HI-Res audio - formáty s vysokým rozlíšením DSD a DXD (mýty)

Hi-Res Audio (skrátene HRA) - hudobné súbory, ktoré poskytujú digitálny zvuk najvyššej kvality. Pri porovnaní formátu súvisiaceho so zvukom HI-Res a mp3 si môžete všimnúť výrazný rozdiel v kvalite zvuku. Hi-Res Audio je rez nad kvalitou zvuku kompaktných diskov (CD, DVD) a dokonca mnohých vysokokvalitných komprimovaných digitálnych formátov. Hi-Res Audio sa považuje za štandard kvality digitálneho zvuku.

Približné porovnanie formátu:

Poďme diskutovať o procesoch, ktoré sa vyskytujú pri prehrávaní médií a formátov s vysokým rozlíšením - HI-Res: SACD (SuperAudioCD), DVD-Audio, DSD a DXD.

V predchádzajúcom článku HI-FI sme sa už zaoberali mýtmi týkajúcimi sa kvality zvuku páskových zapisovačov, vinylových, trubicových zosilňovačov a formátu CD. Je čas venovať pozornosť nekompromisným zvukovým formátom moderných HI-FI. Okamžite uisťujem čitateľov, že bude menej kritiky ako v predchádzajúcom článku a netýka sa to kvality zvuku, ale skôr technických problémov..

Varujem vás, že tento článok je napísaný pre najzaujímavejších čitateľov, pre nepripraveného čitateľa (ale zvedavý) odporúčam podľa potreby odkazovať na Wikipedia. Pre menej zvedavých čitateľov odporúčam čítať iba „mýty“ a závery..

1. Prvý formát s vysokým rozlíšením (HI-Res) je médium SACD;
2. Aký je rozdiel medzi moduláciou hustoty kódu PCM (PDM) a moduláciou impulzného kódu PCM (PCM)?
3. Mýtus číslo 1 - Sériový DAC (ADC) je lepší ako paralelný;
4. Z digitálneho na analógový;
5. Záver 1. Hlavné plus „paralelného“ ADC (DAC);
6. Logika „sériového“ ADC (DAC);
7. Záver 2. Hlavné plus „sériového“ ADC (DAC);
8. Mýtus číslo 2 - DAC (ADC) používajú čisto paralelné alebo sériové prevodníky;
9. Mýtus číslo 3 - 32-bitové DAC (ADC) majú vyššiu kvalitu ako 24-bitové;
10. Mýtus číslo 4. Môj prehrávač má nízke (vysoké) chvenie;

Pozri tiež:

• Dynamický rozsah všetkých digitálnych formátov vrátane mýtov a reality DSD
• Hi-Fi zvuk, mýty a realita - vývoj a vývoj zvuku
• Rozdiel v kvalite medzi mp3 a FLAC je 192 kb / s alebo 320 kb / s?

1. Prvý formát s vysokým rozlíšením (HI-Res) je médium SACD

Začnime úplne prvým formátom s vysokým rozlíšením (HI-Res) - média SACD. Samotné médiá nás nezaujímajú, sú podobné disku DVD, pokiaľ ide o kapacitu a fyzickú štruktúru, o zaujímavý formát ukladania zvukových informácií DSD..

Informácie v tomto formáte sa líšia od všetkých ostatných formátov metódou kódovania a používajú „moduláciu pulznej hustoty“ (PDM) na rozdiel od PCM (modulácia pulzného kódovania), ktoré sa zvyčajne používajú pri kódovaní zvuku..

1.1 Čo znamenajú všetky tieto transformácie??

Na znázornenie digitálneho zvuku sa najčastejšie používa pulzná kódová modulácia, pri ktorej sa pôvodný analógový signál prevádza pomocou ADC (Analógovo-digitálny prevodník) alebo ADC (Analógovo-digitálny prevodník) na sériový tok číslic. Robí to prísne v súlade s danou kvantizačnou frekvenciou (pre CD je kvantizačná frekvencia 44100 Hz) - s touto frekvenciou ADC meria amplitúdu (intenzitu) zvukovej vlny a kóduje výsledok merania pomocou číslice..

