het debat over analoge vs digitale audio is zeer polariserend. Ik heb gemerkt dat de meeste mensen de ene of de andere kant verdedigen, waardoor er weinig ruimte is voor nuance. De waarheid is, zowel analoge als digitale audio hebben nadelen en voordelen. Ik hoop een onbevooroordeelde uitleg van de verschillen in deze post te bieden.
het verschil tussen analoge en digitale audio wordt gevonden in de manier waarop audio-informatie wordt opgeslagen. Geluidsgolven zijn een reeks trillingen door middel van een medium. Analoge audio-opnametechnologie slaat deze informatie op door het creëren van een reeks magnetische ladingen langs een rol magneetband. Digitale audiotechnologie slaat audio-informatie op als een reeks numerieke waarden op een harde schijf.
in dit bericht leert u de voors en tegens van elke opnamemethode samen met het verschil tussen analoge en digitale audiotechnologieën voor live geluidstoepassingen.
het verschil tussen analoge en digitale audio wordt gevonden in de manier waarop audio-informatie wordt opgeslagen. Analoge audio-opnametechnologie slaat deze informatie op door het creëren van een reeks magnetische ladingen langs een rol magneetband. Digitale audiotechnologie slaat audio-informatie op als een reeks numerieke waarden op een harde schijf.
de informatie in dit bericht is zo eenvoudig mogelijk geschreven. Sommige concepten in dit artikel zullen zinvoller zijn als je een basiskennis hebt van hoe geluid werkt. Als u een van de volgende secties verwarrend vinden, voel je vrij om te verwijzen naar dit bericht dat ik schreef op audio basics.
voordat ik begin met het bespreken van de verschillen tussen digitale en analoge audiosystemen, denk ik dat het belangrijk is om te vermelden dat alle digitale audiosystemen enige analoge audiotechnologie bevatten. Microfoons zijn analoge audioapparaten die akoestische energie omzetten in een analoog elektrisch signaal. Voorversterkers, eindversterkers en luidsprekers zijn ook allemaal analoge apparaten. De primaire focus van deze sectie zal zijn om de belangrijkste verschillen in analoge en digitale opnametechnologie te benadrukken.
analoge Audio
Tape
magneetband is de beste analoge audiomethode voor opnemen en afspelen. Tape machines werken op het volgende principe: wanneer een elektrische stroom wordt verzonden door een draad, een magnetisch veld vormt rond de draad, en vice versa.
om audio op te nemen stuurt een Bandmachine elektrische audiosignalen door een opgerolde draad om een magneet heen die dicht bij magneetband wordt gehouden. Deze draadspoel rond de magneet wordt de recordkop genoemd. Als de tape door het magnetische veld gaat dat door de recordkop wordt gecreëerd, worden de deeltjes langs de tape magnetisch geladen. Het patroon van de magnetische ladingen langs de tape lijkt op het audiosignaal dat door de spoel van draad wordt verzonden. De amplitude van het audiosignaal correleert met de grootte van de magnetische ladingen die op de band worden gecreëerd.
om de audio af te spelen, wordt het proces omgekeerd. De gemagnetiseerde tape creëert een elektrische stroom op de speelkop, die wordt aangesloten op een versterker die via luidsprekers moet worden afgespeeld.
Er zijn verschillende soorten tape en tape machines die de kwaliteit van de opgenomen audio beïnvloeden. De twee belangrijkste variabelen zijn bandsnelheid en bandbreedte.
bandsnelheid
De snelheid waarmee de band de recordkop passeert, beïnvloedt de kwaliteit van de opname. Een snellere bandsnelheid produceert een opname met een grotere frequentierespons, minder gesis en kortere uitval. De snelheid van de Bandmachine wordt gemeten in inches per seconde (ips). Veel voorkomende tape machine snelheden zijn 7 – ½ ips, 15 ips, en 30 ips. De standaard voor professionele opname is 15 IP ‘ s.
bandbreedte
De breedte van de band beïnvloedt ook de kwaliteit van de opname. Bredere tape zorgt voor een opname van hogere kwaliteit. De bandbreedte kan echter worden gebruikt om meer tracks op te nemen in plaats van de geluidskwaliteit van een enkele track te verbeteren. Hierdoor kunnen verschillende bronnen onafhankelijk worden opgenomen en afgespeeld.
