analoginen vs digitaalinen audiokeskustelu on hyvin polarisoivaa. Olen huomannut, että useimmat ihmiset puolustavat jompaakumpaa puolta, jolloin vivahteille ei juuri jää tilaa. Totuus on, sekä analoginen ja digitaalinen ääni on haittoja ja etuja. Toivon tarjota puolueeton selitys eroja tässä viestissä.

ero analogisen ja digitaalisen äänen välillä löytyy äänitiedon tallennustavasta. Ääniaallot ovat sarja värähtelyjä väliaineen läpi. Analoginen äänentallennustekniikka tallentaa nämä tiedot luomalla sarjan magneettisia varauksia magneettinauhakelaa pitkin. Digitaalinen äänitekniikka tallentaa äänitietoja sarjana numeerisia arvoja kiintolevylle.

tässä viestissä opit jokaisen tallennustavan hyvät ja huonot puolet sekä eron analogisen ja digitaalisen äänitekniikan välillä live-äänisovelluksissa.

ero analogisen ja digitaalisen äänen välillä löytyy äänitiedon tallennustavasta. Analoginen äänentallennustekniikka tallentaa nämä tiedot luomalla sarjan magneettisia varauksia magneettinauhakelaa pitkin. Digitaalinen äänitekniikka tallentaa äänitietoja sarjana numeerisia arvoja kiintolevylle.

postauksen tiedot kirjoitettiin mahdollisimman helppotajuisiksi. Jotkut käsitteet tässä artikkelissa ovat järkevämpiä, jos sinulla on perustiedot siitä, miten ääni toimii. Jos löydät jokin seuraavista osioista sekava, voit vapaasti viitata tähän virkaan kirjoitin audio perusteet.

ennen kuin ryhdyn keskustelemaan digitaalisten ja analogisten äänentoistojärjestelmien eroista, on mielestäni tärkeää mainita, että kaikki digitaaliset äänentoistojärjestelmät sisältävät jonkin verran analogista äänitekniikkaa. Mikrofonit ovat analogisia äänilaitteita, jotka muuntavat akustisen energian analogiseksi sähkösignaaliksi. Esivahvistimet, tehovahvistimet ja kaiuttimet ovat kaikki analogisia laitteita, samoin. Ensisijainen painopiste tässä osassa on korostaa keskeisiä eroja analogisen ja digitaalisen tallennustekniikan.

analoginen ääni

nauha

magneettinauha on paras analoginen äänitapa tallennukseen ja toistoon. Nauhakoneet toimivat seuraavalla periaatteella: kun sähkövirta lähetetään langan läpi, langan ympärille muodostuu magneettikenttä ja päinvastoin.

äänen tallentamiseksi nauhakone lähettää sähköisiä äänisignaaleja magneettinauhan lähellä olevaa magneettia ympäröivän kelatun johdon kautta. Tätä magneettia ympäröivää johdinkelaa kutsutaan ennätyspääksi. Nauhan kulkiessa ennätyspään luoman magneettikentän läpi nauhan varrella olevat hiukkaset latautuvat magneettisesti. Magneettisten latausten kuvio nauhaa pitkin muistuttaa langankelan läpi lähetettyä äänisignaalia. Äänisignaalin Amplitudi korreloi nauhalle syntyneiden magneettisten varausten suuruuden kanssa.

äänen toistamiseksi prosessi käännetään päinvastaiseksi. Magnetisoitu nauha luo soittopäähän sähkövirran, joka kytkeytyy kaiuttimien kautta soitettavaan vahvistimeen.

on olemassa erilaisia nauha-ja nauhakoneita, jotka vaikuttavat tallennetun äänen laatuun. Kaksi tärkeintä muuttujaa ovat nauhan nopeus ja nauhan leveys.