Toto sa deje v súlade s kapacitou ADC (druhý dôležitý ukazovateľ kvality ADC) v rozsahu od 0 do 65535 pre 16-bitové ADC, v rozsahu od 0 do 16,7 milióna pre 24-bitové a od 0 do 4 miliárd pre 32-bitové ADC.

Je tu zrejmé, že aj malé zvýšenie bitovej hĺbky (bitity) ADC vedie k prudkému (exponenciálnemu) zvýšeniu kvality a presnosti kódovania zvuku..

Spätný proces konverzie nastáva pomocou DAC (digitálny na analógový prevodník) alebo DAC (digitálny na analógový prevodník) - sekvenčný tok číslic s danou kvantizačnou frekvenciou sa prevádza na hodnotu akustického tlaku. Prirodzene, čím vyššia je bitová hĺbka digitálneho zvuku, v prítomnosti zodpovedajúcej konverzie, tým presnejšie je obnovený analógový signál a vyššia je kvalita zvuku..

2. Aký je rozdiel medzi moduláciou hustoty kódu PCM (PDM) a moduláciou impulzného kódu PCM (PCM)?

Skontrolovali sme moduláciu pulzného kódu PCM (PCM). To prevádza zvuk na CD, DVD-audio, DXD. Aký je rozdiel medzi moduláciou hustoty kódu PCM (PDM)? od pulznej kódovej modulácie PCM (PCM)?.

Rozdiely v spôsobe prevodu analógového signálu a naopak z digitálneho na analógový, v digitálnom spôsobe ukladania informácií.

Nezáleží na uchovávaní informácií pre zvuk. Poznamenávame iba, že na ukladanie zvuku v SACD (DSD) sa používa bitový tok, nie viacbitové číslice, v rozsahu od 0 do 1, t.j. binárny signál. Záleží na tom, ako sa analóg prevádza na digitálny a naopak..

Od tejto chvíle začínajú zmätok a mýty 🙂 Faktom je, že existujú „sériové“ a „paralelné“ analógovo-digitálne (digitálno-analógové) prevodníky..

3. Mýtus č. 1 - Serial DAC (ADC) je lepší ako paralelný

Mýtus č. 1 - Kvalita jednobitového vysokofrekvenčného kódovania je lepšia ako kvalita viacbitového kódovania...

Aby sme pochopili vyššie uvedené, uvažujeme o logike „paralelných“ a „sériových“ prevodníkov. Začnime digitalizáciou analógového signálu - logikou ADC.

Paralelný ADC teda „meria“ analógový signál a prevádza ho na digitálny.

3.1 Ako prebieha analógovo-digitálna konverzia?

Na vstupe ADC je obvod „komparátor“, ktorého význam je nasledujúci: na porovnanie referenčného signálu (napríklad 1 volt, ale počiatočné napätie sa zvyčajne berie na polovicu maximálnej hodnoty meraného signálu) s nameraným vstupom.

Ak je nameraný signál menší ako referenčný obvod, generuje logický signál „mínus“ (logická 0) a ak je viac ako „plus“ (logický 1). V súlade s týmto logickým signálom sa mení hodnota referenčného napätia - zdvojnásobuje alebo zdvojnásobuje oproti predchádzajúcej hodnote v závislosti od toho, či bol meraný signál väčší alebo menší ako referenčná hodnota. Súčasne sa číslica uloží do digitálneho registra (spočiatku sa rovná polovici meraného rozsahu) a delí sa alebo násobí 2 na základe porovnania referenčného signálu s nameraným signálom porovnávačom..

