analogový vs digitální audio debata je velmi zajímavá. Všiml jsem si, že většina lidí brání jednu nebo druhou stranu, což umožňuje malý prostor pro nuance. Pravdou je, že analogový i digitální zvuk mají nevýhody a výhody. Doufám, že nabídnu nezaujaté vysvětlení rozdílů v tomto příspěvku.
rozdíl mezi analogovým a digitálním zvukem se nachází ve způsobu ukládání zvukových informací. Zvukové vlny jsou série vibrací prostřednictvím média. Technologie analogového záznamu zvuku ukládá tyto informace vytvořením řady magnetických nábojů podél cívky magnetické pásky. Digitální audio technologie ukládá zvukové informace jako řadu číselných hodnot na pevném disku.
v tomto příspěvku se dozvíte výhody a nevýhody každé metody záznamu spolu s rozdílem mezi analogovými a digitálními zvukovými technologiemi pro živé zvukové aplikace.
rozdíl mezi analogovým a digitálním audio je audio informace je uložena. Technologie analogového záznamu zvuku ukládá tyto informace vytvořením řady magnetických nábojů podél cívky magnetické pásky. Digitální audio technologie ukládá zvukové informace jako řadu číselných hodnot na pevném disku.
informace v tomto příspěvku byly napsány tak, aby byly co nejsnadněji srozumitelné. Některé pojmy v tomto článku budou mít větší smysl, pokud máte základní znalosti o tom, jak zvuk funguje. Pokud zjistíte, že některá z následujících částí je matoucí, neváhejte odkazovat na tento příspěvek, který jsem napsal o základech zvuku.
předtím, Než začnu diskutovat o rozdíly mezi digitální a analogové audio systémy, myslím, že je to důležité zmínit, že všechny digitální audio systémy zahrnují některé analogové audio technologie. Mikrofony jsou analogová zvuková zařízení, která přenášejí akustickou energii na analogový elektrický signál. Předzesilovače, výkonové zesilovače a reproduktory jsou také analogová zařízení. Hlavním cílem této části bude zdůraznit klíčové rozdíly v analogové a digitální záznamové technologii.
analogový zvuk
páska
Magnetická páska je nejlepší analogovou zvukovou metodou pro nahrávání a přehrávání. Páskové stroje pracují na následujícím principu: když je elektrický proud veden drátem, kolem drátu se vytvoří magnetické pole a naopak.
Pro záznam zvuku, pásky stroj vysílá elektrické audio signály prostřednictvím stočený drát obklopující magnet, který se koná v těsné blízkosti magnetické pásky. Tato cívka drátu obklopujícího magnet se nazývá záznamová hlava. Jako páska prochází magnetické pole vytvořené záznamy hlavy, částice podél pásky jsou magneticky nabité. Vzor magnetických nábojů podél pásky připomíná zvukový signál vysílaný cívkou drátu. Amplituda zvukového signálu koreluje s velikostí magnetických nábojů vytvořených na pásce.
pro přehrávání zvuku je proces obrácen. Magnetizovaná páska vytváří elektrický proud na hrací hlavě, který se připojuje k zesilovači, který se má přehrávat prostřednictvím reproduktorů.
existují různé typy páskových a páskových strojů, které ovlivňují kvalitu zaznamenaného zvuku. Dvě hlavní proměnné jsou rychlost pásky a šířka pásky.
Rychlost Pásky
rychlost, kterou pásek prochází záznam hlavu ovlivňuje kvalitu záznamu. Vyšší rychlost pásky vytváří záznam s větší frekvenční odezvou, méně syčení, a kratší výpadky. Rychlost páskového stroje se měří v palcích za sekundu (ips). Běžné rychlosti páskového stroje jsou 7 – ½ ips, 15 ips a 30 ips. Standard pro profesionální nahrávání je 15 ips.
šířka pásky
šířka pásky také ovlivňuje kvalitu záznamu. Širší páska umožňuje nahrávání vyšší kvality. Šířka pásky však může být použita k záznamu více stop, spíše než ke zlepšení kvality zvuku jedné stopy. To umožňuje několik zdrojů, které mají být zaznamenány a přehrávat nezávisle.
