^
SaAnVi.Ru музыкальные пародии
фотоприколы / банная / фотообои
мои минусовки: HiFi / LoFi
смешное / политота / компота / сцылки
блог / думы / FOREX
рецензии на фильмы
избранные минусовки
фотоотчёты
Don't speak Russian?В избранноеПодпискаРейтингАктивностьПоддержатьКЖП

последние запросы
  
рыкламмо

помоги сайту

 
нафигатор
*Главная
*Музыка
Приколы, пародии, ремиксыПесенки-чудесенкиПриколы (прочее)Авторский инструменталАвторские песниMIDIМинусовки (HiFi)Минусовки (LoFi)Минусовки (избранное)Саундтреки
*Фото, рисунки
ПриколыБаннаяКарикатурыЖивотныеБелкиНасекомыеНебоЦветы, растенияПриродаКрасноярскРазноеФотоотчётыТрансляцииОбои (1280x1024)Обои (1680x1050)Обои (FullHD)СтокМоё
*Чтиво
СмешноеРецензии на фильмыОбзорыЗвукСофт, комп, инетФотоСлова к песнямРецептыРазноеОчумелые ручкиФинансыИстории моей жизниОт других авторовПолитотаКомпота
*Программы
Battle Ship DeLuxePut The BlockPrometeusNetZhopSpectrAnsDCAD
*Рингтоны
*Рейтинги
ОбщийМузыкаМинусовкиФотоСтатьиБлог
*Об авторе и сайте
АвторыЧаВоКонтактыБлогДумыАктивностьЮзерыКЖПСсылкиХостингКартаПоддержать сайт

 
блогЪ
одномоментные думы
последняя трансляция

23.05.2016 [дождь]

20.05.2016 Кликджекинг: что это такое

16.05.2016 [пердоток, роза, пионеры]

13.05.2016 Детсадовские информационные технологии

09.05.2016 [Победа, новости, выпал]

07.05.2016 ВРПВ: ПГМ, бэк, голосование, успех

02.05.2016 [кондиционер, картон, случайность]

25.04.2016 [.РУС, компьютеры, FB vs ВК]

23.04.2016 Робокасса всё

18.04.2016 [экспонат, Квадро-фильм, VIP]

весь блог >>

 

подпишизь

RSS новости RSS комментарии
LiveJournal ВКонтакте Facebook Канал YouTube Google+

 
щотчики
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика EC: 551

Аналог vs Цифра: бой, которого не было

Целью данной статьи не является разжигание святой войны между поклонниками аналогового и цифрового аудио. Целью является показать принципиальные различия между двумя технологиями. Автор статьи (то есть я) занимает сторону цифровой технологии как наиболее совершенной и хочет разъяснить всем желающим свою точку зрения не только с субъективной, но и с научной стороны. Знание принципа цифровой записи звука, вкупе с пониманием научной стороны этого дела, однозначно исключает какие-либо сомнения в превосходстве цифровых технологий над аналоговыми.

Аналоговая запись звука.

По сути, звук (колебание частиц воздуха) имеет аналоговую природу. Звук распространяется в воздушном пространстве, он может искажаться в зависимости от разнообразных условий - расстояния до источника звука, отражения от окружающих предметов, скорости движения относительно источника и т.п. Диапазоном воспринимаемых человеческим ухом звуковых колебаний принято считать промежуток от 20 Гц до 20 кГц. На самом деле, 20 кГц - цифра довольно оптимистичная, мало кто может похвастаться тем, что реально слышит такую частоту. Большинство из встречавшихся мне взрослых людей не слышали частоты выше 15-16 кГц, так что я с большой долей уверенности в качестве среднего порога слышимости назвал бы частоту в 15 кГц. Впрочем, в плане тона нашим ухом воспринимаются частоты всего лишь до 5 кГц - всё, что выше, является дополнительными гармониками, обертонами, созвуками и т.п. Однако, правильное воспроизведение высоких составляющих (граничная частота воспроизведения) в основном и является мерой качества записи звука, обычно указываемой в технических характеристиках любого сколько-нибудь серьёзного звукозаписывающего устройства.