Nauhanopeus

nauhoituksen laatuun vaikuttaa se, kuinka nopeasti nauha kulkee nauhurin ohi. Nopeampi nauhanopeus tuottaa tallennuksen, jossa on suurempi taajuusvaste, vähemmän sihinää ja lyhyemmät keskeytykset. Nauhakoneen nopeus mitataan tuumina sekunnissa (ips). Yleiset nauhakoneen nopeudet ovat 7 – ½ ips, 15 ips ja 30 ips. Standardi ammattimaiseen tallennukseen on 15 ips.

nauhan leveys

nauhan leveys vaikuttaa myös nauhoituksen laatuun. Laajempi nauha mahdollistaa laadukkaamman nauhoituksen. Nauhaleveyttä voidaan kuitenkin hyödyntää useamman kappaleen tallentamiseen sen sijaan, että yksittäisen kappaleen äänenlaatu paranisi. Tämä mahdollistaa useiden lähteiden tallentamisen ja toistamisen itsenäisesti.

vinyyli

vinyylilevyt ovat analogisten äänitallenteiden vakiokuluttaja. Niitä on helpompi ylläpitää, säilyttää ja jakaa. Teippiin verrattuna vinyylilevyt ovat vähemmän alttiita elementeille. Siinä missä nauha voidaan tuhota magneettisella altistuksella, vinyylilevyt ovat immuuneja magneettikentille, koska ne käyttävät erilaisia äänentallennusvälineitä. Magneettisen varauksen sijaan vinyylilevyjen pinnalla olevat kuvioidut urat tallentavat äänitietoja.

kun vinyylilevy pyörii tietyllä nopeudella, kynä kulkee sen pinnalla olevien urien läpi. Kun kynää liikkuu edestakaisin urien kanssa, se luo johtimeen sähkövirran, joka yhdistyy kaiuttimien kautta soitettavaan vahvistimeen. Äänisignaalin Amplitudi korreloi kynän liikkeen voimakkuuden kanssa.

voit katsoa animaation siitä, miten vinyylilevy toimii Animagraffeilla. Animagraffs on verkkosivusto, joka luo uskomattomia animaatioita eri tekniikoista.

vinyylilevyjä käytetään nykymaailmassa vain toistoon. Analogiset tallenteet tehdään magneettinauhalla. Nauhoista tehdään valoksia, joilla tiedot painetaan vinyylilevyille.

Digitaalinen ääni

PCM (Pulssikoodimodulaatio)

PCM eli Pulssikoodimodulaatio on standardimenetelmä äänisignaalien koodaamiseksi binääritietoon. Analogisessa äänentallennuksessa ääniaaltojen malli luodaan magneettisen varauksen avulla. PCM kuitenkin luo mallin ääniaalloista tallentamalla joukon numeerisia arvoja, jotka edustavat amplitudia eri kohdissa aaltoa pitkin.

näitä arvoja edustavat binääribittien ryhmät, joita kutsutaan otoksiksi. Jokainen näyte edustaa numeerista arvoa ennalta määrätyllä mahdollisten arvojen vaihteluvälillä. Tätä prosessia kutsutaan kvantisoinniksi, ja se suoritetaan analogisesta digitaalimuuntimeen (A-to-D-muunnin).

digitaalitallenteen toiston aikana näytteet muunnetaan takaisin sähköisiksi signaaleiksi ja lähetetään kaiuttimiin. Tämä prosessi suoritetaan digitaalisesta analogiseen muunnin (D-to-a-muunnin tai DAC).

tässä on yksinkertaistettu kuva siitä, miten ääniaaltoja tallennetaan digitaalisten näytteiden avulla:

bittisyvyys

jokainen näyte edustaa arvoa mahdollisten arvojen rajoissa. Mahdollisten arvojen vaihteluväli määräytyy bittisyvyyden mukaan. Bittisyvyys on termi, joka kuvaa sitä, kuinka monta bittiä kuhunkin näytteeseen sisältyy.

jokainen bitti voi edustaa kahta mahdollista arvoa. Näytteitä, jotka käyttävät enemmän bittejä, voivat edustaa laajempaa arvovalikoimaa, ja siksi ne voivat tallentaa tarkempaa tietoa ääniaallon amplitudista. Aina kun bitti lisätään, mahdollisten arvojen määrä kaksinkertaistuu. Siinä missä yksi bitti voi edustaa kahta arvoa, kaksi bittiä voi edustaa neljää arvoa, kolme bittiä voi edustaa kahdeksaa arvoa ja niin edelleen.

