Відмінності між аналоговим звучанням та цифровим

Дуже часто ми чуємо такі визначення, як «цифровий» або «розкритий» сигнал, що відрізняється від «аналога»?

Суть різниці полягає в тому, що аналоговий сигнал безперервний в часі (синій лінії), при цьому цифровий сигнал складається з обмеженого набору координат (червоних точок). Якщо все зменшено до координат, то будь-який сегмент аналогового сигналу складається з нескінченної кількості координат.

У цифровому сигналі координати по горизонтальній віссі влаштовують за регулярними інтервалами, відповідно до частоти відбору проб. У загальному форматі Audio-CD це 44,100 балів за секунду. Вертикально, точність висоти координатора відповідає дещо розмірам цифрового сигналу, для 8 біт це 256 рівнів, для 16 біт = 65536 і для 24 біт = 16777216 рівнів. Чим вище біт (номер рівнів), тим ближче координати вертикально до початкової хвилі.

Аналогові джерела є вінілові та аудіо касети. Цифрові джерела: CD-Audio, DVD-Audio, SA-CD (DSD) та файли в форматах WAVE та DSD (включаючи похідні APE, Flac, Mp3, Ogg тощо).

Переваги та недоліки аналогового сигналу
Перевага аналогового сигналу полягає в тому, що це в аналоговій формі, яку ми сприймаємо звук у вухах. І хоча наша аудиторська система переводить сприйнятий звуковий потік в цифрову форму і передає в цій формі до мозку, науки і техніки ще не досягла можливості підключення гравців і інших джерел звуку безпосередньо в цій формі. Ми робимо це дослідження прямо зараз для людей з обмеженими можливостями, і ми просто насолоджуємось аналоговим звучанням.

Недолік аналогового сигналу є можливість зберігати, передавати та відтворювати сигнал. При записанні на магнітну стрічку або вініл, якість сигналу буде залежати від властивостей стрічки або вінілла. З часом скотч демагнетізує і якість записаних сигналів погіршується. Кожне читання поступово руйнує середню, а перезапис вводить додаткові спотвори, де додаються додаткові відхилення наступного носія (тапе або вініл), читання, запис і передавальні пристрої сигналу.

Зробляючи копію аналогового сигналу, як знімати іншу фотографію для копіювання фото.

Переваги та недоліки цифрового сигналу
Переваги цифрового сигналу включають точність копіювання і передавання звукового потоку, де оригінальний не відрізняється від копіювання.

Головним недоліком є те, що сигнал в цифровій формі є проміжний етап і точність кінцевого аналогового сигналу буде залежати як докладна і точна звукова хвиля буде описана координати. Це досить логічно, що в ній є і більш точні координати, більш точні хвилі будуть. Але ще не існує консенсусусу щодо того, як багато координаторів і точності даних достатньо сказати, що цифрове представлення сигналу достатньо точно реконструювати аналоговий сигнал, що не відрізняється від оригінального вуха.

Якщо ви працюєте з обсягами даних, ємність звичайного аналогового аудіо касета становить лише 700-1.1 Мб, при цьому звичайний компактний диск має 700 Мб. Це дає уявлення про необхідність носіїв великої ємності. І створює окрему війну компромісів з різними вимогами до кількості опису точок та точності координат.

На сьогоднішній день вона вважається досить достатнім представленням звукової хвилі з частотою зразка 44.1 кГц і трохи розміром 16 біт. При швидкості зразка 44.1 кГц можна відновити сигнал до 22 кГц. Як показує психоакустичні дослідження, подальше збільшення частоти відбору не помітно, але збільшення біткості дає суб'єктивне поліпшення.

Як побудувати DAC хвиля
DAC - це цифровий конвертер, елемент, який переводить цифровий звук в аналоговий. Ми розглянемо основні принципи, що наділяться. Якщо коментарі показують зацікавленість у обговоренні кількості точок більш докладно, буде виданий окремий матеріал.

Мультиbit DAC
Дуже часто хвиля представлена у вигляді кроків, які пов'язані з архітектурою першого покоління багатобітних ДАК Р-2Р, що працюють аналогічно перемикачу з реле.

, Україна

Введення DAC отримує значення наступного координатора вертикально і в кожному інсульті він переключає рівень струму (вольтаж) до відповідного рівня до подальшої зміни.