В мире аналоговой записи звука, колебание воздуха сначала преобразуется в электрическое колебание посредством микрофона. Далее, электрическое колебание подаётся на звукозаписывающую магнитную головку (в случае магнитной ленты) или механический резец (в случае винила). В первом случае, информация записана на намагниченной ленте, во втором - в канавке пластинки. Для воспроизведения звука, достаточно протянуть магнитную ленту вдоль магнитной головки с той же скоростью, с которой производилась запись - головка преобразует переменное магнитное поле обратно в электрические колебания, которые усиливаются и подаются на звуковоспроизводящую систему (динамик). Звуковоспроизводящая система заставляет воздух колебаться и мы слышим звук. В случае с пластинкой, достаточно прогнать иглу по канавке, которая преобразует механические колебания в электрические, а далее - снова усилитель с колонками.

Чисто с точки зрения здравого смысла из всего вышесказанного следует, что винил - это наихудший вариант для записи звука в принципе, потому что в процессе записи/воспроизведения присутствует грубая механика (как ни парадоксально, консерваторами почему-то принято отстаивать именно винил а не магнитные ленты, хотя последние в пике своего развития имели значительно более высокие качественные характеристики). Кроме всего прочего, почти весь более-менее нормальный винил писАлся именно с магнитных лент. Ему просто неоткуда было записываться - мастеринг и сведение делались в ленте, поскольку на пластинке это в принципе невозможно. То есть, звук с винила - это звук с магнитной ленты, только дополненный собственными недостатками винила - треском, шипением и прочими "меломанскими" безобразиями, обусловленными механическим съёмом звука с канавки пластинки - "плуг в борозде".

Фактически, аналоговая запись звука несовершенна почти на всех стадиях. Например, при записи на магнитную ленту, многое зависит от качества магнитной головки, архиважным является её калибровка относительно ленты (вечная головная боль). Добавьте сюда детонацию (непостоянство скорости ленты из-за неточностей в лентопротяжном механизме), саморастяжение ленты, изменения характеристик ленты на её протяжении, случайные выбоины/посторонние частицы на ней. Винил? Детонация, попадание в канавку мусора, деформация диска, ухудшение качества звука после каждого проигрывания из-за "раздалбывания" канавки. Но самым главным недостатком аналоговой записи является невозможность создания точной копии - любая копия с оригинала будет хуже качеством. Плюс ко всему, любой аналоговый носитель, даже будучи неиспользуемым, подвержен старению и постепенному ухудшению качества воспроизводимого с него звука.

Цифровая запись звука.

Цифровая запись звука стала возможной благодаря огромному техническому прогрессу, произошедшему в последние десятилетия. По сути, в основе цифровой записи звука лежит довольно старая теория - просто стало возможным сделать из теории практику. Чтобы пояснить принцип цифровой записи, мне придётся поразглагольствовать несколько больше, поскольку в двух словах рассказать его невозможно.

Само название "цифровая запись" предполагает наличие цифр. Что за цифры? Выше я уже говорил, что сам по себе звук имеет аналоговую природу. Чтобы записать звук в цифровую форму, нужно просто зафиксировать значения звукового колебания, изменяющегося во времени, в числах с как можно большей точностью. Далее, для иллюстрации принципа цифровой записи звука я воспользуюсь собственной разработкой - программой моделирования систем цифровой обработки сигналов sDCAD.

аналоговый сигнал с выборками

На рисунке зелёным цветом представлен аналоговый, непрерывный сигнал, желтым - его зафиксированные отсчёты (выборки). Выборка - значение сигнала в данный момент времени, записанное цифрой. Поскольку аналоговый сигнал непрерывно меняется во времени, сразу вырисовывается проблема: для точного воспроизведения сигнала необходимо бесконечное количество выборок - "одна за другой". Однако, здесь в силу вступает теорема Котельникова (тут вам придётся поверить мне на слово) - сигнал с известной максимальной частотой можно точно восстановить из цифровых выборок, сделанных с частотой вдвое большей максимальной частоты этого сигнала. В компакт-дисках (CD) частота выборки установлена "с запасом" - 44.1 кГц, таким образом, с компакт-диска можно с высокой точностью восстановить сигналы с частотами до 22.05 кГц, что перекрывает возможности самого чуткого уха с лихвой.