Potom sa meranie uskutoční znova a tak ďalej, od najhrubšieho merania po najjemnejšie, s každým krokom sa hodnota referenčného napätia postupne priblíži k nameranej hodnote. Číslo uložené v registri sa postupne „spresní“ - od najvyšších číslic („hrubé“ hodnoty) po najnižšie („presné“ hodnoty).

Počet meraní sa rovná kapacite obvodu ADC, napríklad pre 16-bitové bude k dispozícii 16 meraní-porovnávacích krokov. Toto je takzvaná „metóda postupnej aproximácie“. Táto logika je dobrá v tom, že počet meraní pre vysokú presnosť je malý a rovný bitovej hĺbke. Týmto spôsobom:

• Na meranie signálu s presnosťou 0 až 65535 nepotrebujete 65535 krokov, ale iba 16.
• Meranie s presnosťou od 0 do 16,7 milióna vyžaduje iba 24 krokov.

Pre obvod ADC sa týmto spôsobom môžu použiť relatívne nízkofrekvenčné komponenty, čo zjednodušuje, znižuje náklady na obvod, zvyšuje jeho presnosť (v dôsledku menšej zmeny parametrov komponentov)..

4. Z digitálneho na analógový

Inverzná konverzia z digitálneho na analógový signál (DAC) je jednoduchšia. Máme paralelnú sadu mikroobvodov, v ktorých je počet pinov rovný bitovej hĺbke prevádzaného signálu. Každý bit je stále digitálnym signálom, má rovnakú hodnotu (napätie). Signál je stále paralelný digitálny. Potom je ku každej svorke pripojený obvod „R-2R“ (odpor alebo odpor), a preto najvyššie výstupné napätie zodpovedá najvyššej úrovni a najnižšej. Výsledkom je, že kombinácia významných bitov prechádzajúcich reťazcom "R-2R" je zmiešaná do jedného analógového signálu. Na konci je hornopriepustný filter. To je všetko =)

5. Záver 1. Hlavné plus "paralelného" ADC (DAC)

Funguje pri relatívne nízkej frekvencii, čím sa dosahuje vysoká presnosť. Ide o to, že všetky frekvencie sa tvoria od ultravysokej frekvencie kremenného rezonátora, ktorý sa potom delí obvodmi „deliča“, na nižšiu frekvenciu digitálneho obvodu. Spolu s delením superhigh frekvencie dochádza k deleniu (redukcii) chyby (odchýlky) frekvencie od teoretickej. Čím vyšší je koeficient delenia a nižšia konečná frekvencia, tým presnejšia je výstupná frekvencia.

Preto sú nízkofrekvenčné komponenty a obvody presnejšie ako vysokofrekvenčné..

6. Logika „sériového“ ADC (DAC)

V sériovom ADC už máme porovnávač, ktorý porovnáva referenčný signál (referenčný) s nameraným. Ďalej sú rozdiely v logike práce.

Digitálny register (vyrovnávacia pamäť) ukladá číslicu rovnajúcu sa hodnote referenčného signálu. Po ďalšom meraní analógového signálu komparátorom vydá číslo 1, ak bolo meranie nad štandardom, a 0, ak bolo nižšie. Referenčný signál sa potom nestane dvakrát vyšším alebo nižším signálom, ale o jednu jednotku väčšiu alebo menšiu. Zároveň nie je do pamäte zapísaná žiadna číslica rovnajúca sa štandardu, ale bit 1, ak bolo meranie väčšie, alebo 0, ak je menšie.

V skutočnosti máme jednoduchšiu sériovú logiku (a obvod) ADC v porovnaní s paralelnou.

Namiesto postupnej aproximácie sa tu používa fixácia (zaznamenávanie) aproximácie krok za krokom. Na meranie rozsahu 16 bitov od 0 do 65535 potrebujeme 65535 krokov (a nie 16). Preto na 24-bitovú konverziu potrebujeme 16,7 milióna krokov. Na výstupe takéhoto ADC sa zaznamená sekvenčný bitový tok, v ktorom sa analógová hodnota intenzity zvukovej vlny rovná „hustote“ toku jedál a núl. Ak existuje viac jednotiek, potom je napätie (intenzita) vyššie a ak sú nuly nižšie. Všetko je veľmi jednoduché.

