Запись звука в «цифре»
По своей природе звук — колебательное движение частиц упругой среды, распространяющееся в виде волн. После того как стало понятно, что звук представляет собой такие колебания, появилась мысль записать их, повторив форму на твёрдом материале. Так, в 1877 году Томас Эдисон создал фонограф — прибор для механической записи и воспроизведения звука. А в 1888 году немец Э. Берлинер изобрёл граммофон — началась эра граммофонных пластинок, которые стали первыми массовыми носителями аудиоинформации. Изучив законы электромагнетизма, человек поставил удачные опыты по преобразованию звуковых колебаний в электромагнитные и сохранению их. Так появилась магнитная лента, получившая широкое распространение в середине ХХ столетия.
Изобретатель Томас Эдисон и его звукозаписывающее детище — фонограф
Для того чтобы цифровая техника могла хранить, обрабатывать и воспроизводить звук, его преобразовывают в цифровой вид с помощью аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), который превращает аналоговый сигнал в последовательность чисел. Это называется импульсно-кодовой модуляцией (ИКП, или по-англйски PCM). Происходит это так: АЦП много раз в секунду производит измерение амплитуды аналогового сигнала и выдает результаты в виде чисел. При этом результат измерений не является точным соответствием непрерывного электрического сигнала: это зависит от количества измерений и их точности.
Частота, с которой производятся измерения, называется частотой дискретизации, а точность измерений амплитуды указывает число бит, использующихся для показаний результата измерений. Этот параметр называется разрядностью. Например, если частота дискретизации равна 44,1 кГц, это означает, что сигнал измеряется в течении секунды 44 100 раз. Для того, чтобы аналоговый сигнал можно было точно восстановить по его отсчётам, частота дискредитации должна быть больше максимальной звуковой частоты в два раза. То есть, если аналоговый сигнал содержит частотные компоненты от 0 Гц до 20 Гц, то частота его дискредитации должна составлять не меньше 40 кГц.
Форматы цифрового аудио
Разумеется, для того чтобы оцифрованный звук можно было хранить, передавать и преобразовывать, должны существовать определённые стандарты цифрового звука — аудиоформаты. На сегодняшний день существует множество таких форматов, каждый из которых использует свой алгоритм обработки звука. Различаются они и носителями информации. Наиболее популярными и распространенными на сегодняшний день в сфере домашнего использования являются обычные музыкальные компакт-диски — CD. Также появились относительно новые форматы записи Super Audio Compact Disk (SACD) и DVD-Audio (или просто DVD-A). Кроме того, огромное распространение получили форматы, использующие сжатие цифровых данных. Самый популярный среди них — MPEG-1/2/2.5 Layer 3 (MP3). Не осталась в стороне от звуковой индустрии и компания Microsoft, разработав свой алгоритм сжатия — WMA, который также активно продвигается на рынке.
CD
Был создан в 1979 году компаниями Philips и Bayer. Формат хранения данных на диске, известный как «Красная Книга», позволяет записывать двухканальный звук с 16-битной импульсно-кодовой модуляцией (PCM) и частотой дискретизации 44,1 кГц. Массовое производство компакт-дисков началось в 1982 году в Германии. Первые CD вмещали до 650 мегабайт информации, что эквивалентно 74 минутам аудио. Существует предположение, что разработчики рассчитали такой объём для того, чтобы на компакт уместилась девятая симфония Бетховена — самое популярное музыкальное произведение в Японии в 1979 году. Примерно с 2000 года всё большее распространение стали получать диски объёмом 700 мегабайт, позволяющие записать 80 минут аудио, и 800 мегабайт — 90 минут.
В настоящее время этот формат практически достиг вершины своего развития и постепенно начинает вытесняться новыми — SACD и DVD-A.
Преимущества: распространённость, поддержка большим количеством устройств, приемлемое качество звука. Недостатки: отсутствие поддержки многоканальности. На чём cлушать:
Музыкальный центр Philips FWM377/12 с системой Bass Reflex — баса много не бывает!
Сжатые аудиоформаты
MP3
Научные разработки алгоритма сжатия велись ещё с конца 70-х, а общий стандарт был утверждён в 1994 году в институте Фраунгофера (Германия). В технологию кодирования сигнала заложен механизм игнорирования звуковых частот, не различаемых человеческим слухом. А различаемые, то есть оставшиеся, ужимаются. Степень сжатия — битрейт (объём информации, заложенный в единицу времени; чем меньше битрейт — тем меньше информации содержится в файле) можно варьировать от 8 до 320 кбит/с (поток данных с обычного CD равен 1411,2 кбит/с при частоте дискретизации 44100 Гц). Стоит отметить, что неискушённому слушателю будет довольно сложно услышать эти потери, особенно если кодирование произведено с высоким битрейтом. Музыкальная композиция в формате MP3, записанная с вполне приемлемым качеством, «весит» примерно в 10 раз меньше несжатой. Это и определило популярность формата, особенно в сети Интернет.