Процесс восстановления "промежуточных" значений сигнала между снятыми выборками называется интерполяцией. Интерполяция делается при воспроизведении звука, записанного в цифровой форме. Чем качественнее производится интерполяция, тем лучше восстанавливается сигнал. Обратимся к визуальной демонстрации восстановления сигнала из выборок.

аналоговый сигнал с выборками

На рисунке показан оригинальный сигнал и его зафиксированные выборки. Следующий рисунок показывает то, что получится, если "восстановить" сигнал без интерполяции, грубо "соединив" ближайшие выборки между собой прямыми линиями.

восстановление без интерполяции

Как видим, результат немного похож на оригинал, но всё же весьма далёк от него. Конечно, "восстановленный" таким образом звук будет отличаться от оригинала и на слух. Что получится, если интерполировать выборки и "восстановить" сигнал с коэффициентом интерполяции 2 (т.е., добавить между уже имеющимися у нас выборками по одной "искусственной", восстановленной выборке)?

интерполяция сигнала

Теперь, между имеющимися у нас выборками добавлено по одной "восстановленной". Заметьте, насколько сигнал стал похож на оригинал! Конечно, до идеала ещё далеко - но ведь это всего лишь коэффициент интерполяции 2! Заостряю внимание: никакого волшебства нет - сигнал интерполируется строго по теории, математическими вычислениями, без какого-либо подвоха. Также, заметьте интересный факт: восстановленные выборки вовсе не являются средними значениями между двумя соседними оригинальными выборками.

интерполяция сигнала

Удвоим коэффициент интерполяции (4). Качество восстановления сигнала растёт небывалыми темпами.

интерполяция сигнала

Если ещё удвоить коэффициент (8), восстановленный сигнал на вид практически не отличается от оригинального. Думаю, продолжать интерполировать далее не имеет смысла - вы и так уже всё поняли.

Теперь подхожу к ещё одной проблеме цифровой записи. На самом деле, мало просто сделать выборки сигнала на нужной частоте. Надо ещё и записать их значение максимально точно. Точность при записи называется разрядностью. Чем выше разрядность - тем точнее можно записать выборки сигнала. Нагляднее всего это демонстрируют два следующих рисунка.

разрядность 2 бита

На рисунке представлен всё тот же сигнал, что и на предыдущих - только оцифрованный с разрядностью 2 бита. Несмотря на то, что интерполяция производилась с коэффициентом 16, восстановленный сигнал вовсе непохож на оригинал. Он и не может быть похожим на него - разрядность в 2 бита является очень низкой и непригодной для записи звукового колебания.

разрядность 16 бит

Всё тот же сигнал, оцифрованный в 16 бит (именно такое качество у CD) и восстановленный с коэффициентом интерполяции 16. Практически неотличим от оригинала. Отличия будут незаметны на слух. В студийной практике чаще используются более высокие разрядности и частоты выборок - например, 24бит/48кГц, 24бит/96кГц и т.д. Это связано с тем, что на студиях звук подвергается дальнейшей кропотливой обработке и его лучше иметь в максимально доступном цифровом качестве. В финальном результате - например, на CD - качества 16бит/44.1кГц для отличного воспроизведения хватает с лихвой.

Добавим сюда тот факт, что цифровая запись не стареет и не может испортиться в принципе. Это - слепок звука, который сам по себе никаким временным изменениям не подвержен. Также, с этого слепка можно наделать сколь угодное количество копий - и все они будут в точности одинаковы. А при достаточной точности слепка, его ещё можно и обрабатывать практически неограниченное количество раз.

Подведу черту: все предыдущие изыскания, увещевания и рисунки сводятся к одной мысли - цифровая звукозапись в теории является идеальной. С её помощью можно записать любой звук, который только может услышать человеческое ухо. А затем можно максимально точно воспроизвести этот звук - с такой точностью, которая и не снилась аналоговым носителям по причине очевидного несовершенства последних.