vinylplaten
vinylplaten zijn het standaard consumentenmedium voor analoge audio-opnamen. Ze zijn gemakkelijker te onderhouden, op te slaan en te distribueren. In vergelijking met tape zijn vinylplaten minder kwetsbaar voor de elementen. Terwijl tape kan worden vernietigd door magnetische blootstelling, vinylplaten zijn immuun voor magnetische velden omdat ze een andere manier van audio-opslag gebruiken. In plaats van magnetische lading slaan de getextureerde groeven op het oppervlak van vinylplaten de audio-informatie op.
als een vinylplaat met een bepaalde snelheid draait, reist een stylus door de groeven op het oppervlak. Als de stylus beweegt heen en weer met de groeven, het creëert een elektrische stroom in een draad die wordt aangesloten op een versterker te worden afgespeeld via luidsprekers. De amplitude van het audiosignaal is gecorreleerd met de intensiteit in de beweging van de stylus.
u kunt een animatie zien van hoe een vinylplaat werkt door Animagraffs. Animagraffs is een website die verbazingwekkende animaties van verschillende technologieën creëert.
vinylplaten worden alleen gebruikt voor het afspelen in de moderne wereld. Analoge opnames worden gemaakt met magneetband. De tapes worden gebruikt om afgietsels te maken om de informatie op vinylschijven te drukken.
Digitale Audio
PCM (Pulse Code Modulation)
PCM, of Pulse Code Modulation, is de standaardmethode voor het coderen van audiosignalen in binaire informatie. In analoge audio-opname, wordt een model van de geluidsgolven gemaakt met behulp van magnetische lading. Nochtans, creëert PCM een model van de geluidsgolven door een opeenvolging van numerieke waarden op te slaan die de amplitude op verschillende punten langs een golf vertegenwoordigen.
Deze Waarden worden weergegeven door groepen binaire bits, samples genaamd. Elk monster vertegenwoordigt een numerieke waarde binnen een vooraf bepaald bereik van mogelijke waarden. Dit proces heet kwantisatie, en wordt uitgevoerd door een analoog-naar-digitaal converter (A-naar-D converter).
tijdens het afspelen van een digitale opname worden de samples omgezet naar elektrische signalen en naar luidsprekers gestuurd. Dit proces wordt uitgevoerd door een digitaal naar Analoog converter (D-naar-A converter of DAC).
Hier is een vereenvoudigde illustratie van hoe audiogolven worden opgeslagen met behulp van digitale samples:
bitdiepte
elk monster vertegenwoordigt een waarde binnen een bereik van mogelijke waarden. Het bereik van mogelijke waarden wordt bepaald door de bitdiepte. Bitdiepte is de term die beschrijft hoeveel bits zijn opgenomen in elk monster.
elk bit kan twee mogelijke waarden vertegenwoordigen. Samples die meer bits gebruiken kunnen een groter bereik van waarden vertegenwoordigen, en kunnen daarom meer nauwkeurige informatie over de amplitude van een geluidsgolf opslaan. Elke keer dat een bit wordt toegevoegd, wordt het aantal mogelijke waarden verdubbeld. Terwijl één bit twee waarden kan vertegenwoordigen, kunnen twee bits vier waarden vertegenwoordigen, kunnen drie bits acht waarden vertegenwoordigen, enzovoort.
| 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 |
De standaard bitdiepte voor CD ‘ s is 16-bit, waardoor 64.536 mogelijke amplitudewaarden mogelijk zijn. De professionele standaard is een bitdiepte van 24-bit, waardoor 16.777.216 mogelijke amplitudewaarden mogelijk zijn! Echter, de meeste studio ‘ s opnemen en mixen met behulp van 32-bit floating point, die zal worden besproken in een ander bericht.
Sample Rate
De sample rate bepaalt hoeveel monsters per seconde van een geluidsgolf worden genomen. Sample rate wordt gemeten in Hertz (Hz). Opname met een hogere samplesnelheid maakt het mogelijk hogere frequenties te registreren.
