От чего зависит качество компьютерного звука

Обновлено: 25.01.2025

Под обработкой звука следует понимать различные преобразования звуковой информации с целью изменения каких-то характеристик звучания. К обработке звука относятся способы создания различных звуковых эффектов, фильтрация, а также методы очистки звука от нежелательных шумов, изменения тембра и т.д. Все это огромное множество преобразований сводится, в конечном счете, к следующим основным типам:

1. Амплитудные преобразования. Выполняются над амплитудой сигнала и приводят к ее усилению/ослаблению или изменению по какому-либо закону на определенных участках сигнала.

2. Частотные преобразования. Выполняются над частотными составляющими звука: сигнал представляется в виде спектра частот через определенные промежутки времени, производится обработка необходимых частотных составляющих, например, фильтрация, и обратное «сворачивание» сигнала из спектра в волну.

3. Фазовые преобразования. Сдвиг фазы сигнала тем или иным способом; например, такие преобразования стерео сигнала, позволяют реализовать эффект вращения или «объёмности» звука.

4. Временные преобразования. Реализуются путем наложения, растягивания/сжатия сигналов; позволяют создать, например, эффекты эха или хора, а также повлиять на пространственные характеристики звука.

Практическую обработку сигналов можно разделить на два типа: обработка «на лету» и пост-обработка. Обработка «на лету» подразумевает мгновенное преобразование сигнала (то есть с возможностью осуществлять вывод обработанного сигнала почти одновременно с его вводом). Простой пример – гитарные «примочки» или реверберация во время живого исполнения на сцене. Такая обработка происходит мгновенно, то есть, скажем, исполнитель поет в микрофон, а эффект-процессор преобразует его голос и слушатель слышит уже обработанный вариант голоса. Пост-обработка – это обработка уже записанного сигнала. Скорость такой обработки может быть сильно ниже скорости воспроизведения. Такая обработка преследует те же цели, то есть придание звуку определенного характера, либо изменение характеристик, однако применяется на стадии мастеринга или подготовки звука к тиражированию, когда не требуется спешка, а важнее качество и скрупулезная проработка всех нюансов звучания. Существует множество различных операций над звуком, которые вследствие недостаточной производительности сегодняшних процессоров нельзя реализовать «на лету», поэтому такие преобразования проводят лишь в пост-режиме .

Аналоговый и дискретный способы представления звука

Информация, в том числе графическая и звуковая, может быть представлена в аналоговой или дискретной форме.

При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно.

При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно.

Примером аналогового хранения звуковой информации является виниловая пластинка (звуковая дорожка изменяет свою форму непрерывно), а дискретного — аудиокомпакт-диск (звуковая дорожка которого содержит участки с различной отражающей способностью).

Восприятие звука человеком

Звуковые волны улавливаются слуховым органом и вызывают в нем раздражение, которое передается по нервной системе в головной мозг, создавая ощущение звука.

Колебания барабанной перепонки в свою очередь передаются во внутреннее ухо и раздражают слуховой нерв. Так образом человек воспринимает звук.

В аналоговой форме звук представляет собой волну, которая характеризуется:

Высота звука определяется частотой колебаний вибрирующего тела.
Г ромкость звука определяется энергией колебательных движений, то есть амплитудой колебаний.
Длительность звука - продолжительность колебаний.
Тембром звука называется окраска звука.

Герц (Гц или Hz) — единица измерения частоты колебаний. 1 Гц= 1/с

Человеческое ухо может воспринимать звук с частотой от 20 колебаний в секунду (20 Герц, низкий звук) до 20 000 колебаний в секунду (20 КГц, высокий звук).

Кодирование звуковой информации

Для того чтобы комп ьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).

В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его временная дискретизация. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды.

Таким образом, при двоичном кодировании непрерывного звукового сигнала он заменяется последовательностью дискретных уровней сигнала.

Качество кодирования звуковой информации зависит от :

1)частотой дискретизации, т.е. количества измерений уровня сигнала в единицу времени. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее процедура двоичного кодирования.

2)глубиной кодирования, т.е. количества уровней сигнала.

Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука. Количество различных уровней сигнала (состояний при данном кодировании) можно рассчитать по формуле: N = 2 i = 2 16 = 65536, где i — глубина звука.

Таким образом, современные звуковые карты могут обеспечить кодирование 65536 уровней сигнала. Каждому значению амплитуды звукового сигнала присваивается 16-битный код.

Количество измерений в секунду может лежать в диапазоне от 8000 до 48 000, то есть частота дискретизации аналогового звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 кГц. При частоте 8 кГц качество дискретизированного звукового сигнала соответствует качеству радиотрансляции, а при частоте 48 кГц — качеству звучания аудио-С D . Следует также учитывать, что возможны как моно-, так и стерео-режимы.

РСМ. РСМ расшифровывается как pulse code modulation, что и является в переводе как импульсно-кодовая. Файлы именно с таким расширением встречаются довольно редко. Но РСМ является основополагающей для всех звуковых файлов.

WAV. Самое простое хранилище дискретных данных. Один из типов файлов семейства RIFF. Помимо обычных дискретных значений, битности, количества каналов и значений уровней громкости, в wav может быть указано еще множество параметров, о которых Вы, скорее всего, и не подозревали - это: метки позиций для синхронизации, общее количество дискретных значений, порядок воспроизведения различных частей звукового файла, а также есть место для того, чтобы Вы смогли разместить там текстовую информацию.

RIFF. Resource Interchange File Format. Уникальная система хранения любых структурированных данных.