Где же подвох?

Теория цифровой записи - как вы, вероятно, уже убедились - свободна от изъянов. Что же происходит на практике?

Во-первых, звук надо грамотно оцифровать - а это задача не совсем тривиальная, хотя упирается она в основном в одну-единственную деталь - АЦП (аналого-цифровой преобразователь). Допустим, мы взяли суперкачественный микрофон, обеспечили нормальное прохождение электрического сигнала через все аналоговые цепи (провода, микшер и т.п.). Некачественный АЦП, стоящий на входе цифрового записывающего устройства, враз испортит все старания. Он может записывать отсчёты с недостаточной точностью. Он может делать выборки с неравномерной частотой. В общем - если АЦП на записи был плох - записанный звук получается далёким от оригинала и мы уже ничего не сможем с ним сделать (хотя отсчёты по прежнему будут цифровые - исправить их не представится никаким образом).

Во-вторых, цифровой звук надо грамотно воспроизвести. Ситуация с точностью до наоборот: имеем прекрасную акустическую систему, замечательный усилитель, отличные провода. Но если мы подключим всё это к выходу некачественного ЦАПа (цифро-аналоговый преобразователь) - получим соответствующий некачественный звук. У ЦАП обычно больше способов испортить звук: это и неравномерная частота, и недостаточная точность, и, возможно, полное отсутствие интерполяционной схемы как таковой! Автору доводилось видеть "супербюджетные" звуковые карты для компьютеров, на которых никакой интерполяции не производилось вовсе, а разрядность выводимого сигнала на вид не доходила и до 5 бит.

Что всё вышесказанное означает? Да то, что качество цифровой записи/воспроизведения зависит только и только от аппаратуры - ровным счётом так же, как и в случае с аналоговыми технологиями. И если на звукозаписывающих студиях уж явно постарались, приобрели себе хорошую электронику и не имеют проблем с цифровым звуком - у вас эти проблемы вполне могут появиться, поскольку бытовые проигрыватели цифровой музыки зачастую производят ужасный звук. Здесь раскрывается один момент: во времена винила и магнитной ленты сама звуковоспроизводящая аппаратура делалась куда более качественно - автор и сам помнит те времена. В наш же век, век удешевления всего, чего только можно и переноса производства сами знаете куда, ожидать замечательного качества от подавляющего количества среднебюджетной аппаратуры не приходится. Возможно, с этим и связано большинство негатива в сторону цифровой музыки, т.к. люди не слышат тот звук, который они слышали когда-то. Но зачем винить в этом цифровую запись? Эта тема уже для другого разговора.

Иногда приходится видеть забавные "обзоры", где люди сравнивают одинаковые альбомы каких-либо исполнителей - сначала в виниле, потом - в CD. Это смешит: во-первых, переизданная на CD запись будет, конечно же, иметь другой звук, поскольку её ремастерили специально для CD. Причём, разумеется, ремастеринг делается уж явно для улучшения звука, а не для его ухудшения. Думается, на студиях, переиздающих классические коллекционные издания хитовой музыки прошлых десятилетий, сидят не профаны. Во-вторых, тот же винил не в состоянии правильно передать некоторое количество высоких частот из-за очевидной инерционности иглы - звук с винила всегда характеризуется завалом по ВЧ - он будет более мягким и глуховатым, но кто сказал, что всем нравится эдакая ретро-мягкость?

В голову также приходит другая забавная аналогия. Почему-то, никто не отстаивает видеоформат VHS, говоря, что на DVD худшая картинка. Оно и понятно - здесь всё видно невооружённым глазом. В случае же со звуком, когда каждый спешит убедить окружающих в своём исключительном слухе, всё сложнее и плацдарм для разнообразного рода спекуляций шире. Отсюда многочисленные бредовые высказывания, ничего общего со здравым смыслом и наукой не имеющие. Например, высказывание о том, что "особенно на цифровой записи пропадают басы". Почему именно басы - совершенно непонятно. Равно как и непонятно, откуда такие профанские мнения постоянно берутся.