De Stelling van Nyquist stelt dat digitale sampling slechts frequenties van minder dan de helft van de sampling rate getrouw kan weergeven. Dit betekent dat als je 20kHz wilt vastleggen, de hoogste frequentie die hoorbaar is voor mensen, je een samplesnelheid van meer dan 40kHz moet gebruiken.
daarom is 44,1 kHz de standaard sample rate voor CDs. Professionele audio Voor video maakt gebruik van een standaard van 48kHz. Veel opnames overtreffen deze normen, met sample rates van 96kHz en hoger!
hoewel het voordeel van hogere sample rates vaak wordt gezien als een uitbreiding van het geregistreerde frequentiebereik, is dit niet het belangrijkste voordeel. Ik zal niet te diep in het in deze post, maar het heeft meer te maken met het type van anti-aliasing filter dat kan worden gebruikt om te filteren op hogere frequenties met minder artefacten. De bandbreedte van een opname van 44,1 kHz en een opname van 96 kHz is uiteindelijk vrijwel gelijk.
digitale Audiogegevenscompressieformaten
de audiobestanden die door opnamestudio ‘ s worden geproduceerd, zijn zeer groot vanwege de hoeveelheid informatie die ze bevatten. Als een nummer van 3 minuten wordt opgenomen met een bitdiepte van 24-bit en een samplesnelheid van 96kHz, zal de bestandsgrootte ongeveer 52MB zijn. Dit bestand is te groot voor consumentenapplicaties, zoals streaming. Om deze reden worden datacompressieformaten gebruikt. Datacompressie is een methode om de grootte van een bestand te verkleinen. Er zijn twee hoofdcategorieën van data compressie formaten, lossy en lossless.
Datacompressieformaten met verlies (MP3 & Streaming)
Als informatie verloren gaat tijdens het comprimeren van gegevens, is het gebruikte compressieformaat verliesgevend. Helaas zijn de meest gebruikte datacompressieformaten in consumentenaudio ‘ s verlieslatend. Dit betekent dat, hoewel speciale algoritmen worden gebruikt om negatieve effecten te verminderen, gegevens verloren gaan tijdens het comprimeren van het bestand. Zodra gegevens verloren gaan, kan het nooit worden hersteld.
de meest voorkomende compressieformaten voor audiogegevens met verlies zijn MP3, AAC en Ogg Vorbis. Deze formaten worden gebruikt voor het opslaan van veel bestanden met beperkte ruimte op de harde schijf of het streamen van inhoud via internetverbindingen met beperkte bandbreedte.
de propriëtaire algoritmen achter deze formaten hebben tot doel de inhoud te prioriteren op basis van modellen van menselijke waarneming van geluid en de inhoud met lage prioriteit te vernietigen.
verliesloos Datacompressieformaat (FLAC & AIFF)
als er geen informatie verloren gaat tijdens het comprimeren van gegevens, is het gebruikte compressieformaat verliesloos. Sommige streamingdiensten, zoals Tidal, maken gebruik van lossless compressie. Met behulp van deze formaten, informatie kan worden gecodeerd in een kleiner bestand en later gedecodeerd, uiteindelijk het herstellen van de oorspronkelijke PCM informatie als een WAV-bestand. Hoewel deze formaten wat ruimte besparen in vergelijking met niet-gecomprimeerde bestanden, zijn ze nergens in de buurt van de efficiëntie van verlieslatende formaten.
belangrijke verschillen tussen analoge en digitale Audio: opnemen en afspelen
zoals u kunt zien, hebben analoge en digitale audio – opnametechnologieën een gemeenschappelijk doel: het creëren van een model van akoestische golfvormen die zo nauwkeurig mogelijk kunnen worden afgespeeld. Elke technologie bereikt dit doel heel goed. De geluidskwaliteit bereikt met behulp van de ene methode is niet noodzakelijk beter dan de andere, gewoon anders. De unieke kwaliteiten van elke methode zullen in deze sectie worden onderzocht.
