в каком формате записаны аудио cd диски

MP3, AAC, WAV, FLAC: рассказываем обо всех форматах аудиофайлов

Сохранить и прочитать потом —

Организуя свою коллекцию цифровой музыки, можно утонуть в разнообразии форматов аудиофайлов. Почти каждый слышал об MP3, но что такое OGG, AIFF или MQA?

Если по прочтении списка у вас возникло подозрение, что все эти форматы для получения таких шикарных аббревиатур учились в разных университетах, мы поможем развеять его. В этом материале будет прояснена суть некоторых популярных музыкальных форматов, разница между ними и то, почему это важно знать.

Что бы вы ни слушали – MP3-файлы с низким битрейтом, чуть более качественные треки в AAC или Hi-Res-аудио во FLAC или WAV – настало время разобраться в том, что именно вы получаете в каждом случае и как выбрать оптимальный формат.

Давайте оценим плюсы и минусы каждого из них.

Краткий обзор форматов файлов и кодеков

Чтобы не ходить вокруг да около, вначале мы приведем краткую памятку по всем форматам файлов и различиям между ними. Если захотите узнать больше, ниже вы найдете более подробное описание различий в размерах, качестве звука и совместимости.

AAC (не является форматом Hi-Res-аудио). Ставшая популярной благодаря Apple альтернатива формату MP3. Со сжатием и потерями, но с более высоким качеством звука. Используется для скачивания с iTunes и трансляции с Apple Music.

AIFF (Hi-Res). Альтернатива WAV от Apple с более полными метаданными. Не особенно популярный формат без сжатия и потерь с файлами большого размера.

DSD (Hi-Res). Однобитный формат, применяемый в Super Audio CD. Существует в вариантах с частотой дискретизации 2,8 МГц, 5,6 МГц и 11,2 МГц. Из-за использования кодека высокого качества в настоящее время не применяется для стриминга. Формат без сжатия.

FLAC (Hi-Res). Формат со сжатием без потерь с поддержкой частот дискретизации, совместимых с Hi-Res, и хранением метаданных; размер файлов вдвое меньше, чем у WAV. Благодаря отсутствию лицензионных отчислений считается лучшим форматом для скачивания и хранения альбомов в Hi-Res-аудио. Его главный недостаток – отсутствие поддержки устройствами Apple (и, следовательно, несовместимость с iTunes).

MP3 (не является форматом Hi-Res-аудио). Популярный формат со сжатием и потерями с малым размером файла и далеко не самым высоким качеством звучания. Удобен для хранения музыки на смартфонах и плеерах iPod.

MQA (Hi-Res). Формат со сжатием для хранения Hi-Res-файлов в более удобной для стриминга форме. Используется сервисом Tidal Masters для трансляций Hi-Res-аудио.

OGG (не является форматом Hi-Res-аудио). Иногда называется полным именем – Ogg Vorbis. Альтернатива MP3 и AAC с открытым кодом, не подпадающая под действие патентов. Этот формат с битрейтом 320 кбит/с используется в трансляциях Spotify.

WAV (Hi-Res). Стандартный формат, в котором записаны все CD. Отличное качество звука, но огромный размер файлов из-за отсутствия сжатия. Слабая поддержка метаданных (обложек, названий песен и исполнителей).

WMA Lossless (Hi-Res). Версия Windows Media Audio без сжатия, поддержку которой уже не часто можно встретить в смартфонах и планшетах.

Аудиофайлы со сжатием и без него

Вначале рассмотрим три категории, в которые можно сгруппировать все форматы аудиофайлов. Они определяются степенью сжатия данных и связанным с ним уровнем потерь качества звучания.

Если для сжатия аудио в вашем файле не применялся специальный алгоритм (или кодек), это приведет к двойному результату: во-первых, потерь качества звучания не будет, во-вторых, место на вашем жестком диске скоро закончится.