Резюме.

С точки зрения науки, цифровая запись звука в сравнении с аналоговой имеет сплошные преимущества и не имеет недостатков. С точки зрения реалий - чтобы услышать по-настоящему качественный цифровой звук - надо выложить кучу денег, да и не всегда даже за кучу будет хороший результат. Впрочем, в случае с аналоговой записью - ровным счётом всё то же самое.

А напоследок - маленькая сенсация: звук с магнитных лент на самом деле... Цифровой. Связано это с тем, что фактически в зазор магнитной головки в каждый конкретный момент времени попадает конечное количество магнитных частиц ленты. Следовательно, значение сигнала уже записано не с полной, а с ограниченной точностью. "Интерполятором" в таком случае выступает сама магнитная головка, т.к. в ней магнитное поле не может меняться абсолютно мгновенно. Где-то читал (не буду ручаться за достоверность), что примерная разрядность магнитной ленты - 18 бит. Впрочем, не стоит путать эту "разрядность" с цифровой - всё же, это всего лишь приближение, граничащее с шуткой.

А что же винил?

А винил записан с магнитной ленты.

 

неформальное продолжение статьи: "Тёплый ламповый звук и сферический винил в вакууме".

 

©2009, Анатолий Савенков
опубликовано: 02.02.2009

комментариев: 849

 
<< предыдущая статья следующая статья >>
dummy
просмотров:
51246
глас народа:
+467 / -33
+зачёт    -незачёт

голос будет учтён в рейтинге

список статей в категории

 

Комментарии

 

 
841  sy   гость28.06.2015 13:31
а, да... я вспомнил. мы как раз этим на работе занимаемся. но в статистике.
если есть множество не связанных точек то их связывание некой кривой и есть интерполяция, по определению.
842  SaAnVi   tzar28.06.2015 16:30
Дык смотря как связывать. ;)
843  Мастер   гость09.07.2015 08:16
Когда люди придумали цифру для звука и реализовали её, они отвыкли делать интересный и комфортный звук.
Эта резкость и скучность цифрового звука (аля "холодное битое стекло") проистекает из плагинов, фильтров, алгоритмов и нового веяния в режисуре звука.
К сожалению. Мастеринг для аналоговых носителей и сами аналоговые носители, загоняют звук в более комфортные и красивые, интересные рамки звучания. Поэтому цифра колет слух и брямцает, а ленты и винил - играют музыку.
844  sy   гость11.07.2015 14:31
к номеру "182 SaAnVi"
.
я понимаю что там ирония, но все же "червонное золото" произошло от низкопробного золота червонцев, а не указывает что золото высшей пробы))
.
если вы это знаете можно не выводить.
845  SaAnVi   tzar11.07.2015 14:52
> Когда люди придумали цифру для звука и реализовали её, они отвыкли

Не отвыкли, просто пришло другое поколение. Упростившийся процесс создания звука привёл в индустрию море бесталанных кретинов. Но цифра здесь ни при чём.
846  sy   гость11.07.2015 15:20
вдруг в 1024 скажу смешную сказку из жизни.
меня както напугали словом винтаж, искал все винтажное но дешевое. на 1ном винт. сайте нашел усь пионер ок.70 года. весь в кнопках + анодированный белым, но "из ремонта" вых.транз. горелые.
короче привезли 600км из сайта, года 3-4 слушал, даже привык слышать нытьё гленна гульда под фоно. но.
все время хотелось испытать новое.
скопил на маранц7001 анодир-ый. и.
что же и?
весь организм сразу сказал пионеру резкое фя.
я ево выбросил где он мог пригодиться, живу на 7001-м но.
чтоже но? - не слышны в саду даже шорохи, тихие звуки оркестра в фортиссиме и нытье гульда почти пропало тож.
короче я решил что чемто 7001 лучше но у него анти-S-образная переходная характеристика и он давит "тишину". ибо пионер главный. однако.
чтоже однако?
потом появились маленькие осциллографы, и можно из Audition - синус на 7001 увидать.
искал, искал анти-S-образность - ненашел.
пришлось счесть - референсный винтажный пионер сам имеет S-образность. без анти-.
задирает тишину))
847  kostik-354   гость24.07.2015 14:39
846
Как говорится, не анодированием единым... :)
А что такое анти S-образная характеристика?
848  Олег Воронков 1985 г.р.   гость09.12.2015 14:52
К комментарию 836.

