den analoga vs digitala ljuddebatten är mycket polariserande. Jag har märkt att de flesta försvarar den ena eller den andra sidan, vilket ger lite utrymme för nyans. Sanningen är att både analogt och digitalt ljud har nackdelar och fördelar. Jag hoppas kunna ge en objektiv förklaring av skillnaderna i det här inlägget.

skillnaden mellan analogt och digitalt ljud finns i hur ljudinformation lagras. Ljudvågor är en serie vibrationer genom ett medium. Analog ljudinspelningsteknik lagrar denna information genom att skapa en serie magnetiska laddningar längs en rulle magnetband. Digital ljudteknik lagrar ljudinformation som en serie numeriska värden på en hårddisk.

i det här inlägget kommer du att lära dig fördelarna och nackdelarna med varje inspelningsmetod tillsammans med skillnaden mellan analog och digital ljudteknik för live-ljudapplikationer.

skillnaden mellan analogt och digitalt ljud finns i hur ljudinformation lagras. Analog ljudinspelningsteknik lagrar denna information genom att skapa en serie magnetiska laddningar längs en rulle magnetband. Digital ljudteknik lagrar ljudinformation som en serie numeriska värden på en hårddisk.

informationen i det här inlägget skrevs för att vara så lätt att förstå som möjligt. Vissa begrepp i den här artikeln kommer att vara mer vettiga om du har en grundläggande förståelse för hur ljud fungerar. Om du hittar något av följande avsnitt förvirrande, gärna hänvisa till det här inlägget jag skrev på audio basics.

innan jag börjar diskutera skillnaderna mellan digitala och analoga ljudsystem tycker jag att det är viktigt att nämna att alla digitala ljudsystem innehåller viss analog ljudteknik. Mikrofoner är analoga ljudenheter som omvandlar akustisk energi till en analog elektrisk signal. Förförstärkare, effektförstärkare och högtalare är alla analoga enheter också. Det primära fokuset i detta avsnitt kommer att vara att lyfta fram de viktigaste skillnaderna i analog och digital inspelningsteknik.

analogt ljud

tejp

magnetband är den bästa analoga ljudmetoden för inspelning och uppspelning. Bandmaskiner arbetar enligt följande princip: när en elektrisk ström skickas genom en tråd bildas ett magnetfält runt tråden och vice versa.

för att spela in ljud skickar en bandmaskin elektriska ljudsignaler genom en lindad tråd som omger en magnet som hålls i närheten av magnetbandet. Denna trådspole som omger magneten kallas skivhuvudet. När tejpen passerar genom magnetfältet som skapas av skivhuvudet laddas partiklarna längs tejpen magnetiskt. Mönstret av de magnetiska laddningarna längs bandet liknar ljudsignalen som skickas genom trådspolen. Amplituden hos ljudsignalen korrelerar med storleken på de magnetiska laddningarna som skapas på bandet.

för att spela upp ljudet är processen omvänd. Den magnetiserade tejpen skapar en elektrisk ström på spelhuvudet, som ansluts till en förstärkare som ska spelas genom högtalare.

det finns olika typer av band och bandmaskiner som påverkar kvaliteten på det inspelade ljudet. De två huvudvariablerna är bandhastighet och bandbredd.

bandhastighet

den hastighet med vilken bandet passerar skivhuvudet påverkar inspelningens kvalitet. En snabbare bandhastighet ger en inspelning med större frekvenssvar, mindre väsande och kortare bortfall. Bandmaskinens hastighet mäts i tum per sekund (ips). Vanliga bandmaskinhastigheter är 7-IPS, 15 ips och 30 ips. Standarden för professionell inspelning är 15 ips.

bandbredd

bandets bredd påverkar också inspelningens kvalitet. Bredare band möjliggör en inspelning av högre kvalitet. Bandbredden kan dock användas för att spela in fler spår snarare än att förbättra ljudkvaliteten på ett enda spår. Detta gör att flera källor kan spelas in och spelas upp oberoende.

Vinyl

vinylskivor är standardkonsumentmediet för analoga ljudinspelningar. De är lättare att underhålla, lagra och distribuera. Jämfört med tejp är vinylskivor mindre sårbara för elementen. Medan tejp kan förstöras genom magnetisk exponering, vinylskivor är immuna mot magnetfält eftersom de använder ett annat sätt för ljudlagring. I stället för magnetisk laddning lagrar de texturerade spåren på ytan av vinylskivor ljudinformationen.

När en vinylskiva snurrar med en viss hastighet färdas en penna genom spåren på dess yta. När pennan rör sig fram och tillbaka med spåren skapar den en elektrisk ström i en tråd som ansluts till en förstärkare som ska spelas genom högtalare. Amplituden hos ljudsignalen är korrelerad med intensiteten i stylusens rörelse.