По своей сути запись в формате без сжатия полностью соответствует оригинальному аудиофайлу, в котором зафиксированы в цифровом представлении реальные звуковые сигналы.

WAV и AIFF можно назвать самыми популярными форматами аудиофайлов без сжатия. Оба они основаны на PCM (Pulse Code Modulation, импульсно-кодовой модуляции), широко известном механизме непосредственного преобразования аудиосигнала в цифровую форму. В WAV и в AIFF применяются схожие технологии, но методы хранения данных несколько различаются. В этих форматах можно записывать как файлы CD-качества, так и более высокого разрешения.

Формат WAV был разработан Microsoft и IBM, в силу чего применяется на платформах на базе Windows; он является стандартным форматом записи компакт-дисков.

Формат AIFF создан компанией Apple как альтернатива WAV; и хотя AIFF-файлы менее распространены, они обеспечивают более полную поддержку метаданных, позволяя хранить обложки альбомов, названия песен и тому подобную информацию.

Недостаток этих форматов – требование гигантских объемов памяти. Файлы CD-качества (16 бит, 44,1 кГц) занимают около 10 МБ дискового пространства на минуту звучания.

ALAC, FLAC, WMA Lossless: аудиоформаты без потерь

Все мы любим FLAC. Формат без потерь, файлы во FLAC (Free Lossless Audio Codec, бесплатный аудиокодек без потерь) по размеру почти вдвое меньше, чем в WAV или AIFF без сжатия с эквивалентной частотой дискретизации, однако в плане звучания никаких потерь качества не заметно. FLAC также поддерживает более высокое разрешение по сравнению с CD-качеством – до 32 бит и 192 кГц.

Помимо FLAC, есть и другие форматы без потерь – ALAC (Apple Lossless) и WMA Lossless (Windows Media Audio). Первый представляет собой отличную альтернативу для iOS и iTunes, хотя размер файлов чуть выше, чем у FLAC. Не все смартфоны и планшеты поддерживают его.

AAC и MP3: аудиоформаты с потерями

Кто не слышал про MP3? Все про него слышали. Этот самый распространенный аудиоформат удобен для хранения музыки на плеерах iPod или планшетах и поддерживается практически любыми устройствами. Однако для этого приходится жертвовать значительным объемом информации. Для того чтобы уменьшить размеры файлов на порядок по сравнению с записями в CD-качестве, необходимо отбросить значительный процент исходных данных, что приводит к потере качества звучания.

Битрейт, с которым записан MP3-файл, тоже влияет на качество звука. MP3 с битрейтом 128 кбит/с теряют больше информации, чем файлы с 320 кбит/с (это расшифровывается как «килобит в секунду», где каждый «бит», в сущности, представляет собой крохотный кусочек песни). Учитывая резкое снижение стоимости памяти, в наше время нет никаких причин слушать файлы с битрейтом 128 кбит/с; MP3 с 320 кбит/с имеют смысл при ограниченном объеме памяти, они также остаются стандартным форматом для скачивания файлов Интернет-магазинов.

Еще один формат с потерями, AAC (Advanced Audio Coding, усовершенствованное кодирование звука), также предполагает сжатие, как и MP3, но благодаря несколько более эффективным алгоритмам обеспечивает более качественный звук. AAC используется для скачивания с iTunes и трансляций с Apple Music (с битрейтом 256 кбит/с), а также в передачах с YouTube.

Формат Vorbis, нередко называемый Ogg Vorbis, чтобы подчеркнуть использование контейнера Ogg, представляет собой альтернативу MP3 и AAC с открытым кодом, не подпадающую под действие патентов. Этот формат с битрейтом 320 кбит/с используется в трансляциях Spotify.

