Przewodnik: dźwięk cyfrowy od A do Z

Nie rozumiesz jakichś określeń w opisach sprzętu audio? Pomoże Ci ten przygotowany przez nas krótki przewodnik.

---

Podstawy: sposób rejestracji dźwięku cyfrowego

Rzeczywiste brzmienie podlega stale zmianom, dlatego nagrania cyfrowe stanowią tylko pewne przybliżenie pełnego spektrum dźwięków spotykanych w naturze. Jednak postępy w technice nagraniowej poszerzają nieustannie zakres i precyzję tego, co można zarejestrować cyfrowo.

Podczas cyfrowego nagrywania sygnału dźwiękowego pochodzącego ze źródła analogowego, np. koncertu na żywo lub utworów wykonywanych przez muzyków w studiu nagraniowym, dźwięk jest próbkowany w regularnych odstępach czasu. Amplituda dźwięku jest rejestrowana w formie określonej liczby, przez co cyfrowe nagranie analogowego sygnału dźwiękowego ma postać ciągu liczb.

Ilość źródłowego dźwięku analogowego utrwalanego w nagraniu cyfrowym zależy przede wszystkim od częstotliwości próbkowania (liczby próbek pobieranych w ciągu sekundy) i dokładności bitowej (ilości informacji w każdej próbce).

Zapisywanie i przechowywanie cyfrowych nagrań dźwiękowych

Po dokonaniu nagrania cyfrowego można je przechowywać w wielu różnych formatach. Każdy z nich cechuje się innym kompromisem między jakością dźwięku a rozmiarem wynikowego pliku cyfrowego, np. nagrania o najwyższej jakości nie sprawdzały się kiedyś ze względów praktycznych w małych, przenośnych odtwarzaczach muzycznych.

Jednak wraz ze zwiększaniem pojemności pamięci masowej w odtwarzaczach przenośnych, która sięga już wielu gigabajtów, dźwięk cyfrowy o bardzo wysokiej jakości staje się łatwo dostępny dla milionów użytkowników.

Alfabetyczny przewodnik po funkcjach dźwiękowych

5.1-kanałowy 7.1-kanałowy Analogowy Dokładność bitowa Kodek Kompresja Cyfrowy Dolby Digital Dolby True HD

DSD DSEE HX DTS Digital Surround DTS Master Audio DTS:X Hi-Res Audio LDAC LFE Bezstratny

Stratny LPCM S-Master HX SA-CD Częstotliwość próbkowania SBC Subwoofer Dźwięk przestrzenny Interpolacja

 

 

5.1-kanałowy
Sposób reprodukcji dźwięku przestrzennego, który służy zapewnieniu wrażeń jak w kinie. Wokół słuchacza rozmieszczonych jest pięć głośników, którym towarzyszy jeden subwoofer, przy czym do każdego głośnika dociera sygnał innego kanału dźwiękowego:

 

 

1. dwa kanały przednie,
2. jeden przedni kanał centralny,
3. dwa kanały „dźwięku przestrzennego”,
4. jeden kanał efektów o niskiej częstotliwości (LFE).

Subwoofer (czyli głośnik subniskotonowy), który odbiera sygnał kanału LFE, można ustawić w pokoju w dowolnym miejscu. Zapewnia to oszczędność miejsca w porównaniu z zestawami dźwięku przestrzennego pozbawionymi subwoofera: wszystkie sygnały niskich częstotliwości są kierowane do subwoofera, więc pozostałe głośniki mogą mieć mniejsze wymiary, gdyż nie odtwarzają zakresu basowego. Patrz również 7.1-kanałowy

7.1-kanałowy
7.1-kanałowy system dźwięku przestrzennego składa się z 7 głośników i subwoofera. Jest podobny do systemu 5.1-kanałowego, ale ma dwa dodatkowe „tylne kanały efektu przestrzennego”.

Analogowy
Zapis analogowy polega na rejestracji dźwięku źródłowego poprzez modyfikowanie stanu nośnika fizycznego, np. taśmy magnetycznej lub płyty winylowej. Metoda ta różni się od sposobu dokonywania nagrań cyfrowych.

Dokładność bitowa
Dokładność bitowa nagrania cyfrowego oznacza ilość informacji zapisywanych w każdej próbce sygnału analogowego. Standardowa dokładność bitowa nagrań na płytach CD audio wynosi 16 przy częstotliwości próbkowania ustalonej na 44,1 kHz. Oznacza to rejestrowanie w ciągu sekundy 44 100 próbek zawierających po 16 bitów informacji. Ogólnie im większa głębia bitowa, tym lepsza jakość dźwięku, ale też większy rozmiar pliku.

Dźwięk o wysokiej rozdzielczości cechuje się głębią bitową wynoszącą co najmniej 24 bity przy częstotliwości próbkowania co najmniej 96 kHz.

Kodek
Nagrywany cyfrowo dźwięk przechodzi przez koder-dekoder, czyli w skrócie kodek. Jest to składnik oprogramowania lub urządzenia, który przyjmuje analogowy sygnał dźwiękowy i „koduje” go w formacie cyfrowym możliwym do zapisania w postaci elektronicznej. Natomiast w przypadku odtwarzania kodek „dekoduje” plik cyfrowy umożliwiając reprodukcję dźwięku analogowego.