Frequentiebereik (bandbreedte)
zoals hierboven vermeld, is het frequentiebereik van een digitaal signaal beperkt tot frequenties onder de Nyquist-frequentie. In theorie is de bovengrens van analoge opnamemedia veel groter dan het menselijke gehoorbereik.
dit verschil is niet zo significant als je zou denken. Allereerst, elk voordeel van een uitgebreide bandbreedte dan een digitale opname op 44.1 kHz sample rate zou buiten het bereik van de menselijke waarneming-om nog maar te zwijgen van de uitgebreide frequentiebereiken mogelijk gemaakt door hogere sample rates.
ten tweede, de meeste audio-apparatuur (microfoons, luidsprekers, enz.) heeft ingebouwde band beperkende filters. Dit zijn effectief laagdoorlaatfilters die voorkomen dat frequenties buiten het menselijke gehoorbereik worden opgevangen of gereproduceerd. Er is dus een technisch verschil in het frequentiebereik tussen analoge en digitale audio, maar geen praktisch verschil.
in feite is het primaire voordeel van hogere sample rates in digitale audio niet echt een groter frequentiebereik voor de luisteraar, maar de mogelijkheid om verschillende anti-aliasing filters te gebruiken. Dit vergroot niet effectief het frequentiebereik, maar vermindert in plaats daarvan de artefacten veroorzaakt door bemonstering. Ik zal dieper ingaan op dit concept in een later bericht.
Noise Floor
het grootste nadeel van analoge audio-opnametechnologie is dat deze een aanzienlijk hogere noise floor heeft in vergelijking met digitale technologie.
zelfs de meest hoogwaardige analoge tape bevat magnetische ruis. Dit is de oorzaak van Siss in analoge opnames. De theoretische ruisvloer van een 24-bit digitale opname is – 144dB-effectief oneindig.
onthoud dat de geluidsvloer van een systeem slechts zo laag is als de gecombineerde geluidsvloer van alle componenten. Dit betekent dat zelfs digitale systemen luidruchtig zullen zijn als de signaalketen luidruchtige elektronische elementen bevat.
kwetsbaarheid & levensduur
niet alleen bevatten analoge media, zoals tape en vinyl, inherente ruis, maar ze zijn ook zeer kwetsbaar voor degradatie in de tijd. Digitale media, zoals harde schijven en CD ‘ s, zijn veel veerkrachtiger.
alle fysieke media, zowel analoog als digitaal, degraderen in de loop van de tijd. De eerste keer dat een opname wordt afgespeeld is de beste die opname ooit zal klinken. Luister naar oude vinylplaten, en dat wordt duidelijk.
Analoge tape moet onder zeer specifieke omstandigheden worden bewaard om kwaliteitsverlies in de loop van de tijd te voorkomen. Vinylplaten worden elke keer beschadigd als ze worden afgespeeld. Digitale media kunnen ook beschadigd raken, maar de degradatie is veel gemakkelijker te voorkomen.
een digitale opname is een reeks getallen die oneindig vaak met perfecte precisie kunnen worden gereproduceerd, terwijl elke reproductie van analoge audio bijdraagt aan de totale ruis van de opname. Als u bijvoorbeeld een bandopname overbrengt naar een andere rol tape, hebt u de ruis van de eerste rol naar de tweede rol opgenomen.
portabiliteit en reproduceerbaarheid
ten slotte zijn digitale audiomedia veel draagbaarder en reproduceerbaar dan analoge media. Niet alleen zijn harde schijven en flash-opslag veel kleiner en lichter dan rollen van tape en vinyl platen, maar de digitale informatie opgeslagen op hen kan worden verzonden over de planeet in seconden met behulp van het Internet. De reproductie van digitale informatie heeft vrijwel geen kosten in vergelijking met de reproductie van analoge media.
In deze sectie, in plaats van opnamesystemen, zal ik de verschillen tussen analoge en digitale audioversterking en distributiesystemen benadrukken. Dit zijn de systemen die worden gebruikt in public address en live concert toepassingen.
analoge Audio
analoge audiosystemen voor geluidsversterking en-distributie vereisen geen opnametechnologie.
een akoestisch signaal wordt met behulp van een microfoon in elektriciteit omgezet. Het elektrische audiosignaal wordt verzonden naar een microfoon voorversterker, vervolgens naar analoge audio-effecten en mixers, en ten slotte naar een versterker. Het versterkte audiosignaal wordt door een luidspreker weer omgezet in akoestische energie.
van het begin tot het einde van een analoge signaalketen heeft het audiosignaal de vorm van akoestische of elektrische energie. Het is niet nodig om het signaal op te slaan. Alles gebeurt in real time met de snelheid van elektriciteit in een draad: ongeveer 75% De snelheid van het licht.