6.1 Inverzia digitálnej na analógovú konverziu v sérii

Inverzia digitálnej na analógovú konverziu (DAC) je tiež jednoduchá. Na výstupe jednobitového digitálneho signálu je kapacitná kapacita (kondenzátor), ktorá je nabitá nulami a nulami, inou hodnotou v závislosti od hustoty núl a jednotiek. Na konci po kapacite je hornopriepustný filter a analógový výstup.

7. Záver 2. Hlavné plus „sériového“ ADC (DAC)

Používa jednoduchší obvod s menším počtom komponentov. Hodnoty nepresnosti vo všetkých zložkách analógovej cesty sa akumulujú do jednej spoločnej veľkej chyby. Čím menej komponentov je v analógovom obvode, tým presnejší je ADC (DAC) a lepší zvuk.

8. Mýtus č. 2 - v DAC (ADC) sa používajú čisto paralelné alebo sériové prevodníky

Pozorný čitateľ poznamenal, že v záveroch 1 a 2 =) je rozpor. V skutočnosti je všetko prozaickejšie. V praxi sa používa kombinácia týchto metód.. Celý rozsah amplitúdy analógového signálu je rozdelený do subpásiem (paralelné spracovanie) a potom podrobený postupnému kódovaniu. Takéto „hybridné“ DAC (ADC) sú najrozšírenejšie.

Pri prehrávaní SACD sa v skutočnosti používa plne sekvenčný jednobitový DAC. Ale ako sme už zistili, toto plus je v rozpore s vysokou frekvenciou obvodu DAC =). Keď hovoríme o vysokej kvalite SACD, znamená to jeho vyššiu kvalitu v porovnaní s CD.

9. Mýtus č. 3 - 32-bitové DAC (ADC) prevyšujú 24-bitové

Realita nás ako vždy ťažko pristupuje od teoretických maximov k Zemi.

Najčastejšie neexistujú žiadne skutočné DAC pracujúce s 32 bitovou presnosťou v domácich (dokonca HI-FI) zvukových reprodukčných zariadeniach =). Zvyčajne je všetko obmedzené na 24 bitov. Ale ponáhľal som sa ubezpečiť čitateľov, že v nahrávacích štúdiách digitalizačná kapacita signálu zriedka prekračuje 24 bitov, a ak nie viac, ako to. Na úpravu digitálneho obsahu je potrebná rezerva v bitovej hĺbke (presnosti) zvuku, pretože počas úprav sa hromadia tzv. Chyby úprav. Toto sme už spomenuli v predchádzajúcej recenzii..

Uvažujme ešte jeden, posledný mýtus a špekulácie na túto tému..

10. Mýtus číslo 4. V mojom prehrávači je to nízke (vysoké) chvenie

Časy spojené s vysokým digitálnym chvením sa datujú do 90. a začiatkom 20. storočia. Keď mikroobvody stále neboli také „veľké“ v zložitosti obvodov a výrobcovia všetko zachránili. Potom bol rozdiel.

V tomto okamihu mal sériový DAC pre SACD výhodu oproti paralelnému nízkonákladovému DAC =). Ale v tých dňoch existovali dokonca aj DAC pre CD s bitovou hĺbkou menšou ako 16 bitov =). Teraz sa tieto nedostatky nachádzajú iba v najlacnejšom vybavení, ktoré nemá nič spoločné s HI-FI. Aj keď ... toto sa stále nachádza v smartfónoch =).

Ak teda máte radi hudbu, získajte za to kvalitný prehrávač =)

• TOP 15 najlepších hráčov;
• TOP 15 najlepších zvukových kariet;
• TOP 15 najlepších slúchadiel;

S pozdravom Andrey Teplyakov.