Что такое аналоговый звук

Речь, музыка, шум деревьев, пенье птиц – все это звуки, которые мы слышим ежедневно. Однако никто из нас не утруждает себя вопросом, что представляет собой звук? Как происходит его запись? Чем отличается аналоговый звук от цифрового? А ведь эта информация достаточно интересная, и с ней стоит ознакомиться.

Звук – что это?

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:

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.

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.

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:

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.

Способы обработки цифрового звука

Цифровой звук обрабатывают с помощью математических операций, которые применяют к отдельным отсчетам звука или к их группам разной длины. Математические операции могут имитировать традиционные аналоговые средства обработки (микширование, сложение, усиление или ослабление, модуляцию и т.д.) или альтернативные способы – спектральное разложение сигнала, коррекция частотных составляющих с обратной «сборкой» сигналов.

Обработка цифрового сигнала может быть линейной (проводится в реальном времени над «живым» звуком) и нелинейной (проводится с ранее записанным звуком). Обрабатываются звуки универсальными процессорами общего назначения (Intel 8035, 8051, 80×86, Motorola 68xxx, SPARC) или специализированными цифровыми сигнальными устройствами Analog Devices ADSP-xxxx, Texas Instruments TMS xxx, Motorola 56xxx и пр.

Способы обработки цифрового сигнала следующие:

• линейная фильтрация;
• анализ спектров;
• временной и частотный анализ;
• адаптивная фильтрация;
• обработка нелинейного типа;
• обработка многоскоростная;
• свертка;
• секционная свертка.

Как видим, даже простой аналоговый звук может быть качественным. Для этого нужно совсем немного – просто уметь его отформатировать и преобразовать. А чтобы научиться этому искусству, можно пройти специальный обучающий курс.

Аналоговый звук: погоня за совершенством

Аналоговый звук – священная корова аудиофилов. Это звук, записанный на носитель без цифровой трансформации электромеханическими способами и таким же образом воспроизводимый. Аналоговых источников существует всего два – магнитофон и виниловый проигрыватель. Люди, которые всю жизнь слушали компакт диски, и услышали однажды качественный аналоговый тракт, в первый момент теряют дар речи, а потом восклицают: «Как же нас обманули с этой цифрой! Это же небо и земля!» Довольный произведенным эффектом владелец аналогового тракта начинает объяснять неофиту, что «музыка в цифре порезана на кусочки и таким образом убита, и только аналог – это первозданный звук». Пресвященный неофит долго носится с этим открытием, потом случайно слышит где-нибудь цифровой тракт, который напрочь перебивает услышанный до этого аналог, и впадает в смятение. Где же истина?

Любая новая технология на первых порах недостаточно совершенна. Вспомните первые цифровые фотоаппараты, которые покупали редкие отважные смельчаки – сделанные с их помощью фотографии получились гораздо хуже пленочных. Формат компакт-диска начал активно продвигаться на рынок в начале девяностых годов. К этому времени почти все студии звукозаписи использовали цифровые рекордеры для записи и сведения музыки. Почти все виниловые пластинки, выпущенные после 1984 года, записаны при помощи цифровой техники, и ни о каком «аналоге» там уже не может быть речи. Звучат они при этом все равно лучше компакт дисков. Почему? Дело в том, что компакт-диск — достаточно ущербный формат. Объем информации, который на нем можно записать, требует сильной компрессии и урезания динамического диапазона. Музыка втискивается в прокрустово ложе серебристой болванки и лишается объема и послезвучий. Самое заметное отличие звука компакт-диска от виниловой пластинки (даже записанной с помощью цифры) – звучание тарелочек. На пластинке всегда слышно затухание звука, в то время как на компакт диске тарелочный «цик» получается подрезанным и звучит звонко, но не так приятно – слишком «металлически». Также из-за подрезания динамического диапазона на компакт диске, по сравнению с пластинкой, всегда недостает баса.