IFF. Эта технология хранения данных проистекает от Amiga-систем. Interchange File Format. Почти то же, что и RIFF, только имеются некоторые нюансы. Начнем с того, что система Amiga - одна из первых, в которой стали задумываться о программно-сэмплернойэмуляции музыкальных инструментов. В результате, в данном файле звук делится на две части: то, что должно звучать вначале и элемент того, что идет за началом. В результате, звучит начало один раз, за тем повторяется второй кусок столько раз, сколько Вам нужно и нота может звучать бесконечно долго.

MOD. Файл хранит в себе короткий образец звука, который потом можно использовать в качестве шаблона для инструмента.

AIF или AIFF. Audio Interchange File Format. Данный формат распространен в системах Apple Macintosh и Silicon Graphics. Заключает в себе сочетание MOD и WAV.

МР3. Самый скандальный формат за последнее время. Многие для объяснения параметров сжатия, которые в нем применяют, сравнивают его с jpeg для изображений. Там очень много наворотов в вычислениях, чего и не перечислишь, но коэффициент сжатия в 10-12 раз сказали о себе сами. Специалисты говорят о контурности звука как о самом большом недостатке данного формата. Действительно, если сравнивать музыку с изображением, то смысл остался, а мелкие нюансы ушли. Качество МР3 до сих пор вызывает много споров, но для "обычных немузыкальных" людей потери не ощутимы явно.

VQF. Хорошая альтернатива МР3, разве что менее распространенная. Есть и свои недостатки. Закодировать файл в VQF - процесс гораздо более долгий. К тому же, очень мало бесплатных программ, позволяющих работать с данным форматом файлов, что, собственно, и сказалось на его распространении.

RA. Real Audio или потоковая передача аудиоданных. Довольно распространенная система передачи звука в реальном времени через Интернет. Скорость передачи порядка 1 Кб в секунду. Полученный звук обладает следующими параметрами: 8 или 16 бит и 8 или 11 кГц.

С учётом специфики отечественного рынка и приоритетов его покупателей под словом «компьютер» будет подразумеваться машина архитектуры X86 (привычный ПК), работающая под управлением операционной системы Windows XP.

Структура аудиотракта ПК

По своей внутренней структуре персональный компьютер (ПК) во многом схож со стационарным аудиооборудованием, однако ПК – модульная конструкция, что позволяет нам гибко варьировать конфигурацию в рамках одного устройства (системного блока). В этом заключается одно из главных преимуществ компьютерных систем перед готовыми аудиокомпонентами: вместо того чтобы покупать новый аппарат, можно поменять один или несколько узлов, что обойдётся значительно дешевле.

В большинстве случаев схема формирования звука посредством ПК выглядит следующим образом: цифровой аудиопоток с какого-либо носителя (CD, DVD), жёсткого диска или через локальную сеть попадает в компьютер. Точнее – в его системную (или, как её ещё называют, материнскую) плату, на которой установлены центральный процессор, оперативная память, чипсеты, контроллеры и прочее. Благодаря взаимодействию звуковой подсистемы и программного обеспечения с основной частью, костяком, компьютера звуковой поток проходит обработку или же подаётся как есть в звуковую подсистему, где преобразуется в аналоговую форму и выводится на активные колонки, наушники или иное оборудование.

Звук на ПК: структура аудиотракта. Упрощённая схема

Основная часть компьютера по большому счёту остаётся неизменной (смена процессора или системной платы прямого влияния на качество звука не оказывает, точнее – не должна оказывать, хотя и тут есть свои подводные камни, о которых мы поговорим ниже). Соответственно, возможные направления для улучшения качества звука – подбор соответствующей звуковой карты и акустических систем. Не считая акустической обработки помещения и правильного размещения как слушателей, так и громкоговорителей в комнате (в случае использования наушников пункты про акустику помещения можно исключить).

Звуковые карты

Как подобрать звуковую карту? Первым делом стоит определиться – для каких целей приобретается этот компонент ПК и надо ли его вообще покупать. Ведь если ваша цель – слушать фоновую музыку через недорогие пластиковые колоночки, то смысла в покупке отдельной аудиокарты нет никакого – хватит и звукового чипа, встроенного в системную плату компьютера или ноутбука. Да, качество звука не будет высоким, но на дешёвой акустике эти изъяны едва ли проявят себя, поскольку звук в целом будет задушен искажениями из-за некачественных динамиков, корпусными резонансами и усилителя таких колонок. Во всех остальных случаях реализация качественного аудиотракта на ПК невозможна без хорошей звуковой подсистемы, которую пользователь приобретает в соответствии с собственными предпочтениями.

Основные «тематические» направления, по которым подразделяются аудиокарты, – «для компьютерных игр», «для работы со звуком» (они же для прослушивания музыки) и «универсальные». Рассматривать последние особого смысла нет, так как принципиально разные требования в подавляющем большинстве случаев не позволяют в должной мере реализовать и игровые, и, так сказать, музыкальные способности в рамках одного устройства. Ведь для корректной реализации объёмного звука в играх требуется производительный DSP (сигнальный процессор), выполняющий сложную обработку звука. Часто сигнал проходит довольно длинный путь, прежде чем добраться до цифро-аналоговых конвертеров, которые в «игровых» картах обычно являются второстепенным звеном: «мощный» процессор, поддержка многоканального звука, обильные коммутационные возможности и множество программных фишек привлекательнее для рядового покупателя, чем какой-то непонятный ЦАП. Тем не менее существуют ли универсальные карты, которые не только полностью удовлетворяют потребности геймера, но и могут служить достойной платформой для построения музыкальной системы? Да. Как нетрудно догадаться, речь идёт о семействе X-Fi компании Creative. На сегодняшний день это самые прогрессивные звуковые карты – как по наворотам и вычислительной мощности, так и по качеству звука. Разумеется, среди «домашних» моделей. Нельзя сказать, что X-Fi – панацея, но более интересных с точки зрения универсальности предложений на рынке пока нет.