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

CD-levyjen standardibittisyvyys on 16-bittinen, mikä mahdollistaa 64,536 mahdollista amplitudiarvoa. Ammatillinen standardi on hieman syvyys 24-bittinen, joka mahdollistaa 16,777,216 mahdollista Amplitudi arvot! Useimmat studiot kuitenkin äänittävät ja miksaavat käyttäen 32-bittistä liukulukua, jota käsitellään eri viestissä.

näytteenottotaajuus

näytteenottotaajuus määrittää, kuinka monta näytettä ääniaallosta otetaan sekunnissa. Näytteenottotaajuus mitataan hertseinä (Hz). Suuremmalla näytteenottotaajuudella voidaan tallentaa korkeampia taajuuksia.

Nyquistin teoreeman mukaan digitaalinen näytteenotto voi edustaa uskollisesti vain alle puolta näytteenottotaajuudesta. Tämä tarkoittaa, että jos haluat kaapata 20kHz, korkein taajuus kuultavissa ihmisille, sinun täytyy käyttää näytteenottotaajuus on suurempi kuin 40kHz.

tästä syystä 44,1 kHz on CDs: n normaali näytteenottotaajuus. Professional audio video hyödyntää standardi 48kHz. Monet tallenteet suuresti ylittää nämä standardit, näytteenottotaajuudet 96kHz ja sen jälkeen!

vaikka suuremman näytteenottotaajuuden hyöty ymmärretään usein tallennetun taajuusalueen laajennukseksi, tämä ei ole tärkein hyöty. En saa liian syvälle se tässä viestissä, mutta se on enemmän tekemistä tyypin anti-aliasing suodatin, jota voidaan käyttää suodattamaan korkeampia taajuuksia vähemmän esineitä. Tuloksena kaistanleveys 44.1 kHz tallennus ja 96 kHz tallennus ovat käytännössä sama lopulta.

digitaaliset äänitietojen pakkausmuodot

äänitysstudioiden tuottamat äänitiedostot ovat hyvin suuria sisältämänsä tietomäärän vuoksi. Jos 3 minuutin kappale on tallennettu bittisyvyys 24-bittinen ja näytteenottotaajuus 96kHz, Tiedoston koko on noin 52MB. Tämä tiedosto on liian suuri kuluttajasovelluksille, kuten suoratoistolle. Tästä syystä käytetään tietojen pakkausmuotoja. Tiedon pakkaaminen on tapa pienentää tiedoston kokoa. Tietojen pakkausmuotoja on kaksi pääluokkaa, häviöllinen ja häviötön.

häviölliset tiedon pakkausmuodot (MP3 & suoratoisto)

Jos tietoja katoaa tietojen pakkaamisen yhteydessä, käytetty pakkausmuoto on häviöllinen. Valitettavasti yleisimmin käytetyt tietojen pakkausmuodot kuluttajien äänentoistossa ovat häviöllisiä. Tämä tarkoittaa, että vaikka erityisiä algoritmeja käytetään vähentämään kielteisiä vaikutuksia, tiedot menetetään prosessin aikana tiedoston pakkaamista. Kun tiedot menetetään, sitä ei voida koskaan palauttaa.

yleisimmät häviölliset äänidatan pakkausmuodot ovat MP3, AAC ja Ogg Vorbis. Näitä formaatteja käytetään monien tiedostojen tallentamiseen rajoitetulla kiintolevytilalla tai sisällön suoratoistoon rajoitetun kaistanleveyden internetyhteyksillä.

