Это первая статья нового для нашего сайта жанра. Назовем его по буржуйски — editorial [эдиториал]. Подобные редакторские статьи будут выходить регулярно (надеюсь, не реже раза в неделю). Их цель — нести в себе приятную для прочтения и относительно легкую для усваивания информацию на свободную (т. е. на мой вкус) тему. Разумеется, тема должна иметь отношение к тематике сайта. Хотя бы отдаленное.
Цифруют ныне почти все. До запахов еще не добрались, а с аудио, видео и фото дело давно решенное. Но я не буду подливать жар в огонь извечного цифроаналогового спора. И без меня до смешного доходит (на виниле издают композиции, сведенные на цифровой аппаратуре). Вместо этого я расскажу о технологии, не замеченной в компьютерных кругах, но способной сильно изменить привычные понятия. А именно — о цифровом представлении всего и вся, и возможных методах обработки оного.
Появление стандарта SACD вызвано банальной коммерческой причиной. Срок выплат лицензионных отчислений создателям CD-Audio технологии подходит к концу, а прибыль они приносят огромную. По слухам, сравнимую с прибылью, получаемой создателями от продаж CD оборудования собственного производства. Выход очевиден — Sony и Phillips необходимо изобрести новый формат, способный в будущем потеснить CD. И, что главное, принести сравнимые лицензионные отчисления. Так и был создан SACD (Super Audio CD). Очевидно, что привлечь покупателей и фирмы простым увеличением емкости невозможно — вся коммерческая звукозапись держится на 74 минутах и увеличение емкости ни к чему не приведет. А содрать дополнительные деньги за 2-х дисковый набор с классикой сам бог велел. Кто виноват, что не было в те времена 74 минутного ограничения. Объем отпадает, необходимо качественно новое качество, простите за каламбур. Не просто интенсивный скачок (уже есть DVD с 192 КГц 24bit) а качественно новый подход. Все же новое, как известно… Поэтому будем вспоминать!
Многие современные, порядочные АЦП и ЦАП построены по так называемой 1 битной схеме. Будь на то моя воля, называлась она «последовательной дискретной ШИМ схемой», но такой возможности мне не предоставили =). Аналоговый сигнал представляется в дискретном виде с помощью ШИМ (Широтно-импульсной модуляции) с переменным шагом квантования. Ширина импульса и определяет уровень аналогового сигнала. Если точнее, его определяет скорее отношение ширины импульса к ширине последующего провала (см. рис.).
Т. е. энергия, передаваемая в одном периоде закодированного шим сигнала. Становится ясно, что и ЦАП для подобного сигнала сделать несложно. Поставил себе конденсатор, пусть он интегрирует за разумный период времени. Вот тебе и ЦАП. Разумеется, реальная конструкция сложнее, но основана на том же принципе. Да и АЦП прост как известное историческое яйцо — соотношение цена качество крайне соблазнительно. Преобразование обеспечивается фантастическое, большинство проблем, характерных для параллельных и иже с ними ЦАП/АЦП, пропадают. Например, эта схема адаптивна: если сигнал имеет малый размах, отсчеты следуют чаще и детализация повышается. Что, в свою очередь, хорошо соответствует известным нюансам восприятия звука человеком. И многое другое, но, памятуя о жанре, мы не будем погружаться в дебри.
В современной Hi-Fi аппаратуре широко используются подобные конверторы. Но вот беда, информация традиционно хранится в линейном коде с фиксированным числом бит на отсчет. Значит, после такого АЦП надо преобразовать однобитовый ШИМ поток в стандартный, скажем 16 бит, с фиксированным периодом выборки отсчетов. Сохранить, возможно, сжав (с потерями или без), прочитать, декодировать (распаковать), снова преобразовать в последовательный ШИМ, подать на ЦАП. Сложно. И, главное, промежуточные преобразования вносят собственные искажения. Грамотные (мало искажающие) промежуточные преобразователи недешево стоят, сводя на нет преимущества однобитных конвертеров. Напрашивается выход — избавиться от промежуточного преобразования. Передавать, сжимать, хранить и обрабатывать последовательный поток ШИМ, например, в виде потока битов.
Разумеется, создатели SACD так и поступили. Плотность записи по сравнению с CD увеличили в несколько раз. По нынешним меркам это обыденно. И полоса пропускания увеличилась с 44'100*16=705'600 бит в секунду до 705'600*4=2'822'400 (для каждого канала). ШИМ поток нарезали на биты, с частотой дискретизации порядка 2.8 МГц (те самые 2822400 бит в секунду). Называется это DSD (Direct Stream Digital). И записали на диск. Вот и все, остальное — детали. Например, чуть более широкая апертура для оптической системы обеспечивает лучшую защиту от царапин (не намного). И, что важнее, возможность создавать двухслойные диски, которые SACD привод видит как SACD, а СD привод, соответственно, как обычные CD.
Дальше — больше, если информация есть, ее хочется сжать и преобразовать в распространенные форматы. Последнее выполняется тривиально (шаг квантования ШИМ потока кратен стандартным 44'100) а первое требует новые методы сжатия (с потерями и без), ориентированные на дискретные битовые потоки. Поверьте, «их существует» давно, много и успешно. Например, на основе ассоциативного или «энтропийного» кодирования. Некоторые из них прекрасно реализуются аппаратно.
Почему же мы не видим подобных технологий на PC? Кто мешает ставить на звуковые карты однобитовые конверторы? Ведь экономим на разводке плат — данные на кодеки последовательно передаем… Ан нет — параллельная ориентация современных архитектур дает о себе знать. Неудобно (архитектурам и, как следствие, программистам) работать с последовательными битовыми потоками. Хотя, если приглядеться — орудуют. Тут и недеструктивные архиваторы (Хаффман всякий…) и каналы последовательной передачи данных. Есть все-таки надежда, что в недалеком будущем музыка будет храниться и обрабатываться (вплоть до наложения различных фильтров и эффектов) в последовательных, DSD подобных форматах.
Параметры:
| SACD | CD | |
|---|---|---|
| Полоса пропускания | 0-100 кГц | 0-20 кГц |
| Динамический диапазон | 120 дБ | 96 дБ |
| Время звучания | 110 мин | 74 мин |
Кстати, все, что я рассказал о SACD, ходит под копирайтом 1997 года. Да, уже так давно…
1 — переводится как Digit-Life, что странным образом совпадает с названием нашего англоязычного сайта.
Ссылки по теме:
- http://www.superaudio-cd.com/
- http://www.sony-europe.com/com/cons/hifi/sacd/code_technology/techno_pcm.html
