HI-Res audio - formati visoke rezolucije DSD i DXD (mitovi)

Hi-Res Audio (skraćeno HRA) - glazbene datoteke koje pružaju najkvalitetniji digitalni zvuk. Uspoređujući format HI-Res zvuka s mp3-om, možete primijetiti nevjerojatnu razliku u kvaliteti zvuka. Hi-Res Audio rez je iznad kvalitete zvuka kompaktnih diskova (CD, DVD), pa čak i mnogih visokokvalitetnih komprimiranih digitalnih formata. Hi-Res Audio smatra se standardom kvalitete u digitalnom zvuku.

Približna usporedba formata:

Razgovarajmo o procesima koji se događaju pri reprodukciji medija i formata visoke rezolucije - HI-Res: SACD (SuperAudioCD), DVD-Audio, DSD i DXD formati.

U prethodnom članku HI-FI već smo opisali mitove vezane uz kvalitetu zvuka magnetofona, vinila, ampule i CD formata. Vrijeme je da obratite pozornost na beskompromisne zvučne formate modernog HI-FI. Odmah ću uvjeriti čitatelje da će biti manje kritika nego u prethodnom članku i da se ne odnosi na kvalitetu zvuka, već više na tehnička pitanja.

Upozoravam vas da je članak napisan za najzanimljivije čitatelje, za nespremnog čitatelja (ali znatiželjnika) preporučujem da se po potrebi poziva na Wikipediju. Za manje znatiželjne čitatelje preporučujem čitanje samo "mitova" i zaključaka..

1. Prvi format visoke rezolucije (HI-Res) su SACD mediji;
2. Koja je razlika između PCM modulacije gustoće kodova (PDM) i PCM pulsne kodne modulacije (PCM)?
3. Mit broj 1 - Serijski DAC (ADC) je bolji od paralelnog;
4. Od digitalnog do analognog;
5. Zaključak 1. Glavni plus "paralelnog" ADC (DAC);
6. Logika "serijskog" ADC-a (DAC);
7. Zaključak 2. Glavni plus "serijskog" ADC-a (DAC);
8. Mit broj 2 - DAC-ovi (ADC) koriste čisto paralelne ili serijske pretvarače;
9. Mit broj 3 - 32-bitni DAC-ovi (ADC) su kvalitetniji od 24-bitnih;
10. Mit broj 4. Moj igrač ima slabu (visoku) podrhtavanje;

Vidi također:

• Dinamički raspon svih digitalnih formata, uključujući DSD - mitove i stvarnost
• Hi-Fi zvuk, mitovi i stvarnost - evolucija i razvoj zvuka
• Razlika u kvaliteti mp3 i FLAC je 192Kbps ili 320Kbps?

1. Prvi format visoke razlučivosti (HI-Res) su SACD mediji

Započnimo s prvim formatima visoke razlučivosti (HI-Res) - SACD medijima. Mediji nas ne zanimaju, slični su DVD-u u smislu kapaciteta i fizičke strukture; zanimljiv je DSD format za pohranu audio podataka..

Informacije u ovom formatu razlikuju se od svih ostalih formata pomoću metode kodiranja i koriste "Modulitet pulsne gustoće" (PDM) za razliku od PCM (Pulse Coding Modulacija) koji se obično koristi u kodiranju zvuka.

1.1 Što sve ove transformacije znače??

Za predstavljanje digitalnog zvuka najčešće se koristi impulzna modulacija kod koje se ADC pretvara izvorni analogni signal (Analogno digitalnom pretvaraču) ili ADC (Analogno digitalnom pretvaraču) serijskom nizu cifara. To čini strogo u skladu s danom frekvencijom kvantizacije (za CD, frekvencija kvantizacije iznosi 44100 Hz) - upravo s tom frekvencijom ADC mjeri amplitudu (intenzitet) zvučnog vala i kodira rezultat mjerenja s brojem.

To se događa u skladu s kapacitetom ADC-a (drugi važan pokazatelj kvalitete ADC-a), u rasponu od 0 do 65535 za 16-bitne ADC-ove, u rasponu od 0 do 16,7 milijuna za 24-bitne i od 0 do 4 milijarde za 32-bitne ADC-ove.

Ovdje je očito da čak i malo povećanje dubine bita (bitness) ADC-a dovodi do oštrog (eksponencijalnog) povećanja kvalitete i točnosti kodiranja zvuka..

Obrnuti proces pretvorbe događa se pomoću DAC (digitalni u analogni pretvarač) ili DAC (digitalni u analogni pretvarač) - sekvencijalni tok cifara s zadanom frekvencijom kvantizacije pretvara se u vrijednost zvučnog tlaka. Naravno, što je veća dubina bita digitalnog zvuka, uz prisustvo odgovarajuće pretvorbe, točnije se analogni signal vraća i kvaliteta zvuka je veća.

