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

Hi-Res Audio (zkráceně HRA) - hudební soubory, které poskytují digitální zvuk nejvyšší kvality. Když porovnáte formát související se zvukem HI-Res s mp3, můžete si všimnout výrazného rozdílu v kvalitě zvuku. Hi-Res Audio je řez nad kvalitou zvuku kompaktních disků (CD, DVD) a dokonce i mnoha vysoce kvalitních komprimovaných digitálních formátů. Hi-Res Audio je považován za standard kvality digitálního zvuku.

Přibližné porovnání formátu:

Pojďme diskutovat o procesech, ke kterým dochází při přehrávání médií a formátů s vysokým rozlišením - HI-Res: SACD (SuperAudioCD), DVD-Audio, DSD a DXD.


Ceny kvalitních sluchátek pro hudbu (v roce 2019):

V předchozím článku HI-FI jsme již zahrnuli mýty týkající se kvality zvuku magnetofonů, vinylů, trubkových zesilovačů a formátu CD. Je čas věnovat pozornost nekompromisním zvukovým formátům moderních HI-FI. Okamžitě ujistím čtenáře, že bude méně kritiky než v předchozím článku a netýká se to kvality zvuku, ale spíše technických otázek..

Varuji vás, že článek je napsán pro nejzajímavější čtenáře, pro nepřipraveného čtenáře (ale zvědavý) doporučuji odkazovat na Wikipedii podle potřeby. Pro méně zvědavé čtenáře doporučuji číst pouze „mýty“ a závěry..

Obsah:
  1. První formát s vysokým rozlišením (HI-Res) je médium SACD;
  2. Jaký je rozdíl mezi modulací hustoty kódu PCM (PDM) a pulzní kódovou modulací PCM (PCM)?
  3. Mýtus číslo 1 - Sériový DAC (ADC) je lepší než paralelní;
  4. Z digitálního na analogový;
  5. Závěr 1. Hlavní plus „paralelního“ ADC (DAC);
  6. Logika „sériového“ ADC (DAC);
  7. Závěr 2. Hlavní plus „sériového“ ADC (DAC);
  8. Mýtus číslo 2 - DAC (ADC) používají čistě paralelní nebo sériové převodníky;
  9. Mýtus číslo 3 - 32bitové DAC (ADC) mají vynikající kvalitu než 24bitové;
  10. Mýtus číslo 4. Můj hráč má nízké (vysoké) chvění;

Viz také:

  • Dynamický rozsah všech digitálních formátů, včetně DSD - mýty a realita
  • Hi-Fi zvuk, mýty a realita - vývoj a vývoj zvuku
  • Rozdíl v kvalitě mezi mp3 a FLAC je 192 kb / s nebo 320 kb / s?

1. První formát s vysokým rozlišením (HI-Res) je médium SACD

Začněme od prvního z formátů s vysokým rozlišením (HI-Res) - média SACD. Samotná média nás nijak nezajímají, jsou podobná DVD, pokud jde o kapacitu a fyzickou strukturu, o formát úložiště zvukových informací DSD se zajímá.

Informace v tomto formátu se liší od všech ostatních formátů metodou kódování a používají „pulzní hustotní modulaci“ (PDM) na rozdíl od PCM (pulzní kódovací modulace) obvykle používané v audio kódování.

1.1 Co znamenají všechny tyto transformace??

Pro reprezentaci digitálního zvuku se nejčastěji používá pulzní modulace kódu, ve které je původní analogový signál převáděn pomocí ADC (Analog to Digital Converter) nebo ADC (Analog to Digital Converter) na sériový proud číslic. Dělá to přísně v souladu s danou kvantizační frekvencí (pro CD je kvantizační frekvence 44100 Hz) - s touto frekvencí ADC měří amplitudu (intenzitu) zvukové vlny a kóduje výsledek měření číslicí.

To se děje v souladu s kapacitou ADC (druhý důležitý ukazatel kvality ADC), v rozsahu od 0 do 65535 pro 16bitové ADC, v rozsahu od 0 do 16,7 milionu pro 24bitové a od 0 do 4 miliard pro 32bitové ADC.


Je zde zřejmé, že i malé zvýšení bitové hloubky (bitness) ADC vede k prudkému (exponenciálnímu) zvýšení kvality a přesnosti kódování zvuku.


Zpětný proces převodu nastává pomocí DAC (digitální na analogový převodník) nebo DAC (digitální na analogový převodník) - sekvenční proud číslic s danou kvantizační frekvencí je převeden na hodnotu akustického tlaku. Samozřejmě čím vyšší je bitová hloubka digitálního zvuku, v přítomnosti odpovídající konverze, tím přesněji je obnoven analogový signál a kvalita zvuku je vyšší.

2. Jaký je rozdíl mezi modulací hustoty kódu PCM (PDM) a pulzní kódovou modulací PCM (PCM)?

Prověřili jsme PCM Pulse Code Modulation (PCM). Tím se převádí zvuk na CD, DVD-audio, DXD. Jaký je rozdíl mezi modulací hustoty kódu PCM (PDM)? od pulzní kódové modulace PCM (PCM)?.

Rozdíly ve způsobu převodu analogového signálu a naopak z digitálního na analogový, v digitální metodě ukládání informací.

Nezáleží na ukládání informací pro zvuk. Všimli jsme si pouze, že pro ukládání zvuku v SACD (DSD) se používá bitový tok, nikoliv vícerbitové číslice, v rozsahu 0 až 1, tj. Binární signál. Záleží na tom, jak je analog převeden na digitální a naopak..

Od této chvíle začínají zmatky a mýty 🙂 Skutečnost je taková, že existují „sériové“ a „paralelní“ analogově digitální číslicové (digitálně analogové) převodníky.


3. Mýtus č. 1 - Serial DAC (ADC) je lepší než paralelní

Mýtus č. 1 - Kvalita jednobitového vysokofrekvenčního kódování je lepší než kvalita vícbitového kódování...

Abychom pochopili výše uvedené, zvažujeme logiku „paralelních“ a „sériových“ převodníků. Začněme digitalizací analogového signálu - logikou ADC.

Paralelní ADC tedy „měří“ analogový signál a převádí jej na digitální.

3.1 Jak probíhá převod z analogového na digitální?

Na vstupu ADC je obvod „komparátoru“, jehož význam je následující - pro porovnání referenčního signálu (například 1 V, ale počáteční napětí se obvykle bere jako polovina maximální hodnoty měřeného signálu) s měřeným vstupem.

Pokud je měřený signál menší než referenční obvod, generuje logický signál „mínus“ (logická 0), a pokud je více než „plus“ (logický 1). V souladu s tímto logickým signálem se mění hodnota referenčního napětí - zdvojnásobuje nebo zdvojnásobuje předchozí hodnotu v závislosti na tom, zda byl měřený signál větší nebo menší než referenční. Současně je číslice uložena v digitálním registru (zpočátku se rovná polovině měřeného rozsahu) a dělí se nebo násobí 2 na základě porovnání referenčního signálu s měřeným signálem komparátorem..

Poté se měření provede znovu a tak dále od „hrubého“ měření k nejjemnějšímu, s každým krokem se hodnota referenčního napětí postupně přibližuje měřené hodnotě. Číslo uložené v registru bude také „rafinováno“ postupně - od nejvyšších číslic („hrubých“ hodnot) po nejnižší („přesné“ hodnoty).

Počet měření se rovná kapacitě obvodu ADC, například pro 16bitové bude k dispozici 16 měření - porovnání-kroky. Toto je tzv. „Metoda postupné aproximace“. Tato logika je dobrá v tom, že počet měření pro vysokou přesnost je malý a stejný jako bitová hloubka. Tímto způsobem:

  • K měření signálu s přesností 0 až 65535 nepotřebujete 65535 kroků, ale pouze 16.
  • Měření s přesností od 0 do 16,7 milionů vyžaduje pouze 24 kroků.

Pro obvod ADC lze tímto způsobem použít relativně nízkofrekvenční komponenty, což zjednodušuje, snižuje náklady na obvod, zvyšuje jeho přesnost (díky menší změně parametrů komponent).


4. Z digitálního na analogový

Inverzní konverze z digitálního na analogový signál (DAC) je snazší. Máme paralelní sadu mikroobvodů, ve kterých je počet pinů roven bitové hloubce převedeného signálu. Každý bit je stále digitálním signálem, má stejnou hodnotu (napětí). Signál je stále paralelní-digitální. Poté je ke každé svorce připojen obvod „R-2R“ (odpor nebo odpor), a proto nejvyšší napětí odpovídá nejvyššímu vybití a nejnižšímu. Výsledkem je, že kombinace významných bitů procházejících řetězcem "R-2R" je smíchána do jednoho analogového signálu. Na konci je horní propust. To je vše =)

5. Závěr 1. Hlavní plus „paralelního“ ADC (DAC)

Funguje na relativně nízké frekvenci, čímž dosahuje vysoké přesnosti. Jde o to, že všechny frekvence jsou tvořeny od ultravysoké frekvence křemenného rezonátoru, který je pak dělen „dělicími“ obvody, na nižší frekvenci digitálního obvodu. Spolu s dělením superhigh frekvence dochází k dělení (redukci) chyby (odchylky) frekvence od teoretické. Čím vyšší je koeficient dělení a čím nižší je konečná frekvence, tím přesnější je výstupní frekvence.

Nízkofrekvenční komponenty a obvody jsou tedy přesnější než vysokofrekvenční..


6. Logika „sériového“ ADC (DAC)

V sériovém ADC již máme komparátor, který porovnává referenční signál (odkaz) s měřeným. Další jsou rozdíly v logice práce.

Digitální registr (vyrovnávací paměť) ukládá číslici rovnající se hodnotě referenčního signálu. Po dalším měření analogového signálu pomocí komparátoru vydá číslo 1, pokud bylo měření nad standardem, a 0, pokud je nižší. Referenční signál se pak nestane dvakrát vyšší nebo nižší, ale o jednu jednotku větší nebo menší. Současně není do paměti zapsána žádná číslice rovná standardu, ale bit 1, pokud bylo měření větší, nebo 0, pokud je méně.

Ve skutečnosti máme ve srovnání s paralelně jednodušší sériovou logiku (a obvod) ADC.


Místo sekvenční aproximace se zde používá fixace (nahrávání) aproximace krok za krokem. K měření rozsahu 16 bitů od 0 do 65535 potřebujeme 65535 kroků (a ne 16). Proto pro 24bitovou konverzi budeme potřebovat 16,7 milionu kroků. Na výstupu takového ADC je zaznamenán sekvenční bitový tok, ve kterém je analogová hodnota intenzity zvukové vlny rovna „hustotě“ proudu jedniček a nul. Pokud existuje více jednotek, pak je napětí (intenzita) vyšší a pokud jsou nuly nižší. Všechno je velmi jednoduché.

6.1 Inverzní převod z digitálního na analogový, v sérii

Inverzní digitální analogová konverze (DAC) je také jednoduchá. Na výstupu jednobitového digitálního signálu je kapacita (kondenzátor), která je nabíjena nulami a nulami, jinou hodnotou, v závislosti na hustotě nul a jedniček. Na konci po kapacitance je horní propust a analogový výstup.

7. Závěr 2. Hlavní plus „sériového“ ADC (DAC)

Používá jednodušší obvod s menším počtem součástí. Hodnoty nepřesnosti ve všech složkách analogové cesty se hromadí do jedné společné velké chyby. Čím méně komponent v analogovém obvodu, tím přesnější je ADC (DAC) a lepší zvuk.

8. Mýtus č. 2 - v DAC (ADC) se používají čistě paralelní nebo sériové převodníky

Pozorný čtenář poznamenal, že v závěrech 1 a 2 =) je rozpor. Ve skutečnosti je všechno prozaičtější. V praxi se používá kombinace těchto metod.. Celý rozsah amplitudy analogového signálu je rozdělen na dílčí pásma (paralelní zpracování) a poté podroben sekvenčnímu kódování. Takové „hybridní“ DAC (ADC) jsou nejrozšířenější.

Při přehrávání SACD se skutečně používá plně sekvenční jednobitový DAC. Ale jak jsme již zjistili, toto plus je v rozporu s vysokou frekvencí obvodu DAC =). Když mluvíme o vysoké kvalitě SACD, znamená to jeho vyšší kvalitu ve srovnání s CD.

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

Realita, jako vždy, nás přísně přistupuje od teoretických maxim až k Zemi.

Nejčastěji neexistují žádné skutečné DAC pracující s 32bitovou přesností v domácích (i HI-FI) zvukových reprodukčních zařízeních =). Obvykle je vše omezeno na 24 bitů. Spěchám však, abych ujistil čtenáře, že v nahrávacích studiích digitalizační kapacita signálu zřídka přesahuje 24 bitů, a pokud ne více, než to. Pro editaci digitálního obsahu je nutná rezerva v bitové hloubce (přesnosti) zvuku, protože při úpravách se hromadí tzv. Chyby úprav. To jsme již zmínili v předchozí recenzi..

Uvažujme ještě jeden, poslední mýtus a spekulace na toto téma..

10. Mýtus číslo 4. V mém přehrávači nízký (vysoký) chvění

Časy spojené s vysokým digitálním chvěním sahají do 90. a začátkem 00. Když mikroobvody nebyly stále tak „velké“ ve složitosti obvodů a výrobci vše zachránili. Pak byl rozdíl.

To bylo v tomto bodě, že sériový DAC pro SACD měl výhodu oproti paralelnímu nízkonákladovému DAC =). Ale v té době existovaly dokonce i DAC pro CD s bitovou hloubkou menší než 16 bitů =). Nyní jsou tyto nedostatky nalezeny pouze v nejlevnějším vybavení, které nemá nic společného s HI-FI. I když ... to se stále nachází v chytrých telefonech =).

Pokud tedy máte rádi hudbu, získejte za to kvalitní přehrávač =)


  • TOP 15 nejlepších hráčů;
  • TOP 15 nejlepších zvukových karet;
  • TOP 15 nejlepších sluchátek;

Upřímně, Andrey Teplyakov.