О фильтре нижних частот в этом видеоролике сказано несколько раз. Достаточное качество фильтра, видимо, автоматически подразумевается. Комментатор sy просто неправильно трактует данный материал. А аудиофилы... не бывают подкованными в теории - Вы же сами говорили, Анатолий!
849  Олег Воронков 1985 г.р.   гость09.12.2015 15:35
К комментарию 837.

Первая ссылка. Нарушение условий теоремы Котельникова. Верхняя частота спектра кодируемого сигнала должна быть СТРОГО вдвое меньше частоты дискретизации.

Вторая и третья ссылки. МГНОВЕННОЕ начало сигнала из нуля указывает на бесконечность спектра, что также противоречит условиям теоремы Котельникова. Всех этих "быстрых атак" мы всё равно никогда не услышим, так как частоты их спектров лежат уже выше верхней границы слуха.

Кстати, я на Ютубе [ссылка, www.youtube.com] продолжил беседу с тов. Сергеем Николаевым; знаете, как активно он налегает на эти "быстрые атаки"! Кому интересно - почитайте, повеселитесь! Там много смешного не только про звукозапись! И вот ещё ролик: [ссылка, www.youtube.com] дискуссия с ним же!

 

 

↑ к началу комментариев    ↑↑ к началу страницы

 

Вы не зарегистрированы. Зарегистрируйтесь или войдите в систему, чтобы не набирать каждый раз проверочный код (и иметь другие приятные функции на сайте). Действует суточный лимит анонимных комментариев для защиты от троллей, школоло-хакеров и спам-ботов. На текущий момент осталось комментариев: 9.

Добавить комментарий

* Ваше имя/ник:
E-mail:
* Комментарий:
(до 1024 символов)
введите две первые цифры из четырёх: 2024 

 

Фулюганствовать не надо: соблюдайте правила приличия. Я не люблю комментариев не по делу типа "Оццтой!" и им подобных. Если хотите что-то покритиковать или поучить кого-то жизни - делайте это с чувством, с толком и с расстановкой.

 
  

 
новостя
23.05.2016
репортаж: Акватеррариум парка флоры и фауны "Роев ручей", ч.2
18.05.2016
репортаж: Акватеррариум парка флоры и фауны "Роев ручей", ч.1
15.05.2016
обзор: Гарнитура KOSS SB40: несбалансированный "франкенштейн"
12.05.2016
банная: шашлычная улыбка
10.05.2016
рецензия: Дэдпул
05.05.2016
фотоприкол: рубль "на вырост"
03.05.2016
музыкальная пародия: Techno shit, или Во поле берёза стояла
28.04.2016
сток: мешочек
26.04.2016
фотосет: Зарисовки 40
24.04.2016
фотоприкол: мужнино хозяйство
все новости >>

 
популярЪ

1. чтиво: Тёплый ламповый звук и сферический винил в вакууме

2. чтиво: Гарнитура KOSS SB40: несбалансированный "франкенштейн"

3. фотосессия: Акватеррариум парка флоры и фауны "Роев ручей", ч.2

4. музыкальная пародия: Барак Обама

5. музыкальная пародия: Винда

6. фотосессия: Акватеррариум парка флоры и фауны "Роев ручей", ч.1

7. Шашлычная улыбка

8. чтиво: Отключение ненужных служб Windows

9. музыкальная пародия: Windows 10

10. чтиво: Резервный интернет-канал на примере Zyxel Keenetic 4G III

весь TOP >>

 
голо-сувание
Как вы считаете, что нужно делать с В.И.Лениным?
Голосовать или смотреть результаты на сайте KrasOpros.Ru
все опросы >>

 
сейчас на сайте
свои: Соловей, ed, ZlydenGL (3)

гости: 2

статистика за 10 минут
юзеры >>