Du kan se en animering av hur en vinylskiva fungerar av Animagraffs. Animagraffs är en webbplats som skapar fantastiska animationer av olika tekniker.

vinylskivor används endast för uppspelning i den moderna världen. Analoga inspelningar görs med magnetband. Banden används för att skapa gjutningar för att trycka på informationen till vinylskivor.

digitalt ljud

PCM (Pulse Code Modulation)

PCM, eller Pulse Code Modulation, är standardmetoden för kodning av ljudsignaler till binär information. I analog ljudinspelning skapas en modell av ljudvågorna med magnetisk laddning. PCM skapar emellertid en modell av ljudvågorna genom att lagra en sekvens av numeriska värden som representerar amplituden vid olika punkter längs en våg.

dessa värden representeras av grupper av binära bitar, kallade prover. Varje prov representerar ett numeriskt värde inom ett förutbestämt intervall av möjliga värden. Denna process kallas kvantisering och utförs av en analog-till-digital-omvandlare (A-till-D-omvandlare).

under uppspelning av en digital inspelning konverteras proverna tillbaka till elektriska signaler och skickas till högtalare. Denna process utförs av en digital till analog omvandlare (d-till-A-omvandlare eller DAC).

här är en förenklad illustration av hur ljudvågor lagras med hjälp av digitala prover:

bitdjup

varje prov representerar ett värde inom ett intervall av möjliga värden. Intervallet av möjliga värden bestäms av bitdjupet. Bitdjup är termen som beskriver hur många bitar som ingår i varje prov.

varje bit kan representera två möjliga värden. Prover som använder fler bitar kan representera ett större värdeområde och kan därför lagra mer exakt information om amplituden hos en ljudvåg. Varje gång en bit läggs till fördubblas antalet möjliga värden. Medan en bit kan representera två värden kan två bitar representera fyra värden, tre bitar kan representera åtta värden och så vidare.

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

standardbitdjupet för CD-skivor är 16-bitars, vilket möjliggör 64 536 möjliga amplitudvärden. Den professionella standarden är lite djup på 24-bitars, vilket möjliggör 16,777,216 möjliga amplitudvärden! Men de flesta studior spelar in och mixar med 32-bitars flytpunkt, som kommer att diskuteras i ett annat inlägg.

samplingsfrekvens

samplingsfrekvensen bestämmer hur många samplingar som tas av en ljudvåg per sekund. Samplingsfrekvensen mäts i Hertz (Hz). Inspelning med högre samplingsfrekvens gör att högre frekvenser kan spelas in.

Nyquist-satsen säger att digital sampling endast troget kan representera frekvenser mindre än hälften av samplingsfrekvensen. Det betyder att om du vill fånga 20kHz, den högsta frekvensen som hörs för människor, måste du använda en samplingsfrekvens som är större än 40KHz.

av denna anledning är 44,1 kHz standardprovfrekvensen för CD-skivor. Professionellt ljud för video använder en standard på 48kHz. Många inspelningar överstiger kraftigt dessa standarder, med samplingsfrekvenser på 96 kHz och därefter!

medan fördelen med högre samplingsfrekvenser ofta förstås vara en förlängning av inspelat frekvensområde, är detta inte den största fördelen. Jag kommer inte att bli för djupt in i det här inlägget, men det har mer att göra med typen av anti-aliasing-filter som kan användas för att filtrera bort högre frekvenser med färre artefakter. Den resulterande bandbredden för en 44,1 kHz-inspelning och en 96 kHz-inspelning är praktiskt taget densamma i slutet.

digitala ljuddata komprimeringsformat

ljudfilerna som produceras av inspelningsstudior är mycket stora på grund av mängden information de innehåller. Om en 3-minuters låt spelas in med ett bitdjup på 24-bitars och en samplingsfrekvens på 96kHz, kommer filstorleken att vara cirka 52 MB. Den här filen är för stor för konsumentapplikationer, till exempel streaming. Av denna anledning används datakomprimeringsformat. Datakomprimering är en metod för att minska storleken på en fil. Det finns två huvudkategorier av datakomprimeringsformat, lossy och lossless.

förstörande Datakomprimeringsformat (MP3 & Streaming)

om information går förlorad genom komprimeringsprocessen är komprimeringsformatet som används förstörande. Tyvärr är de mest använda datakomprimeringsformaten i konsumentljud förstörande. Detta innebär att även om speciella algoritmer används för att minska negativa effekter, förloras data under komprimeringsprocessen. När data går förlorade kan den aldrig återställas.