Если вы планируете использовать форматы с потерей информации, учитывайте следующий факт: повышение числа «бит» обычно ведет к росту качества звучания, однако оно во многом зависит от эффективности кодека, с помощью которого выполняется преобразование файла. Если большая часть музыки в вашей коллекции закодирована с битрейтом 128 Кбит/с, то вы могли заметить, что, несмотря на принципиальное сходство звучания, из-за низкой эффективности кодека MP3-файлы, скорее всего, будут слушаться несколько хуже AAC или Ogg Vorbis.

Как насчет музыки в высоком разрешении?

В отличие от HD-видео, для аудио высокого разрешения пока не разработано универсального стандарта.

Если не вдаваться в подробности, под этим термином обычно понимаются записи с более высокой частотой дискретизации и/или разрядностью, чем у CD (т.е. 16 бит/44,1 кГц). Примерами Hi-Res-аудио могут служить файлы с параметрами 16 бит/96 кГц или 24 бит/192 кГц.

Благодаря наличию дополнительной аудиоинформации Hi-Res-файлы звучат намного лучше в сравнении с компрессированными файлами, теряющими эту информацию в процессе сжатия. Эти форматы требуют больше места на диске, но их качество определенно стоит таких затрат.

К Hi-Res-аудио относятся форматы без сжатия, такие как AIFF и WAV, а также без потерь – FLAC и ALAC. DSD (отчасти нишевый формат, применявшийся в Super Audio CD) также входит в категорию Hi-Res-аудио, но его поддерживает гораздо меньшее число устройств. Если говорить о стриминге, то такие сервисы, как Tidal Masters, используют упаковщик MQA, позволяющий передавать по сетям файлы в высоком разрешении с использованием минимально возможной полосы пропускания сигнала.

Что касается воспроизведения форматов Hi-Res-аудио, то сегодня его поддерживает уже немало устройств. 24-разрядные файлы способны проигрывать беспроводные колонки Denon HEOS, а также портативные музыкальные плееры премиум-класса – такие как Cowon Plenue D2 и Astell & Kern A&norma SR15.

Кроме того, с Hi-Res-аудио совместимы большинство флагманских моделей смартфонов под Android – например, удостоенный высших оценок Samsung Galaxy S10+ – однако прослушать их на новеньком iPhone вам сходу не удастся. Мы нашли способы обойти это ограничение, но нельзя забывать о том, что файлы Hi-Res-аудио пока еще не настолько компактны, как их аналоги в форматах с потерями.

Какой аудиоформат будет лучшим для вас?

Выбор формата зависит от того, что вас больше волнует – объем памяти или качество звучания – а также от того, с каким устройством вы намерены его использовать.

Популярность MP3 сложилась в эпоху, когда стоимость дискового пространства была очень высока. Сегодня смартфоны, музыкальные плееры и ноутбуки оснащаются памятью внушительного объема, так что есть смысл обратить внимание на форматы с качеством выше, чем у CD.

Если же вы решили архивировать свои аудиофайлы, FLAC или другой формат без потерь может стать неплохим вариантом. Они представляют собой удачный компромисс между уровнем сжатия и качеством звучания, позволяя слушать высококачественную цифровую музыку и сэкономить дисковое пространство. Только не забудьте проверить совместимость выбранного формата и имеющихся устройств.

Подготовлено по материалам портала «What Hi-Fi?», март 2020 г.

Источник

Как Hi-Res записи деградируют в CD-формате — объясняем на пальцах

Только ли в битах и килогерцах дело?

Как Hi-Res записи деградируют в CD-формате — объясняем на пальцах

Только ли в битах и килогерцах дело?

Компакт-диску в следующем году исполнится 40 лет. За этот немалый период любители музыки и коллекционеры фонограмм прошли долгий путь от практически детского восторга на старте, когда, поддавшись эмоциям, многие меломаны распродавали свои коллекции винила, заменяя их вожделенными серебристыми кружочками, “которые не шумели в паузах”, до пришедшего позже понимания недостатков формата. В результате часть филофонистов вернулась к винилу, что в итоге породило виниловый ренессанс, а другая часть занялась совершенствованием аппаратуры для воспроизведения компактов, в надежде таким образом скомпенсировать проблемы формата как такового. Сможет ли приобретающее всё большую популярность аудио высокого разрешения (Hi-Res) дать второе дыхание “цифре”?

