Цифровое аудио от А до Я
Путаетесь в терминах, используемых для описания аудиоустройств? Мы создали краткое руководство, которое поможет вам в них разобраться.
Основы: как записывается цифровое аудио
Так реальный звук постоянно меняется, цифровая запись всегда представляет собой аппроксимацию полного диапазона звучания мира. Однако новые технологии записи непрерывно расширяют диапазон и точность цифровой записи.
При записи аналогового источника, например живого концерта или музыкантов в студии звукозаписи, в цифровом формате звук дискретизируется (сэмплируется) через регулярные интервалы. Амплитуда звука записывается как число, а в результате получается цифровая запись аналогового источника в виде последовательности дискретных чисел.
Доля исходного аналогового звука, охваченная цифровой записью, зависит, в основном, от частоты дискретизации и битовой глубины (сколько сэмплов создается в секунду и сколько информации содержит каждый из них).
Хранение цифрового аудио
После создания цифровой записи ее можно сохранить в различных форматах. Каждый формат по-разному решает вопрос баланса качества звука и размера формируемого файла: например, как показывает практика, записи с очень высоким качеством не очень подходят для небольших музыкальных плееров.
Но по мере распространения цифровых накопителей (портативные устройства позволяют хранить множество гигабайт данных) аудио очень высокого качества становится повседневностью для миллионов людей.
Характеристики аудио от А до Я
5.1 кан.
Это сокращение от «5.1-канальный» — технология объемного звучания, формирующая звук, как в кинотеатре. Пять динамиков и сабвуфер располагаются вокруг слушателя, и на каждый подается разный канал следующим образом:
- две передних канала;
- один передний центральный канал;
- две канала объемного звучания;
- один LFE-канал (низкочастотные эффекты).
Сабвуфер, который получает LFE-канал, можно разместить в любом месте в комнате. По сравнению с системой объемного звучания без сабвуфера, это позволяет сэкономить место: так как все низкие частоты передаются на сабвуфер, другие динамики можно сделать меньше. См. также 7.1кан
7.1 кан.
7.1-канальная система объемного звучания использует 7 динамиков и один сабвуфер. Она аналогична 5.1-канальной системе, но оснащена двумя дополнительными «задними каналами объемного звучания».
Аналоговый
В аналоговой записи исходный звук представлен изменениями физического носителя, например магнитной ленты или виниловой пластинки. Этот подход отличается от цифровой записи.
Битовая глубина
Битовая глубина цифровой записи определяет, сколько разрядов используются для хранения каждого сэмпла аналогового сигнала. Стандартная битовая глубина аудио на компакт-диске — 16, а частота дискретизации — 44,1 кГц. Это значит, что каждую секунду формируются 44 100 сэмплов, каждый из которых содержит 16 бит информации. В целом, чем больше битовая глубина, тем лучше качество звука и тем больше размер файла.
Битовая глубина аудио Hi-Res составляет не меньше 24 бит с частотой дискретизации 96 кГц и выше.
Кодек
Аудио в цифровом виде обрабатывается кодером/декодером или, сокращенно, «кодеком». Это программный или аппаратный компонент, который «кодирует» аналоговый звуковой сигнал в цифровой формат для электронного хранения. При воспроизведении аудио кодек «декодирует» цифровой файл для формирования звука.
Аудиокодеки используют различные методы кодирования аналогового сигнала и предоставляют те или иные преимущества при хранении и воспроизведении звука.
Сжатие
Создание цифровой аудиозаписи может привести к получению очень больших файлов, что ограничивает применение технологии на практике, например не позволяет разместить много композиций на цифровом музыкальном плеере. Поэтому большинство форматов аудиофайлов используют определенный вид сжатия, удаляя некоторые звуковые данные, чтобы уменьшить размер итогового файла.
Способ сжатия и извлечения данных при воспроизведения влияет на результирующий звук. Форматы файлов, в которых часть данных теряется, называются форматами с потерей данных. Форматы, которые сохраняют все звуковые данные или позволяют их реконструировать при воспроизведении, называются форматами без потери данных.