Vinyl
vinylové desky jsou standardním spotřebitelským médiem pro analogové zvukové nahrávky. Snadněji se udržují, ukládají a distribuují. Ve srovnání s páskou jsou vinylové desky méně citlivé na prvky. Zatímco páska může být zničena magnetickou expozicí, vinylové desky jsou imunní vůči magnetickým polím, protože používají jiný způsob ukládání zvuku. Spíše než magnetický náboj, texturované drážky na povrchu vinylových desek ukládají zvukové informace.
jak se vinylový záznam točí určitou rychlostí, stylus prochází drážkami na svém povrchu. Jako stylus se pohybuje tam a zpět s drážkami, vytváří elektrický proud v drátu, který se připojuje k zesilovači, aby přehrávat přes reproduktory. Amplituda zvukového signálu je korelována s intenzitou pohybu stylusu.
můžete vidět animaci toho, jak vinylová deska funguje Animagraffs. Animagraffs je webová stránka, která vytváří úžasné animace různých technologií.
vinylové desky se používají pouze pro přehrávání v moderním světě. Analogové nahrávky se provádějí magnetickou páskou. Pásky se používají k vytváření odlitků pro lisování informací na vinylové disky.
Digitální Audio
PCM (Pulse Code Modulation)
PCM, nebo Pulse Code Modulation, je standardní metoda pro kódování zvukového signálu do binární informace. V analogovém záznamu zvuku je vytvořen model zvukových vln pomocí magnetického náboje. PCM však vytváří model zvukových vln uložením sekvence číselných hodnot, které představují amplitudu v různých bodech podél vlny.
tyto hodnoty jsou reprezentovány skupinami binárních bitů, nazývaných vzorky. Každý vzorek představuje číselnou hodnotu v předem určeném rozsahu možných hodnot. Tento proces se nazývá kvantizace a je prováděn analogově-digitálním převodníkem (převodníkem A-to-D).
během přehrávání digitálního záznamu jsou vzorky převedeny zpět na elektrické signály a odeslány do reproduktorů. Tento proces se provádí digitálním analogovým převodníkem (převodník D-to-a nebo DAC).
zde je zjednodušená ilustrace toho, jak jsou zvukové vlny ukládány pomocí digitálních vzorků:
Bitová Hloubka
Každý vzorek představuje hodnotu v rozsahu možných hodnot. Rozsah možných hodnot je určen bitovou hloubkou. Bitová hloubka je termín, který popisuje, kolik bitů je zahrnuto v každém vzorku.
každý bit může představovat dvě možné hodnoty. Vzorky, které využívají více bitů, mohou představovat větší rozsah hodnot, a proto mohou ukládat přesnější informace o amplitudě zvukové vlny. Pokaždé, když je přidán bit, počet možných hodnot se zdvojnásobí. Zatímco jeden bit může představovat dvě hodnoty, dva bity mohou představovat čtyři hodnoty, tři bity mohou představovat osm hodnot atd.
| Bit Depth | Possible Values |
|---|---|
| 1-bit | 2 |
| 2-bit | 4 |
| 4-bit | 16 |
| 8-bit | 256 |
| 16-bit (CD Standard) | 65,536 |
| 24-bit (Professional Standard) | 16,777,216 |
standardní bitová hloubka pro CD je 16bitová, což umožňuje 64 536 možných hodnot amplitudy. Profesionální standard je bitová hloubka 24 bitů, která umožňuje 16 777 216 možných hodnot amplitudy! Nicméně, většina studií záznam a mix použití 32-bit s plovoucí desetinnou čárkou, které budou popsány v jiném příspěvku.
vzorkovací frekvence
vzorkovací frekvence určuje, kolik vzorků je odebráno zvukové vlny za sekundu. Vzorkovací frekvence se měří v Hertzech (Hz). Záznam při vyšší vzorkovací frekvenci umožňuje zaznamenávat vyšší frekvence.