Звук на ПК: звуковые карты Creative серии X-Fi

Но за удовольствие приходится платить: базовая модель с поддержкой восьмиканального звука (актуально для игр и домашнего кинотеатра) стоит примерно полторы сотни долларов, а варианты с блоком для отсека 5,25”, на котором расположены входы/выходы, а также усилитель для наушников, стоят более $200. Наконец, флагманская модель X-Fi Elite Pro, сочетающая «игровые» возможности и высококлассные ЦАП, оснащённая к тому же удобным внешним блоком, стоит более $300.

Если же речь идёт о качественном воспроизведении звука (например, когда компьютер используется как источник в стационарной аудиосистеме), то имеет смысл обратить внимание на карты класса professional. В отличие от мультимедийных, «игровых», эти модели устроены гораздо проще: как правило, в них нет мощных DSP для формирования эффектов, нет поддержки многоканальности, необходимой геймерам и любителям домашнего кинотеатра. И вообще – минимум «лишнего». Акцент делается исключительно на качество аудиотракта в режиме стерео. Это подразумевает не только применение более высококлассных ЦАП, но и более эффективную фильтрацию питающего напряжения для предотвращения проникновения помех, а также более корректную обработку аудиопотоков для максимальной точности их вывода. Также в «профессиональных» картах обычно присутствует возможность вывода и ввода сигнала по балансной схеме, существенно уменьшающей наводки при использовании кабелей большой длины и/или в местах с большим количеством различного оборудования. Карты названы «профессиональными» потому, что изначально область их применения – домашняя студия: звукозапись, работа с виртуальными инструментами/синтезаторами, секвенсорами и так далее. Так что ещё одно отличие «профессиональных» карт от мультимедийных – поддержка стандартов ASIO2, GSIF и прочих, которая обеспечивает минимальные задержки при обработке сигнала, что особенно важно в домашней студии. С точки зрения прослушивания музыки этот параметр значения не имеет.

Ценовой диапазон специализированных карт для работы со звуком (они же – для прослушивания музыки) – от 150 до нескольких тысяч долларов. Совсем уж дорогие модели, как правило, обладают особым функциональным оснащением, поэтому «для дома» не слишком привлекательны: зачем переплачивать? Наиболее рациональным по соотношению цены и качества звука является класс устройств стоимостью от $150 до 400. Тут правят бал две компании: E-Mu (подразделение Creative) и ESI, бывшая EgoSys. Первая смогла завоевать популярность благодаря серии карт, из которых наибольшего внимания заслуживают модели 1616M и 1212M.

E-Mu 1616M PCI представляет собой внутреннюю PCI-карту и внешний коммутационный блок, содержащий также микрофонный предусилитель и актуальный для меломанов усилитель для наушников, причём вполне приличного качества. Модель превосходно звучит, поэтому её вполне уместно сравнивать с блочными (Hi-Fi) источниками звука категории «более $1000».

Звук на ПК: звуковая карта E-Mu 1616M с внешним коммутационным блоком

E-Mu 1212M примечательна тем, что при цене менее $200 обладает великолепными конвертерами, каких нет у конкурентов. По сути, это та же 1616M, только без внешнего блока. С точки зрения меломана, такой вариант даже предпочтительнее, поскольку на сэкономленные деньги (порядка $200) можно купить компактный микшерный пульт. Чем пульт лучше выносного блока? По качеству микрофонных предусилителей – даже хуже. Но если рассматривать систему только как музыкальную, компактный пультик обеспечит не только выход на наушники с отдельным регулятором (какой есть и в блоке 1616M PCI), но также предоставит удобную регулировку уровня громкости основного выхода, что актуально при использовании активных колонок. Ведь, как известно, аппаратная регулировка громкости не только удобнее (всегда под рукой, не надо открывать окна на экране, водить мышкой), она не снижает качество звука, в отличие от большинства программных регуляторов.

Звук на ПК: звуковая карта E-Mu 1212M

Из продукции компании ESI стоит отметить прежде всего знаменитую карту Juli@, которая по характеристикам своего аудиотракта хоть и уступает E-Mu 1212M (отличия на уровне нюансов), однако обладает более удобным управлением, да и цена её на четверть ниже. Cама по себе Juli@, как и E-Mu 1212M, имеет лишь линейные выходы/входы (не считая цифровых), поэтому для подключения наушников к ней также придётся докупать небольшой микшерный пульт.

Звук на ПК: звуковая карта ESI Juli@. Общий вид

Одна из уникальных особенностей ESI Juli@ – конструкция-трансформер: по-разному соединяя две половинки карты, можно получить либо выходы TRS (балансные), либо привычные «бытовые» RCA.

Звук на ПК: трансформация ESI Juli@. Разъёмы TRS или RCA на одной карте

Вторая интересная карта ESI – Maya44. Она сделана «по мотивам» Juli@ и очень похожа на неё внешне. В Maya44 нет трансформируемой конструкции, используются немного более простые конвертеры. Зато тут имеется встроенный усилитель для наушников. Пусть подключать наушники будет не слишком удобно, пусть регулировка уровня – только программная, зато микшерный пульт докупать вовсе не обязательно. А сама карта стоит в районе $100. Очень удачный бюджетный, но отнюдь не плохо звучащий вариант.