näiden formaattien takana olevilla patentoiduilla algoritmeilla pyritään priorisoimaan sisältöä, joka perustuu ihmisen ääninäkemysmalleihin ja tuhoamaan matalan prioriteetin sisältö.

häviöttömät tiedon pakkausmuodot (flac & AIFF)

Jos tietoja ei häviä tietojen pakkaamisprosessissa, käytetty pakkausmuoto on häviötön. Jotkut suoratoistopalvelut, kuten Tidal, hyödyntävät häviötöntä pakkausta. Käyttämällä näitä formaatteja, tiedot voidaan koodata pienempään tiedostoon ja myöhemmin purkaa, lopulta palauttaa alkuperäisen PCM tiedot WAV-tiedosto. Vaikka nämä tiedostomuodot säästävät jonkin verran tilaa pakkaamattomiin tiedostoihin verrattuna, ne eivät ole lähelläkään häviöllisten tiedostomuotojen tehokkuutta.

keskeiset erot analogisen ja digitaalisen äänen välillä: tallennus ja toisto

kuten näette, analogisella ja digitaalisella äänentallennustekniikalla on yhteinen tavoite – luoda malli akustisista aaltomuodoista, jotka voidaan toistaa mahdollisimman tarkasti. Jokainen tekniikka toteuttaa tämän tavoitteen melko hyvin. Yhdellä menetelmällä saavutettu äänenlaatu ei ole välttämättä parempi kuin toisella, vain erilainen. Kunkin menetelmän ainutlaatuisia ominaisuuksia tarkastellaan tässä jaksossa.

Taajuusalue (kaistanleveys)

kuten edellä mainittiin, digitaalisen signaalin taajuusalue rajoittuu Nyquistin taajuuden alapuolelle. Teoriassa analogisten tallennusvälineiden ylärajat ovat paljon suuremmat kuin ihmisen kuuloalue.

tämä ero ei ole niin merkittävä kuin voisi luulla. Ensinnäkin, mitään hyötyä laajennettu kaistanleveys kuin digitaalisen tallennuksen 44.1 kHz näytteenottotaajuus ylittäisi ihmisen havaintoalueen – puhumattakaan laajemmista taajuusalueista, jotka korkeampi näytteenottotaajuus mahdollistaa.

toiseksi suurin osa äänentoistolaitteista (mikrofonit, kaiuttimet jne.) on sisäänrakennettu bändi rajoittaa suodattimia. Nämä ovat tehokkaasti alipäästösuodattimia, jotka estävät ihmisen kuuloalueen ulkopuolella olevien taajuuksien sieppaamisen tai toistamisen. Analogisen ja digitaalisen äänen taajuusalueella on siis tekninen ero, mutta ei käytännön eroa.

itse asiassa digiäänen korkeamman näytteenottotaajuuden ensisijainen etu ei ole itse asiassa suurempi taajuusalue kuulijalle, vaan kyky käyttää erilaisia anti-aliasing-suodattimia. Tämä ei käytännössä laajenna taajuusaluetta, vaan vähentää näytteenoton aiheuttamia artefakteja. Menen syvemmälle tähän käsitteeseen myöhemmin postitse.

Kohinalattia

analogisen äänentallennustekniikan suurin haittapuoli on se, että siinä on huomattavasti suurempi kohinalattia digitaalitekniikkaan verrattuna.

laadukkainkin analoginen nauha sisältää magneettista kohinaa. Tämä aiheuttaa sihinää analogisissa tallenteissa. Teoreettinen kohinalattia 24-bittinen digitaalinen tallennus on-144db-tehokkaasti ääretön.

muista, että minkä tahansa järjestelmän melulattia on vain yhtä matala kuin kaikkien sen osien yhteenlaskettu melulattia. Tämä tarkoittaa, että digitaalisetkin järjestelmät ovat meluisia, jos signaaliketjussa on meluisia elektronisia elementtejä.