Nyquistova věta uvádí, že digitální vzorkování může věrně představovat frekvence menší než polovina vzorkovací frekvence. To znamená, že pokud chcete zachytit 20kHz, nejvyšší frekvenci slyšitelnou pro člověka, musíte použít vzorkovací frekvenci vyšší než 40kHz.
z tohoto důvodu je 44,1 kHz standardní vzorkovací frekvence pro CD. Profesionální zvuk pro video využívá standard 48kHz. Mnoho nahrávek výrazně překračuje tyto standardy, se vzorkovací frekvencí 96 kHz a dále!
zatímco přínos vyšších vzorkovacích frekvencí je často chápán jako rozšíření zaznamenaného frekvenčního rozsahu, toto není hlavní přínos. V tomto příspěvku se do toho nedostanu příliš hluboko, ale má to více společného s typem Anti-aliasingového filtru, který lze použít k odfiltrování vyšších frekvencí s menším počtem artefaktů. Výsledná šířka pásma záznamu 44,1 kHz a záznamu 96 kHz je nakonec prakticky stejná.
Digitální Audio Komprese Dat Formáty
zvukové soubory produkován nahrávací studia jsou velmi velké, vzhledem k množství informací, které obsahují. Pokud je zaznamenána 3minutová skladba s bitovou hloubkou 24 bitů a vzorkovací frekvencí 96 kHz, bude Velikost souboru přibližně 52 MB. Tento soubor je příliš velký pro spotřebitelské aplikace,jako je streamování. Z tohoto důvodu se používají formáty komprese dat. Komprese dat je metoda zmenšení velikosti souboru. Existují dvě hlavní kategorie formátů komprese dat, ztrátové a bezeztrátové.
Ztrátová Komprese Dat Formáty (MP3 & Streaming)
Pokud informace je ztracena během procesu komprese dat, kompresní formát používá je ztrátová. Bohužel nejpoužívanější formáty komprese dat ve spotřebitelském zvuku jsou ztrátové. To znamená, že i když se používají speciální algoritmy ke snížení negativních účinků, data se během procesu komprese souboru ztratí. Jakmile jsou data ztracena, nelze je nikdy obnovit.
nejběžnější ztrátové formáty komprese zvukových dat jsou MP3, AAC a Ogg Vorbis. Tyto formáty se používají pro ukládání mnoha souborů s omezeným prostorem na pevném disku nebo pro streamování obsahu přes připojení k internetu s omezenou šířkou pásma.
proprietární algoritmy za těchto formátů cílem upřednostnit obsah na základě modelů lidského vnímání zvuku a zničit nízkou prioritou obsahu.
Bezztrátové Formáty (FLAC & AIFF)
Pokud žádné ztrátě informace skrze proces komprese dat, kompresní formát používá je bezztrátový. Některé streamovací služby, například Tidal, využívají bezeztrátovou kompresi. Pomocí těchto formátů, informace mohou být kódovány do menšího souboru a později dekódovat, nakonec obnovení původní informace PCM jako soubor WAV. Ačkoli tyto formáty ušetřit nějaký prostor ve srovnání s nekomprimovaných souborů, nejsou nikde blízko k účinnosti ztrátových formátů.
Klíčové Rozdíly Mezi Analogovým a Digitálním Audio: Záznam a Přehrávání
Jak můžete vidět, analogový a digitální záznam zvuku technologie mají společný cíl – vytvořit model akustické průběhy, které lze přehrávat tak přesně, jak je to možné. Každá technologie dosahuje tohoto cíle docela dobře. Kvalita zvuku dosažená jednou metodou nemusí být nutně lepší než druhá, jen odlišná. Jedinečné vlastnosti každé metody budou prozkoumány v této části.