Цифровой
Цифровая запись в отличие от аналоговой преобразует звук в ряд чисел, которые можно хранить в электронном виде (например на компакт-диске или жестком диске), а затем преобразует их в звук при воспроизведении. Популярным цифровым форматом является MP3.
Dolby Digital
Стандартный формат аудио с потерями данных, используемый для DVD, и базовый формат для Blu-ray. Хотя это формат с потерями данных, он достаточно хорош для кино. По сравнению с форматом DTS Digital Surround качество звука ниже, но больший коэффициент сжатия позволяет получить файлы меньшего размера, поэтому Dolby Digital распространен более широко.
Dolby True HD
Формат сжатия аудио без потери данных, аналогичный DTS Master Audio. Оба формата используются для дисков Blu-ray.
DSD (Direct Stream Digital)
Direct Stream Digital (DSD) — это метод цифровой записи с очень высокой частотой дискретизации, которая выше, чем у Hi-Res и в 64–128 раз выше, чем у компакт-дисков. Некоторые звуковые инженеры считают, что этот цифровой формат максимально близок к исходному аналоговому источнику. Некоторые модели Sony Hi-Res Audio также поддерживают формат DSD.
DSEE HX
DSEE (Digital Sound Enhancement Engine — повышение качества звука) HX — это уникальная технология оптимизации от корпорации Sony. При воспроизведении цифрового аудио в сжатом формате DSEE HX заменяет потерянные высокие частоты в реальном времени, обеспечивая качество звука, сравнимое с Hi-Res. Любое аудио, воспроизводимое на устройстве с технологией DSEE HX, оптимизируется, поэтому вы чувствуете, что находитесь в студии звукозаписи или на концерте.
DTS Digital Surround
Стандартный формат аудио с потерями данных, используемый для DVD, и базовый формат для Blu-ray. DTS Digital Surround обеспечивает более высокое качество по сравнению с Dolby Digital, но менее распространен, так как размеры файлов значительно больше.
DTS Master Audio
Формат сжатия аудио без потери данных, аналогичный Dolby True HD. Оба формата используются для дисков Blu-ray.
Hi-Res Audio
Аудио высокого разрешения обычно означает цифровые записи с частотой дискретизации 96 кГц (24 бита) и выше. Эта технология обеспечивает намного более высокое качество звука, чем у компакт-дисков и MP3-файлов (стандартный формат компакт-диска — 44,1 кГц/16 бит).
Если вы увидите логотип Hi-Res Audio на продукте Sony, будьте уверены, что он был создан для максимальной оптимизации качества звука высокого разрешения. Вы можете настроить полноценную аудиосистему высокого разрешения на любом устройстве Sony — от портативных музыкальных плееров до наушников, динамиков и домашних кинотеатров.
Дополнительная информация об аудио высокого разрешения
LDAC
LDAC — это аудиокодек Sony, который позволяет слушать аудио высокого качества по беспроводному Bluetooth-соединению.
При передаче аудио по Bluetooth-соединению обычно используется стандартный кодек Bluetooth SBC, что может привести к потере качества. LDAC передает в 3 раза больше данных, чем SBC, обеспечивая высокое качество звука при использовании Bluetooth.
LFE
LFE-канал — это отдельная звуковая дорожка, используемая для низких частот в диапазоне от 3 до 120 Гц (например для громких звуковых эффектов в фильмах). В системах объемного звучания этот канал обычно подается на сабвуфер.
Без потери данных
Формат без потери данных позволяет хранить цифровое аудио без потери исходных данных или позволяет реконструировать их при воспроизведении. К форматам без потери данных относятся:
- DSD (DFF);
- DSD (DSF);
- WAV;
- AIFF;
- FLAC;
- ALAC.