Звук на ПК: звуковая карта ESI Maya44. Удачный и недорогой вариант «всё в одном», правда, не без компромиссов

Озвучиваем ноутбук

Не редко случается так, что единственный компьютер в доме – ноутбук, при этом его владелец хочет получить максимально качественное звучание музыкальной коллекции, которая хранится на жёстком диске аппарата. Многие также хотели бы, работая в офисе, наслаждаться любимой музыкой в наушниках, получив при этом качество звука на уровне стационарной аппаратуры или «профессиональных» звуковых карт для стационарных компьютеров. Выход простой – покупка внешней звуковой карты. Большинство из них подключаются к ноутбуку через USB, хотя немало также моделей с FW-интерфейсом и PCMCIA. Достойных моделей немало. На этом рынке успешно работают такие производители, как E-Mu, Terratec, M-Audio, Echo, Audiotrak и другие. Подавляющее большинство моделей оснащены не только всеми необходимыми входами/выходами, но и усилителем для наушников. Цена вопроса – от $150 до 400 (более дорогие карты не имеет смысла приобретать, так как увеличение стоимости связано в основном с расширением количества входов, нужных для работы в домашней студии). Хитом последних месяцев можно назвать карту 0404USB производства всё той же E-Mu. Конечно, она не во всём идеальна (самое главное неудобство – невозможность запитываться от шины USB, карта работает только с адаптером питания от сети 220 В), однако по качеству звука она «делает» многих конкурентов в своей категории. Хотя, разумеется, свет клином на 0404USB не сошёлся – достойных вариантов немало.

Звук на ПК: внешняя звуковая карта E-Mu 0404USB. Наиболее «музыкальная» среди аналогов в данной ценовой группе

Микшерный пульт

Наверняка при прочтении статьи многие задались вопросом – о каких микшерных пультах идёт речь, если говорить о них как о добавке к PCI-карте компьютера?

Требований к такому устройству не много: хорошие характеристики аудиотракта (минимум шумов и искажений, минимальное взаимопроникновение каналов), нужные вам входы/выходы и хороший усилитель для наушников. Этим требованиям вполне отвечают большинство компактных аналоговых моделей от именитых производителей: Samson (серия MDR), Mackie, Yamaha (серия MG), Soundcraft (серия Compact), Behringer (серии Xenyx). Продукцию последнего бренда стоит иметь в виду как бюджетный вариант. Средняя стоимость компактного микшерного пульта составляет $90-200.

Часто задаваемые вопросы

Насколько балансное подключение эффективнее небалансного?

Если речь идёт о хороших * кабелях длиной 1-3 метра, то тип подключения особого значения не имеет. Если же в комнате много техники или необходимо проложить кабельную трассу длиной более 3 метров, то предпочтительно балансное подключение, поскольку оно лучше защищает сигнал от внешних наводок. Подробности – в следующей статье.

* Для коммутации стоит применять качественные «инструментальные» или «микрофонные» кабели известных брендов. Цена таких проводников - $1-2 за метр. В профессиональной среде такая цена провода считается нормальной, в отличие от аудиофильской среды, где кабель дешевле $300 считается «проводом для настольной лампы». Подробнее – в следующей статье.

Что выбрать – внешнюю карту или внутреннюю?

Внутренние решения имеют более привлекательное соотношение цены и качества. Говоря другими словами, при одинаковой стоимости внутренняя карта всегда будет звучать лучше, а при одинаковом звучании внешняя будет всегда дороже. К тому же внешняя карта обеспечивает бОльшие задержки сигнала при работе с профессиональными звуковыми программами.

Говорят, внутри ПК много электромагнитных помех и внешняя карта будет звучать лучше вне этого сгустка наводок. Правда ли это?

Так могут рассуждать люди, совершенно не владеющие информацией. Качественные внутренние звуковые карты безо всякой дополнительной экранировки могут выдавать феноменально малые искажения (десятитысячные доли процента) и шумов. Множество записей сделано именно при помощи внутренних карт. Причём это относится даже к серьёзным студиям. Что реально может подпортить звук – так это плохая экранировка цепей питания карты (обычно встречается у недорогих мультимедийных моделей), некорректная разводка дорожек на материнской плате или «грязный» ток от некачественного блока питания. Такие помехи могут проявляться не явно (вроде бы меньше ясности на высоких частотах, чем должно быть) или явно (в колонках или наушниках слышны потрескивания при движении мышки или во время перемещения головок жёсткого диска). Решить проблему обычно удаётся путём перестановки карты в другой слот, заменой блока питания или материнской платы. Проверить систему на наличие паразитных наводок можно, например, программой RMAA, которая выдаст на графике нехарактерные для карты помехи. Также желательно обеспечить для «музыкального» компьютера корректное заземление и «посадить» его на отдельную фазу в электрощите. Но будьте осторожны! Соблюдайте меры предосторожности и не проводите никаких работ, если не имеете соответствующей квалификации.

Одной из основных задач информатики является представление данных в виде удобном для хранения и передачи. Эти данные могут быть разного типа – звуковые, текстовые, графические и т.д. В этой статье мы расскажем про кодирование звуковой информации. Из этой статьи Вы узнаете основные принципы и определения. Также после прочтения сможете посчитать объем аудио файла. Читайте!

Основные определения

Для того чтобы разобраться в теме надо знать, что представляет собой звуковая информация (звук).

Звук – это непрерывная аналоговая волна, которая распространяется в окружающей среде. В роли среды может выступать воздух, жидкость, твердое тело, электричество и т.д.

Звук, как непрерывную волну, характеризуют две характеристики – частота и амплитуда.

От амплитуды зависит громкость аудио сигнала . Чем выше амплитуда, тем громкость больше.

Частота же характеризует тональность аудиоинформации . Чем больше частота, тем тональность выше. Человеческий слух улавливает волны от 20 Гц до 20 кГц. 1 Гц равен 1 колебанию аудио сигнала в секунду.

Представление и кодирование звуковой информации в компьютере

Для представления и кодирования звука используются специальное оборудование и программы. Рассмотрим весь процесс более подробно.