Frekvenční Rozsah (šířka Pásma)
Jak bylo uvedeno výše, frekvenční rozsah digitální signál je omezen na frekvencích nižších než Nyquistova Frekvence. Teoreticky jsou horní hranice analogových záznamových médií mnohem větší než lidský rozsah sluchu.
tento rozdíl není tak významný, jak si myslíte. Za prvé, jakákoli výhoda rozšířené šířky pásma nad rámec digitálního záznamu na 44.1 kHz vzorkovací frekvence by být mimo rozsah lidského vnímání – nemluvě o rozšířené kmitočtové rozsahy možné díky vyšší vzorkovací frekvence.
za druhé, většina zvukových zařízení(mikrofony, reproduktory atd.) má vestavěné filtry omezující pásmo. Jedná se o účinně nízkoprůchodové filtry, které zabraňují zachycení nebo reprodukci frekvencí mimo lidský dosah sluchu. Existuje tedy technický rozdíl ve frekvenčním rozsahu mezi analogovým a digitálním zvukem, ale není to praktický rozdíl.
Ve skutečnosti, hlavním přínosem vyšší vzorkovací frekvence, digitální audio ve skutečnosti není větší frekvenční rozsah pro posluchače, ale schopnost používat různé filtry anti-aliasing. To účinně nerozšíří frekvenční rozsah,ale místo toho snižuje artefakty způsobené vzorkováním. Půjdu hlouběji do tohoto konceptu v pozdějším příspěvku.
Hlučnost Podlahy
hlavní nevýhodou analogového záznamu zvuku technologie je, že má výrazně vyšší hladinu šumu ve srovnání s digitální technologií.
i nejkvalitnější analogová páska obsahuje magnetický šum. To je příčina syčení v analogových nahrávkách. Teoretická hluková podlaha 24bitového digitálního záznamu je – 144dB-účinně nekonečná.
nezapomeňte, že hluková podlaha jakéhokoli systému je pouze tak nízká jako kombinovaná hluková podlaha všech jeho součástí. To znamená, že i digitální systémy budou hlučné, pokud signální řetězec obsahuje hlučné elektronické prvky.
zranitelnost & dlouhověkost
nejen, že analogová média, jako je páska a vinyl, obsahují inherentní šum, ale jsou také extrémně citlivá na degradaci v průběhu času. Digitální média, jako jsou pevné disky a CD, jsou mnohem odolnější.
Všechna fyzická média, analogová i digitální, se časem degradují. Při prvním přehrávání záznamu je to nejlepší, co záznam kdy zazní. Poslouchejte staré vinylové desky a to je zřejmé.
analogová páska musí být zachována ve velmi specifických podmínkách, aby se zabránilo ztrátě kvality v průběhu času. Vinylové desky jsou poškozeny pokaždé, když jsou přehrávány. Digitální média mohou být také poškozena, ale degradaci je mnohem snazší zabránit.
digitální záznam je řada čísel, která mohou být reprodukována nekonečně s dokonalou přesností, zatímco každá reprodukce analogového zvuku zvyšuje celkový šum záznamu. Pokud například přenesete jeden záznam na jiný kotouč pásky, zaznamenáte šum z prvního kotouče na druhý kotouč.
přenositelnost a reprodukovatelnost
konečně jsou digitální audio média drasticky přenosnější a reprodukovatelnější než analogová média. Nejen, že jsou pevné disky a flash paměti mnohem menší a lehčí než kotouče pásky a vinylové desky, ale digitální informace uložené na nich mohou být zasílány po celé planetě během několika sekund pomocí Internetu. Reprodukce digitálních informací přichází prakticky bez nákladů ve srovnání s reprodukcí analogových médií.
V této části, spíše než záznamové systémy, jsem se upozornit na rozdíly mezi analogovým a digitálním audio výztuže a distribuční systémy. Jedná se o systémy používané ve veřejných adresách a živých koncertních aplikacích.
Analogové Audio
Analogové audio systémy pro ozvučení a distribuci vyžadovat žádné záznamové techniky.
akustický signál je převeden na elektřinu pomocí mikrofonu. Elektrický zvukový signál je odeslán do předzesilovače mikrofonu, poté do analogových zvukových efektů a mixérů a nakonec do zesilovače. Zesílený zvukový signál je reproduktorem převeden zpět na akustickou energii.
od začátku do konce jakéhokoli analogového signálového řetězce je zvukový signál buď ve formě akustické nebo elektrické energie. Není třeba ukládat signál. Všechno se děje v reálném čase rychlostí elektřiny v drátu: asi 75% rychlosti světla.