haavoittuvuus & pitkäikäisyys

analogiset mediat, kuten nauha ja vinyyli, eivät ainoastaan sisällä luontaista kohinaa, vaan ne ovat myös erittäin alttiita hajoamiselle ajan myötä. Digitaaliset mediat, kuten kiintolevyt ja CD-levyt, ovat paljon kestävämpiä.

kaikki fyysinen media, sekä analoginen että digitaalinen, rappeutuu ajan myötä. Ensimmäinen kerta, kun äänite soitetaan takaisin, on paras, mitä nauhoitus koskaan kuulostaa. Kuuntele vanhoja vinyylilevyjä, niin tämä käy selväksi.

analoginen nauha on säilytettävä hyvin erityisissä olosuhteissa, jotta laatu ei heikkene ajan myötä. Vinyylilevyt vaurioituvat joka kerta, kun niitä soitetaan. Digitaalinen media voi myös vahingoittua, mutta hajoaminen on paljon helpompi estää.

digitaalinen tallenne on numerosarja, joka voidaan toistaa äärettömästi täydellisellä tarkkuudella, kun taas jokainen analogisen äänen toistaminen lisää tallennuksen kokonaismelua. Jos esimerkiksi siirrät yhden nauhoitteen toiselle nauhakelalle, olet tallentanut äänet ensimmäiseltä rullalta toiselle rullalle.

siirrettävyys ja toistettavuus

lopuksi digitaaliset äänimediat ovat huomattavasti kannettavia ja toistettavia kuin analogiset mediat. Kiintolevyt ja flash-tallennustila eivät ole ainoastaan paljon pienempiä ja kevyempiä kuin nauha-ja vinyylilevyjen rullat, vaan niihin tallennetut digitaaliset tiedot voidaan lähettää ympäri planeettaa sekunneissa Internetin avulla. Digitaalisen tiedon kopiointi tulee lähes ilmaiseksi analogisen median kopiointiin verrattuna.

tässä kohdassa korostan tallennusjärjestelmien sijaan analogisen ja digitaalisen äänen vahvistaminen-ja jakelujärjestelmien eroja. Näitä järjestelmiä käytetään kuulutus-ja live-konserttisovelluksissa.

analoginen ääni

äänen vahvistamiseen ja jakeluun tarkoitetut analogiset äänentoistojärjestelmät eivät vaadi tallennustekniikkaa.

akustinen signaali muutetaan sähköksi mikrofonin avulla. Sähköinen äänisignaali lähetetään mikrofonin esivahvistimeen, sitten analogisiin äänitehosteisiin ja miksereihin ja lopuksi vahvistimeen. Vahvistettu äänisignaali muunnetaan kaiuttimella takaisin akustiseksi energiaksi.

minkä tahansa analogisen signaaliketjun alusta loppuun audiosignaali on joko akustista tai sähköenergiaa. Signaalia ei tarvitse tallentaa. Kaikki tapahtuu reaaliajassa sähköjohdon nopeudella: noin 75% valonnopeudesta.

Digitaalinen ääni

äänen vahvistamiseen ja jakeluun tarkoitetut digitaaliset äänentoistojärjestelmät vaativat tallennustekniikkaa.

sähköinen äänisignaali muunnetaan eli kvantisoidaan PCM: ksi (Pulssikoodimodulaatio). Aina kun signaali muunnetaan analogisesta digitaaliseksi tai digitaalisesta analogiseksi, tämä kvantisointi tapahtuu. Tämä tarkoittaa, että jokainen signaali lähetetään ja digitaalinen vaikutus käyttäen analogisia kaapeleita muunnetaan PCM sisällä yksikkö, käsitellään, ja sitten muunnetaan takaisin sähköenergia. Kaikki digitaaliset audioprosessorit, mikserit ja vahvistimet luovat lyhyitä tallenteita äänisignaalien käsittelyyn.