Преимущества: малый размер конечного файла, распространённость, поддержка большим количеством проигрывателей. Недостатки: низкое качество звука.
WMA
Формат разработан компанией Microsoft и позиционируется как альтернатива MP3. В некоторых случаях он даже превосходит MP3 по степени сжатия, но независимые тесты показали, что преимущество WMA не такое уж однозначное. Однако этот формат постоянно развивается, и его последние версии (начиная с WMA 9.1) поддерживают сжатие без потери качества, а также многоканальный звук. WMA — закрытый (лицензируемый) формат, вследствие чего не получил такого массового распространения как MP3.
Преимущества: небольшой размер файла, для последних версий — многоканальность, использование сжатия без потери качества. Недостатки: значительно меньшая по сравнению с MP3 поддержка современными устройствами воспроизведения. На чем слушать:
МР3-плеер iRiver iFP-895 можно использовать в качестве флеш-карты
Многоканальные аудиоформаты
SACD
Первые диски появились в сентябре 1999 года. Создатели формата — фирмы Sony и Philips — изначально планировали использовать его для сохранения многочисленных записей, хранящихся на магнитных лентах и представляющих историческую или культурную ценность. Главной задачей при переводе архива на цифровой носитель было избежать PCM-преобразования, которое, по мнению звукорежиссёров компаний, является причиной неудовлетворительного звучания CD, а не ограничения, накладываемые параметрами 44,1 кГц/16 бит. Поэтому была применена новейшая технология прямого цифрового потока DSD (Direct Stream Digital). Она позволяет увеличить разрешение звука за счёт более точного отражения исходной волны благодаря переводу потока в 1 разрядный вид (1 bit) с использованием сверхвысокой частоты в 2822.4 KГц (как мы помним, чем выше частота, тем меньше искажений). Прямая передача 1 разрядного сигнала в DSD также приводит к уменьшению потерь данных. Диски SACD поддерживают многоканальный звук (до 6 каналов), кроме того, их особенностью является двухслойность: на второй слой может быть записана музыка в обычном стерео, что позволяет воспроизводить такой диск на простом CD-проигрывателе. Ещё одной отличительной особенностью дисков SACD является возможность записи изображений, а также текстовой информации.
Преимущества: многоканальность, высокое качество звука, возможность записи текста и графики, наличие двух рабочих слоёв, защита от несанкционированного копирования. Недостатки: малая распространённость носителей, сравнительно высокая стоимость оборудования для прослушивания.
DVD-Audio
Формат DVD-Audio появился на рынке в середине 2000 года. Он, как и CD-Audio, предназначен для записи звука, но поддерживает сэмплирование 16, 20 и 24 бита с частотой выборки от 44.1 до 192 кГц. Кроме того, DVD-Audio может быть записан с числом каналов от 2 до 5.1, и также содержать музыкальные видео, графику и другую информацию. Основные отличия от SACD: динамический диапазон — >120 дБ (SACD — 144 дБ), основной аудиосигнал — PCM (SACD — DSD), длительность записи — 74 мин (SACD — до 109 мин).
Преимущества: многоканальность, высокое качество звука, возможность записи текста и графики. Недостатки: малая распространённость носителей.
Битва многоканальных форматов
В споре между форматами SACD и DVD-A на сегодняшний день сложилась довольно интересная ситуация. Дело в том, что качество воспроизведения у SACD и DVD-A практически одинаковое, несмотря на некоторые различия в характеристиках: в пределах частот от 20 Гц до 20 кГц, которые способно различать человеческое ухо. Но даже аудиофилы со стажем не всегда способны распознать на слух, звучит ли в данный момент CD либо SACD, не говоря о различии между SACD и DVD-A. Звукозаписывающие компании в равной мере поддерживают оба формата, однако сегодня производители выпускают гораздо меньше аппаратов, воспроизводящих DVD-A, нежели SACD. С чем связан такой выбор — непонятно, но вполне можно говорить о том, что одержать верх в битве форматов больше шансов у SACD.
На чём слушать:
DVD-плееру Pioneer DV-585A по зубам любой формат
Какой формат лучше?
Как видим, индустрия звукозаписи не стоит на месте, а стремительно развивается, предлагая пользователям всё больше и больше нововведений: форматов звука, моделей техники… Поэтому однозначно ответить на вопрос, какой формат лучше, можно лишь, точно зная предпочтения конкретного слушателя. Так, для аудиофилов неоспорим выбор SACD либо DVD-A. Для тех, кого не сильно волнует суперкачество звука, подойдёт старый добрый CD-диск. Любителям же послушать музыку на компьютере с приемлемым качеством либо в дороге можно посоветовать остановить свой выбор на дисках с записями в формате MP3 и на МР3-плеерах.
Поделиться