Сегодняшние технологии позволяют получать цифровые файлы очень высокого разрешения с очень большой частотой дискретизации. Файлы высокого разрешения hd-tracks гораздо полновеснее компакт дисков – там есть и послезвучия на верхах, и хороший бас, и объем, но… На виниловой пластинке музыкальной информации все равно больше, и звучит она лучше. В то же время запись, сделанная с помощью профессиональной цифровой техники без компрессии, звучит на хорошей аппаратуре настолько реалистично, что ее невозможно отличить на слух не только от «аналоговой записи», но даже от живого исполнения. Так что дело не в «нарезке музыки на кусочки», а в количестве кусочков, которые попадают на конечный носитель. Исходный студийный файл огромного объема – это 100% звука и полное соответствие реалистичному звучанию. Хорошая современная виниловая пластинка – это 70% от исходника. Файл hd-track – 50% Компакт диск – всего 25%. Про МP3 нечего говорить – там остаются жалкие 5-10%, которых, впрочем, многим достаточно.

Совершенно иначе обстоит дело с записями, сделанными в 60-70 и начале 80 годов. Аналоговые технологии в то время достигли расцвета, и возможности цифры приблизились к этому уровню только сейчас. По этой причине виниловые пластинки 70 годов звучат гораздо глубже, объемнее и естественнее виниловых пластинок середины восьмидесятых – цифровые технологии только появились и стали вытеснять аналоговые, но результат долгое время оставлял желать лучшего. При переводе записей 60-70 годов на компакт диски были использованы первые цифровые устройства, и музыка была просто убита. Именно этим объясняется шок, который испытывают большинство меломанов, впервые услышав аналоговое звучание любимой музыки. Что в 90% случаев ставят на аналоговый тракт? Led Zeppelin, Pink Floyd, Jethro Tull, Yes – музыку 70х Вся эта музыка прошла варварскую цифровую обработку на первобытных цифровых устройствах и буквально изуродована. Слушать ее на компакт дисках – значит не знать, как она может звучать. Дело не в том, что DEEP PURPLE на компакт диске «порезали на кусочки», а в том, что на кусочки для компакт диска резали отвратительно ремастированную и обрезанную по динамическому диапазону фонограмму. Достаточно послушать, как звучит, к примеру, оригинальный винил Machine Head, чтобы понять всю глубину потерь. Плохо звучит не цифра, а ПЛОХАЯ ЦИФРА. При этом, если тот же самый Machine Head воспроизвести с винила и записать на профессиональный цифровой рекордер с частотой 5.6 Мгц, то разница будет почти незаметна. Очень искушенное ухо услышит легкий «цифровой шум», выражающийся в чуть более резком звучании, но для большинства слушателей разницы не будет. Так что «священный аналоговый звук» ценен не тем, что музыка в нем «не порезана», а тем, что позволяет без потерь услышать оригинальную запись 60-70-80 годов. Разумеется, при условии, что вы ставите оригинальную пластинку на хороший виниловый тракт с качественным звукоснимателем и хорошим фонокорректором. Звучание виниловой пластинки на посредственном тракте не только не раскроет всех плюсов аналога, но, скорее всего, вчистую проиграет компакт диску.

Что касается новодельных виниловых пластинок – всех этих красивых глянцевых переизданий классических альбомов аналоговой эпохи – это абсолютно ненужные приобретения. Такие пластинки записаны с тех же уродливых цифровых фонограмм, что и компакт-диски, и по сути являются «виниловым вариантом компакт диска», разве что с чуть большим динамическим диапазоном. Только этим (чуть большим динамическим диапазоном) объясняется некоторое звуковое преимущество новодельных пластинок перед компактами, но оно настолько ничтожно, что городить ради этого виниловый тракт не имеет смысла. Разумнее скачивать файлы hd-tracks и слушать их через хороший ЦАП – такой звук значительно превзойдет и CD и новодельный винил.