Аудиоинформация, поступая из окружающей среды (например, по воздуху), преобразуется в электрический сигнал. Для этого используется такое устройство, как микрофон.
После этого звук поступает на АЦП (аналого-цифровой преобразователь), где подвергается оцифровке.
На последнем этапе информация (уже в двоичном виде) кодируется при помощи специальной программы – аудиокодека. На выходе получается файл в специальном формате (например, mp3), который можно хранить, воспроизводить и передавать.

Наибольший интерес представляет процесс оцифровки, также называемым аналого-цифровым преобразованием. В результате него аналоговый сигнал заменяется на цифровой.

Основной принцип аналогово-цифрового преобразования заключается в том, что через равные промежутки времени измеряется амплитуда волны. Также этот процесс называется дискретизация.

Дискретизация – это процесс в результате, которого непрерывная функция представляется в виде дискретной последовательности её значений. Схематично дискретизацию можно представить так:

Дискретизация характеризуется двумя такими величинами, как:

Частота шага по времени;
Шаг квантования.

Первая величина отображает, как часто берутся дискреты и измеряется в Герцах (количество измерений за одну секунду). Частота шага по времени находится по теореме Котельникова.

Шаг квантования характеризуется количеством уровней , до которых округляются величины амплитуды волны.

Количество уровней (ступенек) до которых округляются значения сигнала, зависит от аналого-цифрового преобразователя. На данный момент используются 16, 32 и 64 битные устройства.

Количество бит, затрачиваемое для номеров уровней, называется глубиной кодирования звуковой информации.

Глубина кодирования связано с количеством уровней по формуле:

Где i разрядность АЦП в битах.

Чем чаще берутся дискреты за единицу времени и больше глубина кодирования, тем выше качество звуковых данных на выходе и дороже АЦП.

Расчет объема аудио файла

\[V = 60*1*8000*8=3840000 \ бит \]

Форматы аудио

Форматов для хранения аудио много, однако, все они делятся на две большие группы в зависимости от того, какой из методов сжатия используется – LOSELESS или LOSSY.

LOSELESS – метод сжатия без потерь. Качество звуковой информации остается без изменений, однако за него приходится платить большим объемом компьютерной памяти. Используется для хранения музыки и других данных, где важно качество. Форматы, которые основаны на данном методе сжатия: FLAC, APE, TAC, ALAC и другие. На данный момент зарабатывают все большую популярность в связи с увеличением дискового пространства.
LOSSY – сжатие с потерями. При таком методе файл сохраняются с искажениями относительно оригинала. В основном эти искажения не воспринимаются человеческим слухом, а также не замечаются при плохом аудио оборудовании. LOSSY позволяет существенно сэкономить дисковое пространство. На данный момент этот метод сжатия является доминирующим.

Форматы кодирования использующие алгоритмы LOSSY:

MP3 (MPEG-1,2,2.5) – самый популярный аудио формат. Проигрывается на всех аудио и видео системах, по умолчанию поддерживается всеми операционными системами. Искажения заметны на высокоточной дорогостоящей аппаратуре.
AAC – формат, который разрабатывался и позиционировался, как приемник mp3. Не получил широкого распространения. Преимущества перед mp3: большая гибкость кодирования, возможность использовать до 48 звуковых каналов.
HE-AAC (High-Efficiency Advanced Audio Coding) – используется в цифровом радио и телевиденье.

Заключение

Аудиоконтент стал более доступным, чем когда-либо. Вы можете мгновенно воспроизвести любую песню с мобильного гаджета, и в связи с этим вдвойне удивительно, что физические аудионосители не повторили судьбу видеокассет. Но что же такого особенного в этих архаичных виниловых дисках, обладающих столь неповторимым очарованием?

Диаграмма с результатами продаж музыки демонстрирует, что винил в последние годы рос, в то время как продажи компакт-дисков падали. По данным RIAA, продажи пластинок в 2020 году увеличились почти на 30%! Таким образом, винил может быть и аутсайдер по сравнению со стримингом, однако он опередил CD.

Является ли возрождение винила проявлением наивной потребительской ностальгии или же в его звучании действительно есть волшебные нотки? Что ж, для начала затронем базовые вопросы.

Как работают проигрыватели винила и цифровые аудиоплееры?

Независимо от того, каким будет в итоге аудионоситель, первым делом необходимо сделать саму запись. Звуковые сигналы записывают с помощью микрофонов или непосредственно с электронных музыкальных инструментов, после чего они микшируются (сводятся) и подвергаются мастерингу (подробнее об этом процессе чуть позже).

Для изготовления виниловой пластинки готовая аудиозапись передаётся на рекордер, который нарезает дорожки на специальном лаковом диске. Звуковые волны диктуют форму канавок, которые собственно и нарезает станок. Затем этот лакированный диск покрывается металлом для создания металлического слепка («мастера»), который далее используется для создания «штампа» (негативной версии «мастера»). Штамп устанавливается в гидравлический пресс и оставляет оттиск на виниловой заготовке, в результате чего и получаются привычные нам пластинки.

Во время воспроизведения пластинки игла (стилус) проигрывателя следует за дорожкой записи и генерирует сигнал с помощью крошечного электромагнитного устройства, называемого картриджем. Он может быть выполнен по технологии подвижного магнита (Moving Magnet, ММ), либо подвижной катушки (Moving Coil, MC). После прохождения через фонокорректор и усилитель, генерируемый электрический ток приводит в движение динамики, которые воспроизводят записанный звук.

У винила есть ряд физических ограничений. Если частота записанного звука низкая, а амплитуда (громкость) слишком высокая, игла склонна выскакивать из дорожки, что провоцирует пропуски воспроизведения. Учитывая данный факт, звукоинженеры применяют специальные техники микширования перед записью музыки на пластинки — с целью предотвратить пропуски и ошибки трекинга. Одно из распространённых решений — панорамирование баса в центре стереомикса.