2. Koja je razlika između PCM modulacije gustoće kodova (PDM) i PCM pulsne kodne modulacije (PCM)?

Pregledali smo PCM pulsnu modulaciju (PCM). Ovo pretvara audio u CD, DVD-audio, DXD. Kakva je razlika između PCM modulacije gustoće kodova (PDM)? iz modulacije pulsne modulacije PCM (PCM)?.

Razlike u načinu pretvaranja analognog signala i obrnuto digitalnog u analogni, u digitalnoj metodi pohrane podataka.

Spremanje podataka za zvuk nije važno. Napominjemo da se za pohranjivanje zvuka u SACD (DSD) koristi bitni tok, a ne više bitne znamenke, u rasponu od 0 do 1, tj. Binarni signal. Ono što je važno jest kako se analogni pretvara u digitalni i obrnuto..

Od ovog trenutka počinju zbrka i mitovi 🙂 Činjenica je da postoje "serijski" i "paralelni" analogno-digitalni (digitalno-analogni) pretvarači.

3. Mit br. 1 - serijski DAC (ADC) je bolji od paralelnog

Mit br. 1 - Kvaliteta jednobitnog visokofrekventnog kodiranja bolja je od kvalitete više bitnog kodiranja...

Da bismo razumjeli gore navedeno, smatramo logikom "paralelnih" i "serijskih" pretvarača. Započnimo s digitalizacijom analognog signala - ADC logike.

Dakle, paralelni ADC "mjeri" analogni signal i pretvara ga u digitalni.

3.1 Kako se događa analogno-digitalna pretvorba?

Na ulazu ADC-a postoji krug "komparatora", čiji je smisao sljedeći - za usporedbu referentnog signala (na primjer, 1 volt, ali inicijalni napon se obično uzima polovinom maksimalne vrijednosti izmjerenog signala) s dolaznim izmjerenim.

Ako je izmjereni signal manji od referentnog kruga, on generira logički signal "minus" (logički 0), a ako je veći od "plus" (logički 1). U skladu s ovim logičkim signalom, vrijednost referentnog napona se mijenja - ili je udvostručena ili udvostručena od prethodne vrijednosti, ovisno o tome je li izmjereni signal bio veći ili manji od referentnog. Istodobno se digitalna evidencija pohranjuje u digitalni registar (u početku je jednak polovici izmjerenog raspona) i dijeli se ili množi s 2, na temelju usporedbe referentnog signala s izmjerenim signalom u usporedbi.

Tada se mjerenje izvodi opet i tako dalje od najgrubljeg do najprirodnijeg., sa svakim korakom vrijednost referentnog napona postupno će se približiti izmjerenoj vrijednosti. Broj pohranjen u registru također će se naknadno "dorađivati" - od najviših znamenki ("grubih" vrijednosti) do najnižih ("točnih" vrijednosti).

Broj mjerenja jednak je kapacitetu ADC kruga, na primjer, za 16-bitni će biti 16 mjerenja-usporedba-koraka. To je takozvana "metoda sukcesivne aproksimacije". Ta je logika dobra po tome što je broj mjerenja za visoku točnost mali i jednak dubini bita. Na ovaj način:

• Za mjerenje signala s točnošću od 0 do 65535, ne treba vam 65535 koraka, već samo 16.
• Potrebno je samo 24 koraka za mjerenje s točnošću od 0 do 16,7 milijuna.

Za ADC krug mogu se na ovaj način koristiti relativno niskofrekventne komponente, što pojednostavljuje, smanjuje troškove kruga, povećava njegovu točnost (zbog manje varijacije u parametrima komponenata).

4. Od digitalnog do analognog

Inverzijska pretvorba iz digitalnog u analogni signal (DAC) je lakša. Imamo paralelni skup pinova mikrocirke u kojima je broj pinova jednak dubini bita pretvorenog signala. Svaki je bit još uvijek digitalni signal, ima istu vrijednost (napon). Signal je i dalje paralelno-digitalni. Zatim je na svaki terminal spojen "R-2R" krug (otpor ili otpornik), pa najveći napon odgovara najvećem ispražnjenju, a najnižem. Kao rezultat, kombinacija značajnih bitova koja prolaze kroz lanac "R-2R" je pomiješana u jedan analogni signal. Na kraju je visokopropusni filter. To je sve =)

5. Zaključak 1. Glavni plus "paralelnog" ADC-a (DAC)

Djeluje na relativno niskoj frekvenciji, postižući pritom visoku točnost. Poanta je da se sve frekvencije formiraju od ultra visoke visine frekvencije kvarcnog rezonatora, koja se zatim dijeli s krugovima „razdjelnika“, do niže frekvencije digitalnog kruga. Uporedo s podjelom nadvišne frekvencije dolazi do podjele (smanjenja) pogreške (odstupanja) frekvencije od teorijske. Što je veći koeficijent podjele i niža je konačna frekvencija, točnija je izlazna frekvencija.

Sukladno tome, niskofrekventni dijelovi i sklopovi precizniji su od visokofrekventnih..

6. Logika "serijskog" ADC-a (DAC)

U serijskom ADC-u već imamo usporednik koji uspoređuje referentni signal (referencu) s izmjerenim. Slijede razlike u logici rada.