Хоча вважається, що вухо людини не більше 20 кГц, і за даними теорії Nyquist, можна відновити сигнал до 22 кГц, виникає питання про якість цього сигналу після відновлення. В області високих частот форма отриманої «крокової» хвилі зазвичай далеко від оригінального. Найлегшим способом такої ситуації є збільшення швидкості відбору проб при написанні, але це призводить до значного і небажаного збільшення розміру файлу.

р.

Альтернативою є штучно збільшити частоту відбору проб при відтворенні в DAC шляхом додавання проміжних значень. Це, ми представляємо шлях безперервної хвилі (сірий пунктовий рядок), плавно з'єднуючи початкові координати (червоні точки) і додаючи проміжні точки на цій лінії (темно-пурпурний).

Як підвищується частота відбору проб, зазвичай потрібно збільшити швидкість біту, щоб координати ближче до приблизної хвилі.



Завдяки проміжним координатам можна зменшити «кропи» і побудувати хвиля ближче до оригінального.

Коли ви бачите частотний приріст від 44.1 до 192 кГц у гравця або зовнішнього DAC, це функція додавання проміжних координат, не відновлення або створення звуку в області понад 20 кГц.

Спочатку це були відокремлені чіпси SRC до DAC, які потім мігрували безпосередньо до самої чіпси DAC. Сьогодні ви можете знайти рішення, де додано такий чіп, щоб забезпечити альтернативу вбудованим алгоритмам в DAC і іноді отримати ще краще звучання (як робиться в Hidizs AP100).

Головною відмовою в галузі від багаторозрядних ДАКР стала за рахунок неможливості подальшого технологічного розвитку якісних показників з сучасними виробничими технологіями і більшої вартості проти «пульсних» показників. DACs з порівняльними характеристиками. Тим не менш, продукція Hi-End часто віддає перевагу старшим багатостороннім DACм за новими рішеннями з технічно кращими характеристиками.

Імпульсні DAC
В кінці 70-х рр. було поширено альтернативну версію ДАК, на основі «пульсної» архітектури – «delta sigma». Технологія імпульсних DAC стала можливою для виникнення надшвидких ключів і дозволило використовувати високу частоту носіїв.



Амплітуда сигналу - середня величина пульсових амплітудів (зелені показує імпульси рівної амплітуди, а білий показує кінцеву звукову хвилю).

Наприклад, послідовність восьми циклів п'яти імпульсів дасть середню амплітуду 1+1+0+0+1+0)/8=0.625. Отримано більш високу частоту носія, отримані більші імпульси під розгладжуванням і більш точне значення амплітуду. Це дозволило представити звуковий потік в односторонньому вигляді з широким динамічним діапазоном.

Спостереження можна зробити за допомогою звичайного аналогового фільтра і якщо такий набір імпульсів наноситься безпосередньо до динаміка, то на виході ми отримаємо звук, а надвисокі частоти не будуть розмножуватися через велику інерцію випромінювача. За цим принципом підсилювачі PWM працюють в класі D, де щільність енергії імпульсів створюється не за своїм числом, але за тривалістю кожного імпульсу (що простіше реалізувати, але неможливо описати простим бінарним кодом).

Multibit DAC може бути представлений як принтер, здатний використовувати кольорові пантонні фарби. Прованс Sigma - це струменевий принтер з обмеженим набором кольорів, але завдяки можливості застосування дуже дрібних точок (зварених до принтера штанів), завдяки різній щільності точок на одиницю поверхні, вона дає більше відтінків.



У образі ми зазвичай не бачимо індивідуальних точок через низьку роздільну здатність очей, але тільки середній тон. Аналогічно вухо не чути індивідуальні імпульси.



В кінці з поточними технологіями в імпульсних ДК можна отримати хвилю близько до того, що теоретично слід отримати при наближенні проміжних координат.

Слід зазначити, що після появи дельти sigma of DAC актуальності малювання «цифрової хвилі» зі збитими кроками, оскільки сучасні DAC не будують хвильові кроки. Правильно будувати дискретний сигнал з точками, підключеними гладкою лінією.

Чи ідеально підходять імпульси DAC?

Але на практиці не все безхмарно, і є ряд проблем і обмежень.