В случае с высокими частотами всё также непросто: в вытравленной на пластинке дорожке имеется несметное множество микроскопических изгибов — таким образом, игла должна следовать очень небольшим перепадам, которые не всегда возможно передать точно. В результате, может появиться неприятный шипящий призвук при воспроизведении сибилянтов и других высокочастотных звуков.

А теперь сравним это с цифровыми форматами, где записанные аудиосигналы передаются через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) в компьютер и хранятся в виде последовательности единиц и нулей. Разрешение преобразования зависит от частоты дискретизации и битности. Например, аудиозапись на CD имеет частоту дискретизации 44,1 кГц. Это означает, что звук дискретизируется 44100 раз в секунду, и на каждую выборку записывается 16 бит данных. Воспроизведение в таком случае включает в себя считывание закодированных в цифровом виде данных и их обработку в цифро-аналоговом преобразователе (ЦАП), с последующей передачей усиленного сигнала на наушники или колонки.

Теперь, когда у нас есть базовое понимание того, как работают оба формата, сравним их и попробуем определить победителя.

Чем отличается качество звучания винила и «цифры»?

Для начала, определим основные понятия: под «винилом» подразумеваем новую, хорошо записанную пластинку, воспроизводимую с использованием лучшего доступного оборудования. Когда же мы говорим «цифровой», подразумеваем компакт-диск или 16 бит/44.1 кГц файл без потерь (lossless), также воспроизводимый с использованием лучшего доступного оборудования. Очевидно, что существуют и более продвинутые форматы цифрового аудио, однако файлы 16/44.1 более широко используются для тиражирования в коммерческих целях. Будем держать в уме, что увеличение частоты дискретизации или битовой глубины дополнительно улучшит характеристики цифрового звука.

Частотная характеристика и искажения

Виниловые пластинки способны охватить весь частотный диапазон человеческого слуха и даже больше: значения простираются примерно от 7 Гц до 50 кГц, в зависимости от используемого оборудования и применяемых фильтров низких частот. Вместе с тем, не всё так однозначно, ведь характеристики могут варьироваться даже у одной и той же пластинки: по мере того как игла проигрывателя перемещается от наружного края к центру записи и условная окружность становится меньше, улавливать и воспроизводить тончайшие высокочастотные детали становится всё сложнее.

Условная точка, в которой «тёплые и ламповые» искажения становятся раздражающими, отличается для разных слушателей. В случае с винилом суммарные гармонические искажения (THD) могут варьироваться от 0,4 % до 3%. При этом у ЦАП эти значения обычно не превышают 0,001%. При воспроизведении записей на плохо настроенном виниловом проигрывателе внутренние дорожки будут производить наиболее выраженные искажения.

Динамический диапазон

Цифровые файлы (16/44100) обеспечивают более 90 дБ разницы между самыми громкими и самыми тихими звуками, по сравнению с динамическим диапазоном винила, который составляет порядка 70 дБ. Таким образом, динамический диапазон цифровых файлов значительно выше, чем у записей на виниле.

Разделение каналов

Разделение между левым и правым каналами у виниловых пластинок составляет порядка 30 дБ, а у цифровых файлов этот показатель превышает 90 дБ. Таким образом, теоретическая способность винила формировать звуковую сцену ограничена по сравнению с его цифровыми собратьями.

Механический шум и поверхностный шум

Проигрыватели винила генерируют низкочастотный шум, называемый «рокотом», зачастую исходящий от подшипников в приводном механизме. Даже в случае с высококлассными вертушками, рокот может быть вызван деформированными пластинками, и это становится серьезной проблемой при воспроизведении записей на аудиосистемах с хорошими низкочастотными характеристиками. И даже когда рокот незаметен на слух, он может провоцировать интермодуляционные искажения, взаимодействуя с другими звуковыми частотами.

Вдобавок, частицы пыли, попадающие на пластинку, могут вызвать посторонние звуки при воспроизведении. Причём со временем игла может вдавливать пыль в винил, а значит, треск и хлопки вполне могут укорениться в пластинке. Цифровые файлы и компакт-диски лишены этих проблем, поскольку они считываются световыми лучами и подвергаются коррекции ошибок.

Неравномерность скорости

Проигрыватель может вносить небольшие изменения в скорость воспроизведения, известные как детонация («wow and flutter»). У хорошего проигрывателя винила отклонение скорости составляет менее 0,05%. Однако стоит учитывать, что неравномерность может присутствовать и в исходной записи — вследствие несовершенства аналоговых студийных устройств. Поскольку в цифровых системах используется прецизионная синхронизация времени и буферы данных, такие записи не подвержены детонации.

Таким образом, хороший проигрыватель винила может обеспечить очень достойные характеристики, но, при сравнении с базовыми параметрами компакт-диска, разница очевидна: цифровой формат более точен и стабилен.

Что же такого особенного в аналоговом звуке?

У винила имеются некоторые недостатки, связанные с техническими характеристиками, однако далёкие от идеала параметры совершенно не означают, что формат уже отжил своё: некоторым слушателям очень даже нравится несовершенный звук. Цифровое аудио, напротив, порой критиковали за «холодность» и отсутствие «тепла» аналоговых систем. Правда, такое мышление не слишком хорошо согласуется с тем, как нынче создаётся музыка.

В наши дни записи редко производятся с использованием только аналогового оборудования. К примеру, альбом может быть записан на магнитную ленту, а затем загружен в цифровой аудиоредактор (DAW) для последующего микширования и мастеринга. Другой релиз может быть полностью записан и смикширован в цифровом виде, после чего мастеринг осуществляется с использованием аналогового оборудования.

