют гораздо большие возможности.
Ведь даже в категории высококачественного звучания есть два принципиально разных класса. Это HI-FI и HI END.
В классе HI-FI под понятием качества понимают максимальную приближенность звучания к тому живому звучанию, которое подвергалось записи.
В классе HI-END к понятию «качество звучания» подходят с точки зрения эмоционального оттенка при воспроизведении звука.
На вкус и цвет товарищей нет и каждый должен самостоятельно решить для себя какой подход ближе лично ему с учетом возраста и жанровых предпочтений. Бесспорно одно: с точки зрения техники записи, динамического диапазона, отношения сигнал-шум, хранения, воспроизведения, копирования и передачи по средствам связи цифровая запись удобнее и выгоднее аналоговой. Тем более, что в последнее время появились новые высококачественные форматы записи и носители большого объема, удовлетворяющие большинству весьма взыскательным к качеству звучания слушателей.
И не следует также забывать, что на старых носителях аналоговой звукоинформации много интересного материала. И лишившись технических средств декодирования обрезается доступ к этой информации. Но, безусловно, не всем она интересна.

Эдуард Качанов.