Сразу расставим точки над i с исторической точностью – стандарт Red Book, разработанный компаниями Philips и Sony и в рамках которого был описан формат компакт-диска, был представлен в 1980 году, а в 1982 году компания Philips представила первый серийный проигрыватель таких дисков. То есть, в следующем году исполнится 40 лет с момента, когда цифровое аудио шагнуло в народ. Впрочем, сути дела это никак не меняет.

Сегодня нас в большей степени интересует аудио высокого разрешения. Так что же это такое? Строгого определения Hi Res не существует. Ассоциация JEITA (Японская Ассоциация Индустрии Электроники и Информационных Технологий) определяет CD и аудио стандартного разрешения как цифровой поток с разрядностью 16 бит и частотой дискретизации до 48 кГц включительно (напомним, что Red Book для формата CD-DA жестко фиксирует частоту дискретизации на уровне 44,1 кГц). Соответственно, всё, что оцифровано с более высокими параметрами, называется аудио высокого разрешения (High Resolution или Hi-Res). Поэтому при упоминании Hi Res всегда нужно делать оговорку, о каком конкретно разрешении идёт речь.

Причем, до сих пор мы говорили о формате оцифровки аналогового сигнала PCM (Pulse Code Modulation – импульсно-кодовая модуляция), который и определен для компакт-диска в Red Boook. Но позже теми же компаниями Sony и Philips был предложен однобитовый потоковый формат DSD (Direct Stream Digital), использующий плотностно-импульсную модуляцию. Формат подразумевает дискретизацию с существенно большей частотой – минимум – 2,8224 МГц, что в 64 раза больше, чем у компакт-диска (DSD64), кроме того, есть варианты DSD128, DSD256 и DSD512 с ещё более высокими частотами дискретизации. При этом, разрядность оцифровки составляет всего один бит. Но с форматом DSD в контексте сегодняшнего разговора проще – он изначально является форматом Hi-Rez аудио и используется для издания дисков высокого разрешения SACD.

Откуда берется аудио высокого разрешения?

Случаи народного творчества по оцифровке аналоговых носителей (виниловых пластинок или магнитных лент) или, не дай бог, апскейла компакт-дисков мы сейчас рассматривать не будем. В иных случаях аудио высокого разрешения появляется из студий мастеринга, где готовятся различные издания альбома или трека (винил, компакт-диск, файлы для стриминга и так далее). И здесь важно определить место Hi Res аудио в производственной цепочке. Не секрет, что в большинстве случаев изначально музыканты пишутся “в цифре” – с таким материалом намного удобнее работать звукоинженерам при сведении, постобработке и мастеринге. Случаи, когда всё по старинке делается “в аналоге”, а вместо компьютеров используются огромные многодорожечные катушечные магнитофоны и аналоговые пульты, бывают, но это – редкие исключения.

Так вот – пишутся музыканты именно в Hi-Res, поскольку для последующего сведения и мастеринга без ущерба для качества звучания высокое разрешение подходит как нельзя кстати. То есть, в результате сведения и мастеринга на свет появляется итоговый микс в высоком разрешении. Часто этот материал имеет параметры 24 бит / 96 кГц, но обычно студии используют лишь увеличенную до 24 бит разрядность, не повышая частоту дискретизации – тогда на выходе будет аудио с параметрами 24 бит / 44,1 кГц. Затем на основе этого “корневого” микса делаются варианты для записи на винил, компакт-диск, MP3 и других форматов со сжатием с потерями. То есть, этот исходный микс является своеобразным краеугольным камнем записи – лучшим её вариантом по качеству звучания, неким аналогом мастер-ленты при аналоговом мастеринге. И, напомним, этот микс записан в высоком разрешении.