Digitalni registar (međuspremnik) pohranjuje znamenku jednaku vrijednosti referentnog signala. Nakon sljedećeg mjerenja analognog signala od strane komparatora, on daje broj 1 ako je mjerenje bilo iznad norme i 0 ako je niže. Tada referentni signal postaje 2 puta veći ili niži signal, već jedna jedinica veća ili manja. Istodobno se u memoriju ne upisuje znamenka jednaka standardnoj, već bit 1 ako je mjerenje bilo više ili 0 ako je manje.

U stvari, imamo jednostavniju serijsku logiku (i krug) ADC-a u odnosu na paralelu.

Umjesto sekvencijalnog približavanja, ovdje se koristi fiksacija (snimanje) korak-po-korak aproksimacija. Za mjerenje raspona od 16 bita od 0 do 65535, trebat će nam 65535 koraka (a ne 16). Prema tome, za 24-bitnu pretvorbu trebat će nam 16,7 milijuna koraka. Na izlazu takvog ADC-a bilježi se sekvencijalni bitni tok u kojem je analogna vrijednost intenziteta zvučnog vala jednaka „gustoći“ toka jednostrukih i nula. Ako postoji više jedinica, tada je napon (intenzitet) veći, a ako su nula niža. Sve je vrlo jednostavno.

6.1 Inverzno digitalno-analogno pretvaranje, u nizu

Inverzna digitalno-analogna pretvorba (DAC) je također jednostavna. Na izlazu jednobitnog digitalnog signala postoji kapacitivnost (kondenzator) koja se nabija od nula i jednaka, različite vrijednosti, ovisno o gustoći nula i jednima. Na kraju je nakon kapacitivnosti visokopropusni filter i analogni izlaz.

7. Zaključak 2. Glavni plus "serijskog" ADC-a (DAC)

Koristi jednostavniji krug s manje komponenata. Vrijednosti netočnosti u svim komponentama analognog puta sakupljaju se u jednoj zajedničkoj velikoj pogrešci. Što je manje komponenata u analognom krugu, točniji je ADC (DAC) i bolji zvuk.

8. Mit br. 2 - u DAC-ovima (ADC-i) koriste se čisto paralelni ili serijski pretvarači

Pažljivi čitatelj primijetio je da postoji kontradikcija u zaključcima 1 i 2 =). U stvarnosti je sve prozaičnije. U praksi se koristi kombinacija ovih metoda.. Cijeli raspon amplituda analognog signala podijeljen je u pod-pojaseve (paralelna obrada) i zatim se podvrgava sekvencijalnom kodiranju. Takvi „hibridni“ DAC-ovi (ADC) su najrasprostranjeniji.

Pri reprodukciji SACD-a zapravo se koristi potpuno sekvencijalni jednobitni DAC. Ali kao što smo već saznali, ovaj plus je u suprotnosti s velikom frekvencijom DAC kruga =). Kada govorimo o visokoj kvaliteti SACD-a, to znači i njegovu višu kvalitetu u odnosu na CD.

9. Mit br. 3 - 32-bitni DAC-ovi (ADC) nadmašuju 24-bitne

Stvarnost nas, kao i uvijek, jako slijeva iz teorijskih maksima u zemlju.

Najčešće nema stvarnih DAC-ova koji rade s 32-bitnom preciznošću u uređajima za reprodukciju zvuka u domaćinstvu (čak i HI-FI) =). Obično je sve ograničeno na 24 bita. Ali žurim s uvjeravanjem čitatelja da u studijima za snimanje kapacitet digitalizacije signala rijetko prelazi 24 bita, a ako ne i više od toga. Za uređivanje digitalnog sadržaja potrebna je margina dubine (točnosti) zvuka jer se tijekom uređivanja nakupljaju takozvane pogreške u uređivanju. To smo već spomenuli u prethodnoj recenziji..

Razmotrimo još jedan, posljednji mit i nagađanja o ovoj temi..

10. Mit broj 4. U mom sviraču niska (visoka) podrhtavanje

Vremena povezana s visokim digitalnim podrhtavanjem potiču iz 90-ih i ranih 00-ih. Kad mikrocirke još uvijek nisu bile toliko velike u složenosti krugova, proizvođači su sve spasili. Tada je došlo do razlike.

U tom je trenutku serijski DAC za SACD imao prednost u odnosu na paralelni jeftini DAC =). Ali tih je dana čak postojao DAC za CD-ove s malo dubine manjom od 16 bita =). Sada se ovi nedostaci nalaze samo u najjeftinijoj opremi koja nema nikakve veze s HI-FI. Iako ... ovo se još uvijek nalazi kod pametnih telefona =).

Ako volite glazbu, bolje nabavite plejer visoke kvalitete za to =)

• TOP 15 najboljih igrača;
• TOP 15 najboljih zvučnih kartica;
• TOP 15 najboljih slušalica;

S poštovanjem, Andrey Teplyakov.