de vanligaste förstörande ljuddatakomprimeringsformaten är MP3, AAC och Ogg Vorbis. Dessa format används för att lagra många filer med begränsat hårddiskutrymme eller strömmande innehåll över Internetanslutningar med begränsad bandbredd.

de proprietära algoritmerna bakom dessa format syftar till att prioritera innehåll baserat på modeller för mänsklig uppfattning av ljud och förstöra innehållet med låg prioritet.

förlustfria Datakomprimeringsformat (FLAC & AIFF)

om ingen information går förlorad genom komprimeringsprocessen är komprimeringsformatet som används förlustfritt. Vissa streamingtjänster, som Tidal, använder förlustfri komprimering. Med hjälp av dessa format kan information kodas till en mindre fil och senare avkodas, vilket i slutändan återställer den ursprungliga PCM-informationen som en WAV-fil. Även om dessa format sparar lite utrymme jämfört med okomprimerade filer, är de ingenstans nära effektiviteten i förstörande format.

viktiga skillnader mellan analogt och digitalt ljud: inspelning och uppspelning

som du kan se delar analoga och digitala ljudinspelningstekniker ett gemensamt mål – att skapa en modell av akustiska vågformer som kan spelas upp så exakt som möjligt. Varje teknik uppnår detta mål ganska bra. Ljudkvaliteten som uppnås med en metod är inte nödvändigtvis bättre än den andra, bara annorlunda. De unika egenskaperna hos varje metod kommer att undersökas i detta avsnitt.

frekvensområde (bandbredd)

som nämnts ovan är frekvensområdet för en digital signal begränsad till frekvenser under Nyquist-frekvensen. I teorin är de övre gränserna för analoga inspelningsmedier mycket större än det mänskliga hörselområdet.

denna skillnad är inte så signifikant som du kanske tror. Först och främst någon fördel med en utökad bandbredd utöver en digital inspelning vid 44.1 kHz samplingsfrekvens skulle ligga utanför det mänskliga uppfattningsområdet – för att inte tala om de utökade frekvensområden som möjliggörs av högre samplingsfrekvenser.

För det andra, de flesta ljudutrustning (mikrofoner, högtalare, etc.) har inbyggda bandbegränsande filter. Dessa är effektivt lågpassfilter som förhindrar fångst eller reproduktion av frekvenser utanför det mänskliga hörselområdet. Således finns det en teknisk skillnad i frekvensområdet mellan analogt och digitalt ljud, men inte en praktisk skillnad.

faktum är att den främsta fördelen med högre samplingsfrekvenser i digitalt ljud inte är ett större frekvensområde för lyssnaren, men möjligheten att använda olika anti-aliasing-filter. Detta förlänger inte effektivt frekvensområdet utan minskar istället artefakterna som orsakas av provtagning. Jag kommer att gå djupare in i detta koncept i ett senare inlägg.

Brusgolv

den största nackdelen med analog ljudinspelningsteknik är att den har ett betydligt högre brusgolv jämfört med digital teknik.

även den mest högkvalitativa analoga tejpen innehåller magnetiskt brus. Detta är orsaken till hiss i analoga inspelningar. Det teoretiska brusgolvet i en 24-bitars digital inspelning är-144db-effektivt oändligt.

Kom ihåg att brusgolvet i något system bara är så lågt som det kombinerade brusgolvet i alla dess komponenter. Det betyder att även digitala system kommer att vara bullriga om signalkedjan innehåller bullriga elektroniska element.

sårbarhet & livslängd

inte bara innehåller analoga medier, som tejp och vinyl, inneboende brus, men de är också extremt sårbara för nedbrytning över tiden. Digitala medier, som hårddiskar och CD-skivor, är mycket mer motståndskraftiga.

alla fysiska medier, både analoga och digitala, försämras med tiden. Första gången en inspelning spelas upp är det bästa som inspelningen någonsin kommer att låta. Lyssna på gamla vinylskivor, och det blir uppenbart.

Analog tejp måste bevaras under mycket specifika förhållanden för att förhindra kvalitetsförlust över tiden. Vinylskivor skadas varje gång de spelas. Digitala medier kan också skadas, men nedbrytningen är mycket lättare att förhindra.

en digital inspelning är en serie siffror som kan reproduceras oändliga tider med perfekt precision, medan varje reproduktion av analogt ljud ökar inspelningens totala brus. Om du till exempel överför en bandinspelning till en annan bandrulle har du spelat in bruset från den första rullen till den andra rullen.