Услышать разницу

Последствия конвертации

Причины первого типа носят объективный характер – это последствия понижения разрядности и частоты дискретизации. К примеру, чтобы снизить частоту выборки с 96 кГц до 44,1 кГц (ситуацию осложняет тот факт, что это некратные частоты) приходится пересчитывать под новую сетку весь сигнал, в том числе и в слышимом спектре частот. Понижение разрядности приводит к загрублению формы сигнала – вместо гладкого синуса (например) получаем его ступенчатую аппроксимацию. Известны различные способы борьбы и с тем, и с другим эффектом. Как правило, это достигается различной цифровой фильтрацией и подмешиванием шума (noise shaping). Подобные вмешательства позволяют скомпенсировать огрехи даунсемплинга, но, как легко догадаться, качества звучания совсем не прибавляют.

На потребу публике

Второй тип по сути рукотворен. К этому типу мы отнесем все “улучшения” и “оптимизации”, которые проводятся с определенными целями при подготовке издания на конкретном носителе. К примеру, с определенного момента музыкальные продюсеры решили “оптимизировать” компакт-диск для воспроизведения на массовой технике – музыкальных центрах, штатных автомобильных аудиосистемах и смартфонах с самыми простыми наушниками-затычками. Такая оптимизация заключалась в активном использовании звуковых компрессоров и лимитеров, которые фактически сжимают динамический диапазон – отсекают пиковые сигналы, а средний уровень музыкального материала подтягивают к уровню 0 дБ.

В результате получаются очень громкие и бодрые фонограммы, которые на не слишком качественной технике действительно звучат выигрышно. Но достаточно послушать диск с такой записью на системе High End (да и просто на качественной Hi-Fi аппаратуре), как вы заметите, что запись утратила эмоциональность и ясность, потеряла объем и жизнь. Но что могут противопоставить малочисленные аудиофилы со своими дорогущими стереосистемами армии, вооруженной смартфонами с затычками? Доля первых находится в пределах статистической погрешности. В результате сегодня за очень редким исключением все издания на компакт-дисках, как новые записи, так и ремастеры старых альбомов, делаются с компрессией динамики. Одна надежда остается на Hi-Res, если, конечно, окажется доступен тот самый – исходный микс, а не его “адаптированная” версия. Ведь никто не может помешать продюсеру издания “улучшить” и материал в высоком разрешении тоже.

Источник

Путеводитель по аудио форматам (часть 1)

CD-Audio

Если говорить о первом стандарте цифрового звука, который в буквальном смысле совершил прорыв в сознании людей, то несомненно это будет стандарт CD-Audio, с которого по большому счету и началась эра всепоглощающего проникновения цифрового звука в нашу повседневную жизнь.
Музыкальный компакт-диск, он же CD-Audio, был изобретен, стандартизирован и введен в обращение в начале 80-х фирмами Sony и Philips. Основными характеристиками цифрового звука, заложенными в этот стандарт, стали частота дискретизации 44.1 кГц и 16-битное представление амплитуды сигнала. Выбор подобной частоты дискретизации был обусловлен необходимостью обеспечить совместимость с разработанными ранее аудиосистемами, работавшими с видеокассетами.
Первым и несомненным плюсом разработанного компакт-диска стала беспрецедентная долговечность. Ни один более ранний носитель, например магнитофонные ленты или пластинки, не мог сравниться с ним по этому показателю. Отсутствие механического контакта между диском и считывающим устройством позволяло эксплуатировать компакт-диски по несколько раз в день и делать это годами. Даже появление небольших царапин никогда больше не досаждало пользователю растущим уровнем шумов и дефектов.
Вторым плюсом стали более компактные размеры диска, что значительно упрощало эксплуатацию нового носителя. Появилась возможность привнести новый стандарт в салон автомобиля, так как все попытки конструкторов использовать в серийных масштабах в салоне автомобиля звуковую аппаратуру высокого класса (большие катушечные магнитофоны и виниловые проигрыватели) окончились неудачей.
Еще одним пунктом превосходства Audio CD над винилом стало качество звучания. В 1980 году «прогрессивность» нового формата был заявлена величинами динамического диапазона сигнала и отношения сигнал/шум — более 90 дБ, что вместе с искажениями менее 0,01 % означало крах виниловой пластинки.
Однако, у компакт-диска был и один недостаток, замеченный чуть позже. Верхняя частота диапазона воспроизведения компакт-диска была равна половине его частоты дискретизации, то есть 22.05 кГц, в то время как у аналоговых носителей этот показатель был гораздо выше. И хотя частоты выше 19-20 кГц уже относятся к ультразвуку и относятся к «неслышимым», обертональные составляющие большинства акустических инструментов лежат именно в этой так называемой «неслышимой» области и оказывают влияние на впечатление от прослушивания. Если их нет, запись кажется «неживой».