С потерей данных
Формат с потерей данных удаляет часть информации из исходной цифровой записи для экономии места, пытаясь сохранить исходное качество звука, насколько это возможно, при воспроизведении. Каждый формат обеспечивает различный баланс между сжатием для экономии места и сохранением данных для обеспечения качества звука.
К форматам аудио с потерей данных относятся:
- AAC;
- Dolby Digital;
- DTS Digital Surround;
- MP3.
LPCM
Импульсно-кодовая модуляция (LPCM) — это основа цифровой звукозаписи. Аналоговый сигнал сэмплируется через регулярные интервалы, а его амплитуда записывается как точка на цифровой шкале. Так как данные не обрабатываются и не сжимаются, качество звука может очень высокого уровня, однако в итоге получаются файлы очень большого размера, поэтому LPCM не подходит для повседневного использования.
Частота дискретизации определяет точность исходного цифрового потока.
S-Master HX
Технология цифровых усилителей Sony, разработанная специально для аудио высокого разрешения (Hi-Res) для уменьшения искажений и шумов в более широких частотных диапазонах. Так как технология S-Master усиливает цифровые сигналы напрямую (не преобразуя их сначала в аналоговые сигналы), сохраняется вся чистота исходного сигнала.
SA-CD
Super Audio CD — это формат, разработанный Sony для записи звука в формате DSD с динамическим диапазоном, превышающим диапазон компакт-диска. Динамический диапазон стандартного компакт-диска — 96 дБ, а диапазон SA-CD — 120 дБ. Частота дискретизации формата SA-CD — 2,8 МГц, что в 64 раза выше, чем у стандартного компакт-диска.
В отличие от обычного компакт-диска SA-CD поддерживает 5.1-канальный объемный звук, а также 2-канальный (стерео) звук. Аудио в формате SA-CD шифруется для защиты от копирования, т. е. его можно воспроизводить по аналоговым кабелям и кабелям HDMI или i-Link, но не по оптическим или коаксиальным кабелям.
Частота дискретизации
При записи аналогового источника в цифровом формате частота дискретизации — это временной интервал между сэмплами. Чем она выше, тем меньше данных опускается. Например, частота дискретизации аудио на компакт-дисках составляет 44,1 кГц, т. е. каждую секунду формируются 44 100 сэмплов.
Обычно, чем выше частота дискретизации, тем лучше качество записи. Частота дискретизации аудио Hi-Res составляет 96 кГц, а битовая глубина — не меньше 24 бит.
SBC
Стандартный аудиокодек для передачи цифрового аудио по Bluetooth-соединению. Так как кодек SBC предназначен для эффективного использования пропускной способности, он не идеален для передачи аудио очень высокого качества. Кодек LDAC корпорации Sony передает в три раза больше данных, чем SBC, позволяя воспроизводить высококачественное аудио по Bluetooth.
Сабвуфер
В 5.1- или 7.1-канальной системе объемного звучания сабвуфер — это динамик, который воспроизводит только низкочастотные звуки или выделенный LFE-канал. Так как наш слух не позволяет легко определить, откуда поступают низкие частоты, сабвуфер можно разместить в любом месте в комнате.
Поскольку все низкие частоты передаются на сабвуфер, другие динамики можно сделать меньше, а вся система будет компактнее.
Объемное звучание
5.1- и 7.1-канальные системы объемного звучания посылают отдельные аудиоканалы на динамики, расположенные вокруг слушателя, делая звук более реалистичным. «.1» подразумевает использование сабвуфера в качестве дополнительного низкочастотного динамика.
Оптимизация
При воспроизведении цифрового аудио в формате с потерей данных иногда возможно заполнить некоторые «пропуски» в исходной записи, математически экстраполируя исходные данные. Этот процесс называется оптимизацией и позволяет значительно улучшить качество некоторых записей.
Уникальный алгоритм DSEE HX корпорации Sony оптимизирует исходные записи, позволяя добиться качества, приближающего к звуку высокого разрешения (Hi-Res).