Digitální Audio
Digitální audio systémy pro ozvučení a distribuci vyžadují technologie záznamu.
elektrický zvukový signál je převeden nebo kvantován na PCM (Pulse Code Modulation). Kdykoli je signál převeden z analogového na digitální nebo digitální na analogový, dojde k této kvantizaci. To znamená, že každý signál odeslaný do az digitálního efektu pomocí analogových kabelů je převeden na PCM uvnitř jednotky, zpracován a poté převeden zpět na elektrickou energii. Všechny digitální zvukové procesory, mixéry a zesilovače vytvářejí krátké nahrávky pro zpracování zvukových signálů.
Klíčové Rozdíly Mezi Analogovým a Digitálním Audio: Posílení a Licence
Latence
i když rychlost, s jakou tyto digitální quantizations jsou zpracovávány velmi rychle, jsou stále mnohem pomalejší než elektrické energie pohybující se přes dráty. Tato charakteristika digitálních zvukových systémů má negativní účinek přidání latence signálu. Latence je zpoždění signálu způsobené zpracováním.
všechny digitální audio systémy přidávají latenci do signálního řetězce. Účinky latence však byly drasticky sníženy, protože technologie se stále zlepšuje. Jednou z hlavních nevýhod přidání latence do systému je riziko destruktivní fázové interference. Pokud signál trvá dvě cesty, každý přidá latence signálu jinak, budou signály v protifázi, a může způsobit hřeben filtrování nebo echo. Latence může také přispět k nepřirozenému monitorovacímu zážitku pro hudebníky a další talenty. Pokud je signál zpožděn, osoba mluvící nebo hrající na nástroj může být zmatená, když se monitoruje ve sluchátkách. Z tohoto důvodu je obvykle nejlepší sledovat přímo prostřednictvím analogového signálního řetězce, pokud digitální systém přidá příliš mnoho latence signálu.
přenositelnost
primární nevýhodou analogových systémů je jejich hmotnost a velikost. Moderní digitální audio mixéry obsahují v sobě ekvalizéry, kompresory, brány a další efekty pro každý kanál. Analogové systémy se stejnými schopnostmi zpracování by vyžadovaly několik stojanů a tisíce liber zařízení.
je mnohem jednodušší konfigurovat digitální efekty za běhu v digitální konzoli, aniž byste museli přidávat analogové kabely pro opravu. Pokud by si mixér chtěl vyzkoušet jiný efekt, musí jednoduše stisknout několik tlačítek s digitálním systémem. Tato změna může vyžadovat opakování analogového systému.
Vzhledem k tomu, že analogové zařízení obsahuje těžké elektrické komponenty, které tvoří ekvalizéry, kompresory a efekty reverb, digitální zpracování signálu čipy nabízejí podobné nástroje za zlomek prostoru a hmotnosti.
Hlučnost Podlahy
Jak si řetězce dohromady více a více analogových efektů, elektronický šum z každého zařízení, částky dohromady. Použití více digitálních efektů nepřináší signál žádný šum, protože signál nikdy neopustí procesor digitálního signálu. Je přítomen pouze vlastní šum jednoho zařízení, spíše než vlastní šum mnoha zařízení.
Debata Pokračuje
pravdou je, že oba analogové a digitální audio systémy mají hodnoty v moderním světě. Debata o tom, co je lepší a co horší, nikdy neskončí, protože neexistuje jasná odpověď.
Existuje milion aplikací pro audio technologii a každá z nich vyžaduje jedinečnou sadu zařízení. Jako zvukový inženýr, hudebník nebo posluchač se musíme každý rozhodnout pro sadu zvukových zařízení, která vyhovuje potřebám každé jedinečné situace.