SHM-CD (Super High Material CD) — является улучшенной версией обычного звукового компакт-диска и имеет расширенные возможности по улучшению качества звука за счет использования специального поликарбонатного пластика. При изготовлении дисков использован процесс, разработанный компаниями JVC и Universal Music (Япония), который был выявлен в ходе исследований в области производства ЖК-дисплеев. SHM-CD использует повышенную прозрачность пластика, что позволяет более точно считывать данные с компакт диска. Диски SHM-CD полностью совместимы со стандартными CD-приводами. Формат представлен на рынок в 2008 году.

Gold CD

Gold CD (Gold Compact Disc) – золотой компакт-диск, отличается использованием золота в качестве материала для отражающего покрытия вместо алюминия и серебра, как на обычных CD и CD-R. Благодаря своим физическим и химическим свойствам золотой слой более равномерен и долговечен, обеспечивает тем самым более высокую точность воспроизведения из-за меньшего количества ошибок. Диски Gold CD полностью совместимы со стандартными CD-приводами.
Еще одна отличительная черта Gold CD – упаковка. Почти все золотые диски в том числе от Mobile Fidelity, упаковываются в кейс lift-lock, в котором при открытии диск поднимается на лифте и разблокируется в держателе. Преимуществом такой конструкции является то, что только края диска задействованы при извлечении его из корпуса, и диск никогда не подвергается деформации.

XRCD

K2HD CD

HQCD

QCD (Высококачественный Компакт-диск) формат достигает высококачественного аудио с помощью пластмассы поликарбоната с улучшенной прозрачностью, позволяющая более точное чтение данных компакт-диска. Кроме того, специальный сплав серебряного покрытия используется, как материал рефлексивного слоя вместо стандартного алюминия. Диск совершенно новый и запечатанный, полный OBI, роскошная упаковка включает защитный пластмассовый внешний корпус и дополнительный буклет.

DXD CD

BLU-SPEC CD

НОВЫЙ НОСИТЕЛЬ ОТ SONY (ultra high quality sound)
Новые диски получили название Blu-spec CD и пришли на смену обычным музыкальным компакт дискам. Отличие новой спецификации заключается только в том, что для изготовления используется не красный лазер с большой длиной волны, а синий. Это позволяет получать более качественный прожиг питов, что повысит аккуратность считывания информации и улучшит звучание. В остальном диски окажутся точно такими же и смогут проигрываться на том же оборудовании.
Для Sony подобные новшества нужны, чтобы убрать с производственных линий устаревшие красные лазеры и выпускать Blu-spec CD на том же оборудовании, что и Blu-ray диски. Экономия для компании очевидна. А вот пользователям рассчитывать на низкие цены на новый формат не приходится.
Планируется, что Sony Music Entertainment будет выпускать такие альбомы с названием новых носителей Blu-spec CD
* все перечисленные выше форматы поддерживаются CD приводами.