Оскільки переважна кількість записів зберігається в багатосторонньому сигналі, переклад в імпульсний сигнал за принципом «біт на біт» вимагає надмірно високої частоти носіїв, які сучасні DAC не підтримують.

Основна функція сучасних імпульсних DAC - це переклад багатостороннього сигналу в один-bit з відносно низькою частотою носіння з тонуванням даних. В основному це ці алгоритми, які визначають кінцеву якість звучання пульсованих DAC.

Щоб зменшити задачу високої частоти носіння, звуковий потік ділиться на кілька одноплатних потоків, де кожен потік відповідає за власну групу розряду, яка еквівалентна багаторазовому збільшенню частоти носія від кількості потоків. Такі DAC називають багатобітним дельта sigma.

На сьогоднішній день пульсовані DAC отримали другий вітр в швидкісних універсальних чіпах в продуктах NAD та Blackd через можливість гнучко інтегрувати алгоритми перетворення програми.

Формат DSD
Після поширеного поширення дельта-сигма DAC було досить логічно, що формат написання бінарного коду безпосередньо до кодування delta-sigma. Цей формат називається DSD (Direct Stream Digital).

Формат не був поширений з декількох причин. Редагування файлів в цьому форматі була занадто обмежена: ви не можете перемішувати струмки, регулювати обсяг і застосувати вирівнювання. Це означає, що без втрати якості ви можете лише архівувати аналогові записи і зробити двомікрофонний запис живих виступів без подальшої обробки. Ви не можете заробити гроші.

У боротьбі з піратством диски SA-CD не підтрималися (і ще не підтримуються) комп'ютерами, які запобігають їх копіюванню. Немає копій, не широкої аудиторії. DSD аудіо вміст може бути відтворений від окремого гравця SA-CD від фірмового диска. Якщо для формату PCM є стандартний SPDIF для передачі цифрових даних з джерела до окремого DAC, то для формату DSD немає стандартних і перших піратських копій дисків SA-CD були оцифровані з аналогових виходів гравців SA-CD (хоча ситуація виглядає дурно, але насправді деякі записи були випущені тільки на SA-CD, або той же запис на Audio-CD був спеціально виготовлений погано для просування SA-CD).

Точка повороту сталася з випуском ігрових консолі SONY, де диск SA-CD автоматично скопійований до консолі жорсткий диск перед відтворенням. Це було використано вентиляторами формату DSD. Виникнення піратських записів стимулює ринок, щоб звільнити окремі DAC для відтворення потоку DSD. Більшість зовнішніх DAC з підтримкою DSD сьогодні підтримують передачу даних через USB за допомогою формату DoP у вигляді окремого кодування цифрового сигналу через SPDIF.

Частота носія для DSD є відносно невеликими, 2.8 і 5.6 МГц, але цей аудіо потік не вимагає будь-яких перетворень обробки даних і є досить конкурентоспроможним з форматами високої роздільної здатності, такими як DVD-Audio.

Не існує чіткої відповіді на питання, яке краще, DSP або PCM. Все відрізняється якістю реалізації конкретного DAC і талантом звукоінженера при записі кінцевого файлу.

Загальні висновки
Аналоговий звук є те, що ми чуємо і сприймаємо як світ навколо нас з нашими очима. Цифровий звук – це набір координат, які описують звукову хвилю, яку ми не можемо чути безпосередньо без перетворення аналогового сигналу.

Анонімний сигнал, записаний безпосередньо до звукового касета або вініл не може перезаписуватися без втрати якості, в той час як хвиля в цифровому представленні може бути скопійована на трохи.

Формати цифрового запису є постійними торгово-офісними між розмірами координатної точності versus, і будь-який цифровий сигнал є тільки наближенням до оригінального аналогового сигналу. Тим не менш, різні рівні цифрового сигналу запису та відтворення та запам'ятовування пристроїв для аналогових сигналів медіа дають більше переваг для представлення цифрових сигналів, схожих на цифрову камеру проти плівки камери. Мій звук Джерела Комп'ютерний CD-плеєр Портативний цифровий плеєр Вініл Інше Смартфон Voted від 226 осіб. 22 збережені. Тільки зареєстровані користувачі можуть брати участь у опитуванні. Приходьте, будь ласка,

Джерело: geektimes.ru/company/soundpal/blog/249814/