Еще несколько слов про магнитофоны. Любители кассетных дек замечают, что цифровая музыка, записанная на кассету, звучит приятнее. Это правда. Дело в том, что очень мало кто может слушать профессиональные цифровые файлы, записанные с частотой 5.6 МГц, и на кассеты пишут или с компакт дисков, или с файлов 48000 Hz 24 bit. В такой музыке содержится сильный «цифровой шум», не слышимый ухом, но действующий на подсознание, которое не дает вам полностью расслабиться. Пленка этот шум сглаживает, и музыка как будто «вливается» в вас. Этот эффект отмечают все, кто слушал всю жизнь цифру и вдруг услышал звучание хорошей кассетной деки. Дело не в том, что вы услышали «аналог» — ведь запись сделана с цифры. Вы просто услышали музыку без «цифрового шума», и ваше подсознание перестало подспудно пребывать в напряжении. Чтобы услышать с кассеты настоящий аналоговый звук, запись должна быть сделана с виниловой пластинки аналоговой эпохи или с магнитофонной мастер ленты.

Аналоговый звук: погоня за совершенством

Аналоговый звук – священная корова аудиофилов. Это звук, записанный на носитель без цифровой трансформации электромеханическими способами и таким же образом воспроизводимый. Аналоговых источников существует всего два – магнитофон и виниловый проигрыватель. Люди, которые всю жизнь слушали компакт диски, и услышали однажды качественный аналоговый тракт, в первый момент теряют дар речи, а потом восклицают: «Как же нас обманули с этой цифрой! Это же небо и земля!» Довольный произведенным эффектом владелец аналогового тракта начинает объяснять неофиту, что «музыка в цифре порезана на кусочки и таким образом убита, и только аналог – это первозданный звук». Пресвященный неофит долго носится с этим открытием, потом случайно слышит где-нибудь цифровой тракт, который напрочь перебивает услышанный до этого аналог, и впадает в смятение. Где же истина?

Любая новая технология на первых порах недостаточно совершенна. Вспомните первые цифровые фотоаппараты, которые покупали редкие отважные смельчаки – сделанные с их помощью фотографии получились гораздо хуже пленочных. Формат компакт-диска начал активно продвигаться на рынок в начале девяностых годов. К этому времени почти все студии звукозаписи использовали цифровые рекордеры для записи и сведения музыки. Почти все виниловые пластинки, выпущенные после 1984 года, записаны при помощи цифровой техники, и ни о каком «аналоге» там уже не может быть речи. Звучат они при этом все равно лучше компакт дисков. Почему? Дело в том, что компакт-диск — достаточно ущербный формат. Объем информации, который на нем можно записать, требует сильной компрессии и урезания динамического диапазона. Музыка втискивается в прокрустово ложе серебристой болванки и лишается объема и послезвучий. Самое заметное отличие звука компакт-диска от виниловой пластинки (даже записанной с помощью цифры) – звучание тарелочек. На пластинке всегда слышно затухание звука, в то время как на компакт диске тарелочный «цик» получается подрезанным и звучит звонко, но не так приятно – слишком «металлически». Также из-за подрезания динамического диапазона на компакт диске, по сравнению с пластинкой, всегда недостает баса.

Сегодняшние технологии позволяют получать цифровые файлы очень высокого разрешения с очень большой частотой дискретизации. Файлы высокого разрешения hd-tracks гораздо полновеснее компакт дисков – там есть и послезвучия на верхах, и хороший бас, и объем, но… На виниловой пластинке музыкальной информации все равно больше, и звучит она лучше. В то же время запись, сделанная с помощью профессиональной цифровой техники без компрессии, звучит на хорошей аппаратуре настолько реалистично, что ее невозможно отличить на слух не только от «аналоговой записи», но даже от живого исполнения. Так что дело не в «нарезке музыки на кусочки», а в количестве кусочков, которые попадают на конечный носитель. Исходный студийный файл огромного объема – это 100% звука и полное соответствие реалистичному звучанию. Хорошая современная виниловая пластинка – это 70% от исходника. Файл hd-track – 50% Компакт диск – всего 25%. Про МP3 нечего говорить – там остаются жалкие 5-10%, которых, впрочем, многим достаточно.