SACD

Super Audio CD (SACD) — неперезаписываемый оптический аудиодиск, позволяющий хранить аудиоданные со значительно более высоким качеством, по сравнению с обычным CDDA-диском. Разработан компаниями Sony и Philips в 1999 году.
Особенности SACD-дисков
Запись на SACD-диске может содержать от 1 до 6 звуковых каналов.
Для воспроизведения SACD требуется специальный проигрыватель, совместимый с этим форматом. Однако на SACD-диске может содержаться дополнительный CD-слой (только стерео) для совместимости с обычными проигрывателями, такие диски называются гибридными (англ. Hybrid SACD) и их можно слушать на любых обычных проигрывателях компакт-дисков. Примерно половина выпущенных SACD-дисков являются гибридными.
Продолжительность звучания Super Audio CD может достигать 109 минут при условии, что он содержит две SACD-зоны с разными параметрами записи (например, 2.0 и 5.1). При использовании только одной SACD-зоны продолжительность звучания превышает 2 часа.
Ёмкость диска SACD увеличилась в 6 раз за счёт уменьшения длины волны излучения лазера и увеличения апертуры объектива. Благодаря этому диаметр считывающего пятна света уменьшился до 1 мкм. Это, в свою очередь, позволило уменьшить размеры питов, интервалов между ними и шаг дорожки.
Для дисков SACD в качестве материала отражающих слоёв используется золото (в отличие от CD-DA, где используется алюминий; хотя встречаются и «золотые» CD, чаще всего для подарочных и коллекционных изданий — из-за своего «богатого» внешнего вида).
Описание формата:
Гибридный SACD содержит слой данных высокой плотности с потоком DSD и стандартный слой CD
Особенности кодирования:
При записи SACD-дисков используется однобитный цифровой формат записи Direct Stream Digital (DSD), обеспечивающий более высокое качество звучания, по сравнению с обычным CD, благодаря более высокой частоте семплирования (до 2,8224 МГц).
Действительно, хотя повышение разрядности и частоты дискретизации PCM-систем реально улучшали качество звука, эти улучшения становились все менее значительными. Очевидна и причина этого — фильтрация. В PCM-системе на входе необходимы фильтры с очень крутой характеристикой, чтобы подавить частоты, равные половине частоты выборки или превышающие ее. При частоте выборки 44,1 кГц фильтры типа «кирпичная стена» должны пропускать частоту 20 кГц и при этом отсекать частоту 22,05 кГц — задача не самая легкая. Кроме того, при записи и воспроизведении неизменно добавляются шумы квантования.
Каждое увеличение частоты выборки облегчает работу для фильтра, но простым увеличением частоты не решить проблемы появления шумов квантования при многоступенчатых процессах аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразований.
Однобитный формат записи — это прямая запись однобитного выходного сигнала с АЦП типа дельта-сигма, причем этот сигнал имеет замечательные характеристики: динамический диапазон более 120 дБ, частотная характеристика от 0 до 100 кГц. При таком сочетании частотной характеристики и динамического диапазона формат DSD не имеет соперников среди других записывающих систем, цифровых или аналоговых.
Запись напрямую такого однобитного сигнала является альтернативой существующим форматам мастер-записи. Подобная запись устраняет необходимость процессов децимации и интерполяции для аналогового ввода/вывода. При этом упрощается структура (блок-схема) записывающей системы, поскольку исчезают параллельные информационные связи многоразрядных цифровых слов и необходимость их синхронизации.
Как и в обычных PCM-системах, аналоговый сигнал сначала конвертируется в цифровой с помощью дельта-сигма модуляции при частоте дискретизации в 64 раза большей, чем номинальная частота дискретизации. Но DSD записывает одноразрядные импульсы напрямую, тогда как обычные системы затем преобразуют одноразрядный сигнал в многоразрядный PCM-код. В результате DSD дает цифровое одноразрядное представление аудиосигнала. Положительное изменение амплитуды будет представлено всеми «1». Отрицательное — всеми «0». Нулевая точка будет представлена сменой двоичного числа. Поскольку значение амплитуды аналогового сигнала в каждый момент представлено в виде плотности импульсов, этот метод иногда называют Pulse Density Modulation (PDM).