Как мастеринг влияет на звучание записей

Хоть у него и нет измеримых преимуществ в качестве звука, у винила есть некоторые ощутимые на слух достоинства — в случае, если исходный материал подвергся хорошему мастерингу. Мастеринг — это процесс, с помощью которого готовится финальный микс для записи на звуковой носитель. Он позволяет достичь на альбоме согласованности уровней, сформировать общий характер звучания и необходимые промежутки между треками.

«Война громкостей» и качество звука

В последние несколько десятилетий, в связи с преодолением ограничений, характерных для аналоговых носителей и распространением оцифрованной музыки, композиции становились всё более громкими. Заметный сдвиг произошел в середине 90-х годов, когда артисты и лейблы стремились к тому, чтобы их треки выделялись, основываясь на простой идее «громче — значит лучше». На практике это было достигнуто за счет чрезмерного использования компрессии (сжатия динамического диапазона) и лимитеров на этапе мастеринга. Таким образом, амплитуда звуковых волн уменьшается, тихие отрезки песни становятся громче, снижается динамический диапазон композиции. Средний уровень аудиосигнала повышается, при пиковых значениях около 0 dBFS — максимальном уровне для цифровых носителей.

В результате, подавляющее большинство коммерческих музыкальных релизов оказались втянутыми в беспощадную «войну громкостей», чтобы оставаться конкурентоспособными и привлекательными для слушателей. Широкое использование компрессии и лимитеров привело к заметной потере деталей и нюансов в аудиозаписях, что спровоцировало волну критики со стороны видных звукоинженеров. Некоторые аудиофилы предпочитают винил именно по этой причине: процесс мастеринга для пластинок, как правило, невосприимчив к эффектам и последствиям «войны громкостей», а значит, правильная динамика остаётся практически нетронутой.

Имеет ли смысл сравнивать аналог и цифру?

Сам по себе формат не гарантирует качества: вы можете слушать самую искусно записанную виниловую пластинку в мире, однако это не играет особой роли, если вы воспроизводите её через портативный проигрыватель со встроенными динамиками. Аналогичным образом, у вас может быть доступ к первоклассным несжатым аудиофайлам, однако это не имеет большого смысла, если вы слушаете их через динамики ноутбука или Bluetooth соединение.

Люди любят винил за уникальный опыт; многим просто нравится стирать пыль с пластинки, ставить её на проигрыватель и опускать иглу, вместо того, чтобы скроллить и нажимать на экран. К тому же, человек с большей вероятностью будет вовлечён в процесс прослушивания, что способствует восприятию альбома как цельного произведения. Вдобавок, пластинки — это просто хороший предмет для коллекционирования, даже если они просто стоят на полке.

Но самое главное — это поддержка ваших любимых артистов. Независимо от того, предпочитаете ли вы слушать компакт-диски, MP3, FLAC, винил или аудиокассеты, в идеале всё сводится к осознанию того, что ваши с трудом заработанные деньги способствуют созданию отличного контента. Несмотря на то, что цифровые файлы по измеримым параметрам явно превосходят пластинки, многим нравятся особенности винила, и это вполне объяснимо. Современные реалии таковы, что аналоговый звук больше ценится за его несовершенство, чем за точность.

Качественное воспроизведение музыки Hi-Fi и High-End-устройствами способно покорить как искушенных аудиофилов, так и обычных слушателей. Но прежде чем покупать технику, нужно разобраться, какой звук нравится конкретно вам. Универсального звучания, подходящего для любого жанра и ценителя музыки, не существует. Однако есть общие критерии, которые определяют, от чего зависит качество звука, и позволяют вывести его на нужный уровень. Собрать стереосистему в домашних условиях несложно, но чтобы результат точно оправдал ожидания, можно придерживаться упрощенных рекомендаций, обычно сопровождаемых термином «акустика для чайников». Они помогут избежать лишних затрат на дорогостоящую аппаратуру, правильно подобрать компоненты системы и убедиться в их совместимости.

От чего зависит качество звука

В подавляющем большинстве современных устройств для воспроизведения аудиоконтента используются цифровые технологии. Список параметров, от которых зависит качество цифрового звука, включает множество пунктов. Ниже мы отметили наиболее важные из них.

Аудиоформат. Это своего рода форма, в которой представлен звуковой файл.
Проигрыватель, который вы планируете использовать для прослушивания музыки.
ЦАП – устройство для преобразования цифрового сигнала в аналоговый.
Усилитель звукового сигнала.
Акустическая система, или колонки.
Кабели, используемые для соединения элементов системы между собой.
Качество электропитания.

Немного теории

Чтобы строить домашнюю аудиосистему более осознанно, нужно иметь базовое представление о природе аналогового и цифрового звука. Наиболее наглядное представление о разнице между этими сигналами дает их графическое изображение. График аналоговой звуковой волны представляет собой плавную линию, похожую на синусоиду. Цифровой сигнал выглядит на изображении как ступенчатая линия. Для оцифровки аналогового (или непрерывного) звука используется АЦП – аналого-цифровой преобразователь. Процесс преобразования состоит из трех этапов. На первом исходный непрерывный сигнал становится дискретным, когда плавная линия на графике делится на точки, между которыми есть некоторый интервал. Чем меньше этот интервал, тем больше частота дискретизации, а значит – точнее повторяется исходный сигнал. На втором этапе происходит квантование полученного дискретного сигнала (присвоение каждому отрезку цифрового значения), на третьем – оцифровка (кодирование в виде последовательности 0 и 1).

Формат

Все аудиоформаты делятся на три типа.

Без сжатия. Сюда входят WAV, AIFF, CDDA и другие. Аудиотреки, записанные в этих форматах, отличаются безупречным качеством и звучанием, максимально приближенным к оригинальному. Их недостаток – большой вес: минута записи может занимать до 10 Мб.