keskeiset erot analogisen ja digitaalisen äänen välillä: vahvistaminen ja jakelu

latenssi

vaikka nopeus, jolla nämä digitaaliset kvantitoinnit käsitellään, on erittäin nopea, ne ovat silti paljon hitaampia kuin johdossa liikkuva sähkö. Tämä ominaisuus digitaalisten audiojärjestelmien on negatiivinen vaikutus lisäämällä latenssi signaalin. Latenssi on prosessoinnin aiheuttama signaalin viive.

kaikki digitaaliset äänentoistojärjestelmät lisäävät viivettä signaaliketjuun. Latenssin vaikutukset ovat kuitenkin vähentyneet rajusti tekniikan edelleen parantuessa. Yksi tärkeimmistä haitoista latenssin lisäämisessä järjestelmään on tuhoisan vaiheen häiriöiden riski. Jos signaali vie kaksi polkua, joista kumpikin lisää viivettä signaaliin eri tavalla, signaalit ovat pois vaiheesta ja saattavat aiheuttaa kammansuodatuksen tai Kaikun. Latenssi voi myös tehdä muusikoille ja muille lahjakkuuksille luonnottoman seurantakokemuksen. Jos signaali viivästyy, puhuva tai soitinta soittava saattaa hämmentyä, kun hän tarkkailee itseään kuulokkeilla. Tästä syystä on yleensä parasta seurata suoraan analogisen signaaliketjun kautta, Jos digitaalinen järjestelmä lisää signaaliin liikaa latenssia.

siirrettävyys

analogisten järjestelmien ensisijainen haittapuoli on niiden paino ja koko. Moderni digitaalinen audio mikserit sisältävät sisällä taajuuskorjaimet, kompressorit, portit ja muita vaikutuksia jokaiselle kanavalle. Analogiset järjestelmät, joilla on samat prosessointiominaisuudet, vaatisivat useita telineitä ja tuhansia kiloja pyydyksiä.

on paljon yksinkertaisempaa määrittää digitaalisia tehosteita lennossa digitaalisen konsolin sisällä, eikä analogisia kaapeleita tarvitse lisätä paikkausta varten. Jos mix-insinööri haluaa kokeilla erilaista efektiä kesken esityksen, hänen on yksinkertaisesti painettava muutamaa nappia digitaalisella järjestelmällä. Tämä muutos saattaa vaatia analogisen järjestelmän uudelleenmuokkausta.

vaikka analogiset laitteet sisältävät raskaita sähkökomponentteja, jotka muodostavat taajuuskorjaimet, kompressorit ja kaikuefektit, digitaaliset signaalinkäsittelysirut tarjoavat samanlaisia työkaluja murto-osalla tilasta ja painosta.

Kohinalattia

kun ketjutat yhteen yhä enemmän analogisia efektejä, kunkin laitteen elektroninen kohina summautuu yhteen. Käyttämällä enemmän digitaalisia tehosteita ei lisää kohinaa signaaliin, koska signaali ei koskaan poistu digitaalisesta signaaliprosessorista. Vain yksittäisen laitteen luontainen melu on läsnä, eikä monien laitteiden luontainen melu.

keskustelu jatkuu

totuus on, että sekä analogisilla että digitaalisilla äänentoistojärjestelmillä on arvoa nykymaailmassa. Keskustelu siitä, kumpi on parempi ja kumpi huonompi, ei lopu koskaan, koska selkeää vastausta ei ole.

äänitekniikalle on miljoona sovellusta, ja jokainen vaatii omanlaisensa laitekokonaisuuden. Ääniteknikkona, muusikkona tai kuuntelijana meidän on jokaisen päätettävä äänentoistolaitteista, jotka vastaavat kunkin ainutlaatuisen tilanteen tarpeita.