Полученный таким образом поток импульсов имеет примечательные свойства. Как и PCM, DSD по своей природе устойчив к искажениям, шуму и детонации записывающей аппаратуры и передающих каналов. Но, в отличие от PCM, DSD, как принцип преобразования, гораздо ближе к аналоговой передаче сигнала. Цифро-аналоговое преобразование может быть легко получено с помощью аналогового низкочастотного фильтра.
Поток дельта-сигма импульсов является достаточно «шумным». Сверхвысокое отношение сигнал/шум, которого требует DSD в звуковом диапазоне, достигается с помощью шумоподавляющих фильтров пятого порядка, что эффективно сдвигает шумы вверх по частоте за пределы звукового диапазона. Шумоустойчивость:
Действительно, хотя повышение разрядности и частоты дискретизации PCM-систем реально улучшали качество звука, эти улучшения становились все менее значительными. Очевидна и причина этого — фильтрация. В PCM-системе на входе необходимы фильтры с очень крутой характеристикой, чтобы подавить частоты, равные половине частоты выборки или превышающие ее. При частоте выборки 44,1 кГц фильтры типа «кирпичная стена» должны пропускать частоту 20 кГц и при этом отсекать частоту 22,05 кГц — задача не самая легкая. Кроме того, при записи и воспроизведении неизменно добавляются шумы квантования. К тому же семплирование на частоте Найквиста приводит к значительному сдвигу между фазовой и частотной характеристиками фильтров в верхней четверти частотного диапазона. В однобитной системе, напротив, фазовая характеристика в верхней части звукового спектра не подвержена воздействию фильтра типа «кирпичная стена». Этот аспект особенно важен, когда система цифровой обработки является частью петли обратной связи, потому что в этом случае сдвиг фазы меньше, а стабильность системы и достоверность звучания выше.
Другой особенностью этого формата является его поведение в условиях возможной перегрузки. Одноразрядные кодеры высокого порядка должны иметь возможность управления перегрузкой, чтобы не пострадала стабильность. Это обеспечивается с помощью выбора соответствующей передаточной характеристики. Одноразрядный формат не дает, в отличие от многоразрядного, эффектов aliasing и clipping при перегрузках.
Устойчивость к ошибкам:
Поскольку любой бит одноразрядного формата несет одно и то же количество информации, эффект каждой ошибки не зависит от того, какой бит является ошибочным. В этом одноразрядный формат выгодно отличается от многоразрядного кодирования, в котором ошибка в старшем значащем бите (MSB) сказывается в (L — длина слова) больше, чем ошибка в младшем значащем бите (LSB). Для 20-битной системы записи это означает, что ошибка в MSB скажется примерно в 1 млн раз больше, чем в LSB.
Системы опережающей коррекции ошибок (такие, как используются в формате CD) исходят из предположения, что все биты имеют одинаковый информационный вес, поэтому они одинаково защищают каждый бит. Для аудиосигнала это не подходит, поэтому страдает эффективность таких систем — младшие значащие биты получают избыточную защиту, а старшие значащие биты не получают достаточной защиты. Более того, эффект от ошибок не является пропорциональным, так как зависит от того, в каком бите произошла ошибка. Это приводит к быстрой деградации сигнала при превышении определенного уровня плотности ошибок.
Фактически, максимальный эффект от каждой отдельной ошибки — это функция частоты избыточной дискретизации. эффект от ошибки обратно пропорционален коэффициенту избыточной дискретизации. Например, если коэффициент 64, ошибка, вносимая одним битом, будет примерно 1/64 максимального уровня, то есть ее уровень на 36 дБ меньше максимального уровня сигнала на выходе.

Источник