Совершенно иначе обстоит дело с записями, сделанными в 60-70 и начале 80 годов. Аналоговые технологии в то время достигли расцвета, и возможности цифры приблизились к этому уровню только сейчас. По этой причине виниловые пластинки 70 годов звучат гораздо глубже, объемнее и естественнее виниловых пластинок середины восьмидесятых – цифровые технологии только появились и стали вытеснять аналоговые, но результат долгое время оставлял желать лучшего. При переводе записей 60-70 годов на компакт диски были использованы первые цифровые устройства, и музыка была просто убита. Именно этим объясняется шок, который испытывают большинство меломанов, впервые услышав аналоговое звучание любимой музыки. Что в 90% случаев ставят на аналоговый тракт? Led Zeppelin, Pink Floyd, Jethro Tull, Yes – музыку 70х Вся эта музыка прошла варварскую цифровую обработку на первобытных цифровых устройствах и буквально изуродована. Слушать ее на компакт дисках – значит не знать, как она может звучать. Дело не в том, что DEEP PURPLE на компакт диске «порезали на кусочки», а в том, что на кусочки для компакт диска резали отвратительно ремастированную и обрезанную по динамическому диапазону фонограмму. Достаточно послушать, как звучит, к примеру, оригинальный винил Machine Head, чтобы понять всю глубину потерь. Плохо звучит не цифра, а ПЛОХАЯ ЦИФРА. При этом, если тот же самый Machine Head воспроизвести с винила и записать на профессиональный цифровой рекордер с частотой 5.6 Мгц, то разница будет почти незаметна. Очень искушенное ухо услышит легкий «цифровой шум», выражающийся в чуть более резком звучании, но для большинства слушателей разницы не будет. Так что «священный аналоговый звук» ценен не тем, что музыка в нем «не порезана», а тем, что позволяет без потерь услышать оригинальную запись 60-70-80 годов. Разумеется, при условии, что вы ставите оригинальную пластинку на хороший виниловый тракт с качественным звукоснимателем и хорошим фонокорректором. Звучание виниловой пластинки на посредственном тракте не только не раскроет всех плюсов аналога, но, скорее всего, вчистую проиграет компакт диску.

Что касается новодельных виниловых пластинок – всех этих красивых глянцевых переизданий классических альбомов аналоговой эпохи – это абсолютно ненужные приобретения. Такие пластинки записаны с тех же уродливых цифровых фонограмм, что и компакт-диски, и по сути являются «виниловым вариантом компакт диска», разве что с чуть большим динамическим диапазоном. Только этим (чуть большим динамическим диапазоном) объясняется некоторое звуковое преимущество новодельных пластинок перед компактами, но оно настолько ничтожно, что городить ради этого виниловый тракт не имеет смысла. Разумнее скачивать файлы hd-tracks и слушать их через хороший ЦАП – такой звук значительно превзойдет и CD и новодельный винил.

Еще несколько слов про магнитофоны. Любители кассетных дек замечают, что цифровая музыка, записанная на кассету, звучит приятнее. Это правда. Дело в том, что очень мало кто может слушать профессиональные цифровые файлы, записанные с частотой 5.6 МГц, и на кассеты пишут или с компакт дисков, или с файлов 48000 Hz 24 bit. В такой музыке содержится сильный «цифровой шум», не слышимый ухом, но действующий на подсознание, которое не дает вам полностью расслабиться. Пленка этот шум сглаживает, и музыка как будто «вливается» в вас. Этот эффект отмечают все, кто слушал всю жизнь цифру и вдруг услышал звучание хорошей кассетной деки. Дело не в том, что вы услышали «аналог» — ведь запись сделана с цифры. Вы просто услышали музыку без «цифрового шума», и ваше подсознание перестало подспудно пребывать в напряжении. Чтобы услышать с кассеты настоящий аналоговый звук, запись должна быть сделана с виниловой пластинки аналоговой эпохи или с магнитофонной мастер ленты.