Со сжатием без потерь (lossless). В этой категории находятся форматы FLAC, ALAC, APE. Звук в этом случае записан с сохранением качества и занимает меньше места, чем в формате без сжатия. Такие файлы гораздо удобнее хранить, например, на персональном компьютере.

Сжатие с потерями (lossy). Это форматы MP3, AAC, Ogg Vorbis, когда для уменьшения объема данных вырезают часть информации, например, о частотах, которые лежат за пределами человеческого восприятия (средний человек слышит звуки в диапазоне 20-22 000 Гц).

Проигрыватель

Сегодня рынок предлагает широкий выбор проигрывателей цифровых аудиотреков. Важно четко представлять, как вы будете слушать музыку и собирать фонотеку: на плеере, компьютере, с помощью наушников или каким-либо другим способом. Т. е. что для вас наиболее удобно и приемлемо по цене. По мнению большинства экспертов, любой, даже очень качественный цифровой плеер, уступает по насыщенности передаваемого звука виниловым проигрывателям и даже катушечным магнитофонам. И тем не менее среди цифровой техники вполне можно подобрать устройство с более чем приличным звучанием. Это могут быть проигрыватель CD-дисков (такой, например, как Harman Kardon HD 990/230), домашний компьютер или портативный аудиоплеер. Использование компьютера или ноутбука в домашней стереосистеме привлекает компактностью и экономичностью. Внешний же модуль интересен тем, что исключает влияние каких-либо компьютерных помех на качество звука.

Преобразователь сигнала

Для преобразования цифрового сигнала в аналоговый потребуется ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь. Устройство может быть встроенным в проигрыватель или представлять собой отдельный модуль. Встроенный, как правило, проигрывает по техническим характеристикам модульному. Внешний ЦАП предусматривает отдельный блок питания, интегрированный – питается от общего с проигрывателем источника. Как следствие – помехи, возникающие в проигрывающем устройстве, могут влиять на вмонтированный преобразователь. Отдельный модуль от этих рисков избавлен. Наиболее целесообразным бывает применение внешнего ЦАП при прослушивании контента, записанного в lossless-форматах. Такие записи распространяются преимущественно через интернет, и, если компьютер оснащен звуковой картой низкого класса, звучание будет посредственным. Чтобы добиться хорошего звука, к S/PDIF-выходу компьютера подключают модульный ЦАП, частота дискретизации и разрядность которого не меньше, чем у прослушиваемого трека, и равны соответственно минимум 96 кГц и 24 бита.

Усилитель

Если вы определились с форматом и типом проигрывателя, приобрели хороший ЦАП, самое время переходить к выбору усилителя – устройства, главной функцией которого является повышение уровня поступающих на него аналоговых звуковых сигналов. Усилители бывают ламповые и транзисторные. Первые дают более мягкий, переливчатый звук, вторые – более резкий и детализированный. Какой вариант подойдет именно вам, лучше определить, оценив звучание каждого из них. Как среди ламповых, так и среди транзисторных усилителей есть модели с обратной связью и без нее. Функция обратной связи сводится к исправлению искажений, вносимых в звуковой сигнал самим усилителем. При этом устранение таких искажений ведет к потере части динамического диапазона звука.

Колонки

Практика показывает, что правильно подобранные акустические системы даже в комплекте со среднего уровня усилителем могут обеспечить вполне убедительный звук. Нередко колонки становятся самым дорогостоящим компонентом стереосистемы, но эти расходы чаще всего оправданы. На рынке сегодня предлагаются акустические системы в корпусе из пластика, МДФ, ДСП, натурального дерева, оргстекла, металла и даже мрамора и гранита. По габаритам колонки делятся на полочные и напольные, конструктивно – на широкополосные и многополосные. Качество звучания домашней стереосистемы во многом зависит от мощности колонок. Этот показатель определяет, как долго акустическая система сможет звучать на максимальной громкости без искажений и хрипов. Чтобы не навредить оборудованию, нужно убедиться в том, что мощность динамиков не превышает аналогичный параметр усилителя.

Кабели

Выстраивая аудиосистему, пользователь неизбежно сталкивается с проблемой выбора кабелей для соединения комплектующих, а также для подключения внешних устройств, например, микрофона. На качество получаемого звука влияет прежде всего длина используемых проводов. Рекомендуется придерживаться правила: чем короче кабель, тем лучше звучание. Все провода системы принято делить на межблочные и акустические. Первые необходимы для соединения отдельных блоков между собой, например, усилителя и ЦАП. Вторые – для подключения колонок. В зависимости от материала изготовления кабели делятся на типы:

OFC – выполненные методом протяжки из бескислородной меди;
OCC – изготовленные с помощью расплава из монокристаллической меди;
композитные, проводник которых состоит из нескольких материалов.

Питание

Разбираясь в том, от каких характеристик зависит качество звучания стереосистемы, нельзя обойти стороной тему электропитания. Влияние сетевого шнура на качество цифрового звука часто недооценивается. В том, что питающий кабель действительно играет определенную роль в формировании звука, легко убедиться опытным путем. Для этого нужно попробовать разные типы проводов и оценить разницу звучания при подключении каждого из них. Помимо этого, каждый элемент системы лучше подключать отдельным кабелем и, если есть возможность, напрямую к распределительному щитку на входе в квартиру. Таким образом минимизируется влияние сетевых помех на качество звукового сигнала. Все используемые розетки должны обеспечивать надежную фиксацию штепселя. Оптимальным будет включение в систему сетевого фильтра, который стабилизирует параметры питания, а кроме того защитит аппаратуру от пиковых значений напряжения.

Читайте также: