HI-Res hang - nagyfelbontású formátumok DSD és DXD (mítoszok)

Hi-Res Audio (rövidítve HRA) - zenefájlok, amelyek a legmagasabb minőségű digitális hangot biztosítják. Ha összehasonlítjuk a HI-Res audio formátumát az mp3 formátummal, észrevehetünk egy kiemelkedő különbséget a hangminőségben. A Hi-Res Audio kompakt lemezek (CD, DVD) és még sok kiváló minőségű tömörített digitális formátum hangminőségét is meghaladja. A Hi-Res Audio a digitális hangminőség szabványának tekinthető.

Hozzávetőleges formátum-összehasonlítás:

Beszéljük meg a média és a nagy felbontású formátum lejátszása során bekövetkező folyamatokat - HI-Res: SACD (SuperAudioCD), DVD-Audio, DSD és DXD formátumok.

Egy korábbi HI-FI cikkben már beszéltünk a magnók, vinil, csőerősítők és CD formátum hangminőségével kapcsolatos mítoszokról. Ideje figyelni a modern HI-FI kompromisszumok nélküli hangformátumára. Azonnal megnyugtatom az olvasókat, hogy kevesebb kritika lesz, mint az előző cikkben, és ez nem a hangminőségre vonatkozik, hanem inkább a technikai kérdésekre.

Felhívom a figyelmet arra, hogy a cikk a legérdekesebb olvasók számára készült, felkészületlen olvasók számára (de kíváncsi) javaslom a Wikipedia hivatkozását. A kevésbé kíváncsi olvasóknak csak a „mítoszokat” és a következtetéseket javaslom olvasni..

1. Az első nagy felbontású formátum (HI-Res) a SACD adathordozó;
2. Mi a különbség a PCM denzitáskódmoduláció (PDM) és a PCM pulzuskódmoduláció (PCM) között?
3. 1. mítosz - A soros DAC (ADC) jobb, mint a párhuzamos;
4. Digitálisról analógra;
5. Következtetés 1. A "párhuzamos" ADC (DAC) fő pluszja;
6. A "soros" ADC (DAC) logikája;
7. 2. következtetés. A "soros" ADC (DAC) fő pluszja;
8. 2. mítosz - A DAC-k (ADC-k) tisztán párhuzamos vagy soros átalakítókat használnak;
9. 3. mítosz - A 32 bites DAC-k (ADC-k) kiváló minőségűek, mint a 24-bitesek;
10. 4. mítosz. A játékosomnak alacsony (magas) gerjedése van;

Lásd még:

• Az összes digitális formátum, beleértve a DSD-mítoszokat és a valóságot is, dinamikus tartománya
• Hi-Fi hang, mítoszok és valóság - a hang fejlődése és fejlődése
• Az mp3 és a FLAC közötti minőségi különbség 192Kbps vagy 320Kbps?

1. Az első nagy felbontású formátum (HI-Res) a SACD adathordozó

Kezdjük a legelső nagy felbontású formátum (HI-Res) - SACD adathordozóval. Maga a média nem érdekli számunkra, kapacitása és fizikai felépítése szempontjából hasonló a DVD-hez; a DSD audioinformáció-tárolási formátuma érdekes.

Az ebben a formátumban található információ a kódolási módszer szerint különbözik az összes többi formátumtól, és „Pulse Density Modulation” -ot (PDM) használ, szemben a hangkódolásban általában használt PCM-rel (Pulse Coding Modulation)..

1.1 Mit jelent ezek a transzformációk??

A digitális hang ábrázolására leggyakrabban impulzusos kódmodulációt alkalmazunk, amelyben az eredeti analóg jelet az ADC konvertálja (Analóg-digitális átalakító) vagy ADC (Analóg-digitális átalakító) soros számjeggyel. Szigorúan az adott kvantálási frekvenciával összhangban végzi el (CD esetén a kvantálási frekvencia 44100 Hz) - éppen ezzel a frekvenciával méri meg a hanghullám amplitúdóját (intenzitása), és a mérési eredményt egy számmal kódolja.

Ez az ADC kapacitásainak megfelelően történik (az ADC minőségének második fontos mutatója), 0-tól 65535-ig terjedő tartományban egy 16 bites ADC-n, 0-16,7 millió tartományban egy 24 bites ADC-n és 0-4 milliárd tartományban egy 32 bites ADC-nál.

Itt nyilvánvaló, hogy még az ADC bitmélységének (bitrégének) kismértékű növekedése az audiokódolás minőségének és pontosságának hirtelen (exponenciális) növekedéséhez vezet.

A konvertálás fordított folyamata a DAC (Digital to Analog Converter) vagy DAC (Digital to Analog Converter) használatával történik. - egy megadott kvantálási frekvenciájú számjegy sorozatát a hangnyomás értékére konvertálják. Természetesen minél nagyobb a digitális hang bitmélysége a megfelelő átalakítás jelenlétében, annál pontosabban helyreáll az analóg jel és a hangminőség magasabb.

2. Mi a különbség a PCM denzitáskódmoduláció (PDM) és a PCM impulzuskódmoduláció (PCM) között?

Áttekintettük a PCM impulzuskódmodulációt (PCM). Ez konvertálja a hangot CD, DVD audio, DXD formátumba. Mi a különbség a PCM denzitáskód-moduláció (PDM) között? impulzuskód-modulációs PCM-től (PCM)?.

Különbségek az analóg jel átalakításának módszerében és fordítva a digitális analógmá, az információ tárolásának digitális módszerében.

Az információ tárolása a hang szempontjából nem számít. Csak azt kell megjegyeznünk, hogy az audio SACD-ben (DSD) való tárolásához bitfolyamot használunk, nem pedig többbites számjegyeket, 0 és 1 közötti tartományban, vagyis egy bináris jelet. Fontos az, hogy az analógot miként konvertálják digitálisra és fordítva..

Ettől a pillanattól kezdődik a zavar és a mítoszok 🙂 Valójában vannak „soros” és „párhuzamos” analóg-digitális (digitális-analóg) átalakítók.

3. 1. mítosz - A soros DAC (ADC) jobb, mint a párhuzamos

1. mítosz - Az egybites magas frekvenciájú kódolási minőség jobb, mint a többbites kódolási minőség...

A fentiek megértése érdekében figyelembe vesszük a "párhuzamos" és "soros" átalakítók logikáját. Kezdjük az analóg jel digitalizálásával - ADC logika.

Tehát a párhuzamos ADC „méri” az analóg jelet, és digitálisvá alakítja.

3.1 Hogyan történik az analóg-digitális átalakítás??

Az ADC bemeneten van egy „komparátor” áramkör, amelynek jelentése a következő: összehasonlítani a referenciajelet (például 1 volt, de a kezdeti feszültséget általában a mért jel maximális értékének felével egyenlőnek kell venni) a bejövővel mért.

Ha a mért jel kisebb, mint a referenciaáramkör, akkor logikai jelet generál „mínusz” (logikai 0), és ha ez több, mint „plusz” (1. logikai). E logikai jelnek megfelelően a referenciafeszültség értéke megváltozik - vagy megduplázódik vagy megduplázódik az előző értékhez képest, attól függően, hogy a mért jel nagyobb vagy kisebb volt, mint a referencia. Ugyanakkor egy számjegyet tárolnak a digitális nyilvántartásban (kezdetben megegyezik a mért tartomány felével), és osztják vagy szorozják 2-rel, a referenciajel és a mért jel összehasonlításával.

Ezután megismétlődik a mérés, és így tovább a "bruttó" méréstől a "legfinomabb "ig, minden lépésnél a referenciafeszültség értéke fokozatosan megközelíti a mért értéket. A nyilvántartásban tárolt számot szintén finomítják egymás után - a legmagasabb számjegyektől („durva” értékekig) a legalacsonyabbig („pontos” értékekig)..

A mérések száma megegyezik az ADC áramkör kapacitásával, például egy 16 bites esetén 16 mérés-összehasonlítás-lépés lesz. Ez az úgynevezett "egymást követő közelítés módszere". Ez a logika abban rejlik, hogy a nagy pontosságú mérések száma kicsi és megegyezik a bitmélységgel. Ilyen módon:

• A jel 0 és 65535 közötti pontossággal történő méréséhez nem 65535 lépésre van szüksége, hanem csak 16-ra.
• Mindössze 24 lépés szükséges a 0 és 16,7 millió közötti pontossággal történő méréshez.

Az ADC áramkörhez viszonylag alacsony frekvenciájú komponenseket lehet használni ilyen módon, ez egyszerűsíti, csökkenti az áramkör költségeit, növeli pontosságát (az alkatrészek paramétereinek kisebb eltérései miatt).

4. Digitálisról analógra

A digitális és analóg jellé (DAC) való fordított átalakítás könnyebb. Van párhuzamos mikroáramkör-csapok, amelyekben a csapok száma megegyezik a konvertált jel bitmélységével. Minden bit továbbra is digitális jel, azonos értékkel (feszültséggel) rendelkezik. A jel továbbra is párhuzamos-digitális. Ezután egy „R-2R” áramkört (ellenállás vagy ellenállás) csatlakoztatunk minden egyes terminálhoz, és így a legmagasabb feszültség a legnagyobb kisülésnek, a legalacsonyabb pedig. Ennek eredményeként az "R-2R" láncon áthaladó szignifikáns bitek kombinációját összekeverik egy analóg jellé. A végén egy nagy áteresztőképességű szűrő található. Ennyi =)

5. Következtetés 1. A "párhuzamos" ADC (DAC) fő pluszje

Viszonylag alacsony frekvencián működik, így nagy pontosságot ér el. A lényeg az, hogy az összes frekvencia a kvarc rezonátor ultramagasabb frekvenciáján alakul ki, amelyet ezután elosztunk az „osztó” áramkörökkel, a digitális áramkör alsó frekvenciájáig. A szuperfrekvencia megosztása mellett a frekvencia hibájának (eltérésének) megoszlása ​​(csökkentése) az elmélettől való megoszlással történik. Minél nagyobb az osztási együttható és annál alacsonyabb a végső frekvencia, annál pontosabb a kimeneti frekvencia.

Ennek megfelelően az alacsony frekvenciájú alkatrészek és áramkörök pontosabbak, mint a magas frekvenciájú alkatrészek és áramkörök..

6. A "soros" ADC (DAC) logikája

Egy soros ADC-ben már van egy komparátor, amely összehasonlítja a referencia jelet (referencia) a mért értékkel. Az alábbiakban bemutatjuk a munka logikájának különbségeit.

A digitális regiszter (puffer memória) a referenciajel értékével megegyező számot tárol. Az analóg jelnek a komparátor általi következő mérése után kimenete az 1. szám, ha a mérés a szabvány feletti volt, és a 0, ha alacsonyabb. Ekkor a referenciajel nem kétszer nagyobb vagy alacsonyabb jelré válik, hanem egy egységgel nagyobb vagy kisebb. Ugyanakkor nem a szabványnak megfelelő számjegyet írunk a memóriába, hanem az 1. bit, ha a mérés nagyobb volt, vagy 0, ha kevesebb.

Valójában egyszerűbb az ADC soros logikája (és áramköre), összehasonlítva a párhuzamossággal.

A szekvenciális közelítés helyett a lépésenkénti közelítés rögzítését (rögzítését) használjuk. A 16 bit tartomány 0 és 65535 közötti tartományának méréséhez 65535 lépésre lesz szükség (és nem 16-ra). Ennek megfelelően egy 24 bites átalakításhoz 16,7 millió lépésre lesz szükségünk. Egy ilyen ADC kimenetén egy szekvenciális bitfolyamot rögzítenek, amelyben a hanghullám-intenzitás analóg értéke megegyezik az egyenáramok és nullák áramának „sűrűségével”. Ha több egység van, akkor a feszültség (intenzitás) magasabb, és ha a nullák alacsonyabbak. Minden nagyon egyszerű.

6.1. Fordított digitális-analóg átalakítás sorozatban

Az inverz digitális-analóg átalakítás (DAC) szintén egyszerű. Az egy bites digitális jel kimenetén egy olyan kapacitás (kondenzátor) van, amelyet nullák és nullak töltöttek, eltérő értékkel, a nullák és az egyenek sűrűségétől függően. A végén a kapacitás után egy nagyáteresztő szűrő és egy analóg kimenet található.

7. Következtetés 2. A "soros" ADC (DAC) fő pluszje

Egyszerűbb áramkört használ, kevesebb elemmel. Az analóg út összes elemének pontatlansági értékei egyetlen közös nagy hibákká halmozódnak fel. Minél kevesebb elem van az analóg áramkörben, annál pontosabb az ADC (DAC) és jobb a hangja.

8. 2. mítosz - a DAC-kban (ADC-k) tisztán párhuzamos vagy soros átalakítókat használnak

Egy figyelmes olvasó megjegyezte, hogy ellentmondás van az 1. és a 2. következtetésben =). A valóságban minden prózaibb. A gyakorlatban ezeknek a módszereknek a kombinációját alkalmazzák.. Az analóg jel teljes amplitúdótartománya alsávokra oszlik (párhuzamos feldolgozás), majd szekvenciális kódolásnak vetik alá őket. Az ilyen „hibrid” DAC-k (ADC) a legelterjedtebbek.

Az SACD lejátszásakor egy teljes szekvenciájú egybites DAC-t használnak. De amint azt már kiderült, ez a plusz ellentmond a DAC áramkör magas frekvenciájának =). Ha az SACD magas színvonaláról beszélünk, akkor azt jelenti, hogy magasabb a CD-hez viszonyítva.

9. 3. sz. Mítosz - 32 bites DAC (ADC) felülmúlja a 24 bites teljesítményt

A valóság, mint mindig, súlyosan elvezet minket az elméleti maximumoktól a földig.

Leggyakrabban nincsenek valós DAC-k, amelyek 32 bites pontossággal működnek a háztartási (még a HI-FI) hanglejátszó készülékekben is =). Általában minden 24 bitre korlátozódik. De sietek megbizonyosítani az olvasókat arról, hogy a stúdiókban a jel digitalizálási képessége ritkán haladja meg a 24 bitet, és ha nem is, akkor ennél többet. A digitális tartalom szerkesztéséhez minimális mélységű (pontosságú) audio szükséges, mivel az úgynevezett szerkesztési hibák felhalmozódnak a szerkesztés során. Ezt már említettük egy korábbi áttekintésben..

Fontoljuk meg még egy, az utolsó mítoszot és spekulációt ebben a témában..

10. 4. mítosz. A játékosomban alacsony (magas) gerjesztés

A magas digitális jitterrel kapcsolatos idők a 90-es évekre és a 00-as évek elejére nyúlnak vissza. Amikor a mikroáramkörök még mindig nem voltak olyan „nagyok” az áramkörök bonyolultságában, a gyártók mindent megmentettek. Aztán volt különbség.

Ezen a ponton volt a soros DAC az SACD számára előnyös a párhuzamos olcsó DAC-hoz képest =). De azokban a napokban még DAC-k voltak a CD-k számára, amelyek kis mélysége kevesebb, mint 16 bit =). Most ezeket a hiányosságokat csak a legolcsóbb berendezésekben találják meg, amelyeknek semmi köze nincs a HI-FI-hez. Bár ... ez még mindig megtalálható az okostelefonokban =).

Tehát ha jobban szereti a zenét, szerezzen ehhez kiváló minőségű lejátszót =)

• A 15 legjobb játékos;
• A 15 legjobb hangkártya;
• A 15 legjobb fejhallgató;

Üdvözlettel: Andrey Teplyakov.