Digitale Audio
Digitale audiosystemen voor geluidsversterking en-distributie vereisen opnametechnologie.
het elektrische audiosignaal wordt omgezet of gekwantiseerd in PCM (Pulse Code Modulation). Elke keer dat een signaal wordt omgezet van analoog-naar-digitaal of digitaal-naar-analoog, vindt deze kwantisatie plaats. Dat betekent dat elk signaal dat wordt verzonden naar en van een digitaal effect met behulp van analoge kabels wordt omgezet in PCM in de eenheid, verwerkt, en vervolgens omgezet terug naar elektrische energie. Alle digitale audioprocessors, mixers en versterkers maken korte opnames om audiosignalen te verwerken.
belangrijke verschillen tussen analoge en digitale Audio: versterking en distributie
latentie
hoewel de snelheid waarmee deze digitale kwantizaties worden verwerkt extreem snel is, zijn ze nog steeds veel langzamer dan elektriciteit die door een draad beweegt. Dit kenmerk van digitale audiosystemen heeft het negatieve effect van het toevoegen van latentie aan het signaal. Latentie is de vertraging van een signaal veroorzaakt door verwerking.
alle digitale audiosystemen voegen latentie toe aan de signaalketen. Echter, de effecten van latency zijn drastisch verminderd als de technologie blijft verbeteren. Een van de belangrijkste nadelen aan het toevoegen van latency aan een systeem is het risico van destructieve fase interferentie. Als een signaal twee paden neemt, waarbij elk een andere latentie toevoegt aan het signaal, zullen de signalen uit fase zijn, en kunnen kamfiltering of echo veroorzaken. Latency kan ook zorgen voor een onnatuurlijke monitoring ervaring voor muzikanten en ander talent. Als een signaal wordt vertraagd, kan de persoon die een instrument spreekt of bespelt in de war zijn omdat hij zichzelf in de gaten houdt in een koptelefoon. Om deze reden is het meestal het beste om direct te controleren via een analoge signaalketen als het digitale systeem te veel latentie toevoegt aan een signaal.
portabiliteit
het belangrijkste nadeel van analoge systemen is hun gewicht en grootte. Moderne digitale audio mixers bevatten in hen equalizers, compressoren, poorten en andere effecten voor elk kanaal. Analoge systemen met dezelfde verwerkingsmogelijkheden zouden verschillende rekken en duizenden kilo ‘ s aan apparatuur vereisen.
Het is veel eenvoudiger om digitale effecten direct te configureren binnen een digitale console, zonder de noodzaak om analoge kabels toe te voegen voor patching. Als een mix engineer halverwege de show een ander effect wil proberen, moet hij met een digitaal systeem gewoon op een paar knoppen drukken. Deze verandering kan het opnieuw koppelen van een analoog systeem vereisen.
terwijl analoge apparatuur de zware elektrische componenten bevat waaruit equalizers, compressoren en reverb-effecten bestaan, bieden digitale signaalverwerkingschips vergelijkbare gereedschappen aan voor een fractie van de ruimte en het gewicht.
Noise Floor
naarmate u meer en meer analoge effecten aan elkaar koppelt, wordt de elektronische ruis van elk apparaat samengeteld. Het gebruik van meer digitale effecten voegt geen ruis toe aan het signaal omdat het signaal nooit de digitale signaalprocessor verlaat. Alleen de inherente ruis van een enkel apparaat is aanwezig, in plaats van de inherente ruis van veel apparaten.
het debat gaat verder
de waarheid is dat zowel analoge als digitale audiosystemen waarde hebben in de moderne wereld. Het debat over wat beter en wat slechter is zal nooit eindigen, omdat er geen duidelijk antwoord is.
Er zijn een miljoen toepassingen voor audio-technologie, en elke toepassing vraagt om een unieke set van apparatuur. Als een audio-ingenieur, muzikant of luisteraar, moeten we elk beslissen over een set van audio-apparatuur die tegemoetkomt aan de behoeften van elke unieke situatie.