portabilitet och reproducerbarhet

slutligen är digitala ljudmedier drastiskt mer bärbara och reproducerbara än analoga medier. Inte bara är hårddiskar och flashlagring mycket mindre och lättare än rullar av tejp och vinylskivor, men den digitala informationen som sparas på dem kan skickas över planeten på några sekunder via Internet. Reproduktionen av digital information kommer praktiskt taget utan kostnad jämfört med reproduktion av analoga medier.

i det här avsnittet, snarare än inspelningssystem, kommer jag att lyfta fram skillnaderna mellan analoga och digitala ljudförstärknings-och distributionssystem. Dessa är de system som används i offentliga adress-och livekonsertapplikationer.

analogt ljud

analoga ljudsystem för ljudförstärkning och distribution kräver ingen inspelningsteknik.

en akustisk signal omvandlas till el med hjälp av en mikrofon. Den elektriska ljudsignalen skickas till en mikrofonförförstärkare, sedan till analoga ljudeffekter och mixers, och slutligen till en förstärkare. Den förstärkta ljudsignalen omvandlas tillbaka till akustisk energi av en högtalare.

från början till slutet av någon analog signalkedja är ljudsignalen antingen i form av akustisk eller elektrisk energi. Det finns inget behov av att lagra signalen. Allt händer i realtid med elhastigheten i en tråd: cirka 75% ljusets hastighet.

digitalt ljud

digitala ljudsystem för ljudförstärkning och distribution kräver inspelningsteknik.

den elektriska ljudsignalen omvandlas eller kvantiseras till PCM (Pulse Code Modulation). Varje gång en signal konverteras från analog-till-digital eller digital-till-analog sker denna kvantisering. Det betyder att varje signal som skickas till och från en digital effekt med analoga kablar omvandlas till PCM inuti enheten, bearbetas och omvandlas sedan tillbaka till elektrisk energi. Alla digitala ljudprocessorer, mixers och förstärkare skapar korta inspelningar för att bearbeta ljudsignaler.

viktiga skillnader mellan analogt och digitalt ljud: förstärkning och Distribution

Latency

även om hastigheten med vilken dessa digitala kvantiseringar bearbetas är extremt snabb, är de fortfarande mycket långsammare än el som rör sig genom en tråd. Denna egenskap hos digitala ljudsystem har den negativa effekten av att lägga latens till signalen. Latency är fördröjningen av en signal som orsakas av bearbetning.

alla digitala ljudsystem lägger till latens i signalkedjan. Effekterna av latens har dock minskat drastiskt när tekniken fortsätter att förbättras. En av de primära nackdelarna med att lägga latens till ett system är risken för destruktiv fasinterferens. Om en signal tar två vägar, var och en lägger till latens på signalen annorlunda, kommer signalerna att vara ur fas och kan orsaka kamfiltrering eller eko. Latency kan också ge en onaturlig övervakningsupplevelse för musiker och annan talang. Om en signal är försenad kan personen som talar eller spelar ett instrument förväxlas när de övervakar sig själva i hörlurar. Av denna anledning är det vanligtvis bäst att övervaka direkt via en analog signalkedja om det digitala systemet lägger till för mycket latens till en signal.

portabilitet

den primära nackdelen med analoga system är deras vikt och storlek. Moderna digitala ljudblandare innehåller i dem equalizers, kompressorer, grindar och andra effekter för varje kanal. Analoga system med samma bearbetningskapacitet skulle kräva flera rack och tusentals pund redskap.

det är mycket enklare att konfigurera digitala effekter i farten inom en digital konsol, utan att behöva lägga till analoga kablar för patchning. Om en mix ingenjör vill prova en annan effekt mid-show, de måste helt enkelt trycka på några knappar med ett digitalt system. Denna förändring kan kräva ompattering av ett analogt system.medan analog utrustning innehåller de tunga elektriska komponenterna som utgör equalizers, kompressorer och reverb effekter, erbjuder digitala signalbehandlingschips liknande verktyg till en bråkdel av utrymmet och vikten.

Brusgolv

När du kedjar ihop fler och fler analoga effekter summerar det elektroniska bruset från varje enhet tillsammans. Att använda fler digitala effekter ger inget ljud till signalen eftersom signalen aldrig lämnar den digitala signalprocessorn. Endast det inneboende bruset från en enda enhet är närvarande, snarare än det inneboende bruset från många enheter.

debatten fortsätter

Sanningen är att både analoga och digitala ljudsystem har värde i den moderna världen. Debatten om vilken som är bättre och vilken som är värre kommer aldrig att sluta, för det finns inget tydligt svar.

det finns en miljon applikationer för ljudteknik, och var och en kräver en unik uppsättning utrustning. Som ljudtekniker, musiker eller lyssnare måste vi alla besluta om en uppsättning ljudutrustning som tillgodoser behoven i varje unik situation.