Każdy kodek dźwiękowy korzysta z innej metody kodowania sygnału analogowego, więc cechuje się własnym zestawem wad i zalet w odniesieniu do przechowywania i odtwarzania dźwięku.

Kompresja
Nagrywanie dźwięku cyfrowego może powodować powstawanie bardzo dużych plików. Rodzi to ograniczenia praktyczne: przykładowo w cyfrowym odtwarzaczu muzycznym mieściłoby się mało utworów. Z tego powodu w większości formatów plików dźwiękowych stosuje się jakiś rodzaj kompresji, która pomija część informacji o dźwięku w celu zmniejszenia rozmiaru pliku.

Sposób kompresji dźwięku i jego późniejszej dekompresji przy odtwarzaniu wpływa na ostateczną jakość brzmienia. Formaty plików, w których kompresja prowadzi do utraty części informacji, nazywa się stratnymi. Formaty plików, które zachowują wszystkie informacje o dźwięku lub umożliwiają ich rekonstrukcję podczas odtwarzania, nazywa się bezstratnymi.

Cyfrowy
W odróżnieniu od nagrań analogowych zapis cyfrowy powoduje zamianę dźwięku w ciąg liczb, który można przechowywać elektronicznie (np. na płycie CD czy dysku twardym), a następnie przekształcać ponownie w dźwięk podczas odtwarzania. Popularnym cyfrowym formatem plików jest MP3.

Dolby Digital
Standardowy stratny format audio używany na płytach DVD i jako podstawowy format na płytach Blu-ray. Mimo że jest formatem stratnym, zapewnia jakość wystarczającą do użycia w kinach. Ustępuje nieco formatowi DTS Digital Surround pod względem jakości dźwięku. Większa kompresja oznacza jednak mniejszy rozmiar plików i z tego powodu format Dolby Digital jest bardziej rozpowszechniony.

Dolby True HD
Bezstratny format kompresji dźwięku, podobny do DTS Master Audio. Oba są stosowane na płytach Blu-ray jako opcjonalne formaty dźwięku.

DSD (Direct Stream Digital)
Direct Stream Digital (DSD) to sposób zapisu cyfrowego z bardzo dużą częstotliwością próbkowania: większą niż w dźwięku Hi-Res Audio i 64–128 razy większą niż w dźwięku z płyt CD. Niektórzy inżynierowie dźwięku są zdania, że pliki cyfrowe zapisane tą metodą zapewniają brzmienie najbardziej zbliżone do źródłowego sygnału analogowego. Niektóre urządzenia firmy Sony do reprodukcji dźwięku o wysokiej rozdzielczości umożliwiają odtwarzanie formatu DSD.

DSEE HX
Digital Sound Enhancement Engine (DSEE) HX to unikatowa technologia interpolacji opracowana przez firmę Sony. Podczas odtwarzania cyfrowego dźwięku w formacie z kompresją algorytm DSEE HX na bieżąco przywraca utracone wysokie częstotliwości, zapewniając jakość zbliżoną do dźwięku o wysokiej rozdzielczości. Poprawa brzmienia dotyczy całego sygnału dźwiękowego odtwarzanego przez urządzenia wyposażone w technologię DSEE HX, dzięki czemu można poczuć się jak w studiu nagraniowym lub na sali koncertowej.

DTS Digital Surround
Standardowy stratny format audio używany na płytach DVD i jako podstawowy formach na płytach Blu-ray. Zapewnia lepszy dźwięk niż Dolby Digital, ale jest mniej rozpowszechniony ze względu na większy rozmiar zapisywanych plików.

DTS Master Audio
Bezstratny format kompresji dźwięku, podobny do Dolby True HD. Oba są stosowane na płytach Blu-ray jako opcjonalne formaty dźwięku.

DTS:X
DTS:X to format dźwięku przestrzennego pomyślany jako konkurencja dla formatu Dolby Atmos. Dzięki zastosowaniu kanałów wysokości zwiększa on intensywność przeżyć: widzowie mają wrażenie, że dźwięk otacza ich ze wszystkich stron i że są bliżej akcji.

Hi-Res Audio
Dźwiękiem o wysokiej rozdzielczości (Hi-Res Audio) określa się zazwyczaj nagrania cyfrowe o częstotliwości próbkowania od 96 kHz / 24 bity wzwyż. Takie parametry zapewniają znacznie lepszą jakość brzmienia niż uzyskiwana w przypadku płyt CD i plików MP3 — standardowa płyta audio CD cechuje się parametrami 44,1 kHz/16 bitów.

Obecność logo Hi-Res Audio na produkcie firmy Sony gwarantuje, że został on zaprojektowany z myślą o maksymalnym wykorzystaniu zalet dźwięku o wysokiej rozdzielczości. Wybrane przenośne odtwarzacze muzyczne, słuchawki, głośniki, kompletne zestawy kina domowego oraz inne produkty z oferty Sony pozwalają stworzyć pełny system Hi-Res Audio.

Więcej o dźwięku o wysokiej rozdzielczości

LDAC
LDAC to kodek audio firmy Sony, która zapewnia wysoką jakość dźwięku przesyłanego bezprzewodowo przez łącze Bluetooth.

Podczas przesyłania dźwięku przez Bluetooth stosowany jest zwykle standardowy kodek Bluetooth SBC, który może powodować utratę jakości. Kodek LDAC pozwala przesyłać 3-krotnie większą ilość danych niż SBC. Zachowuje wysoką jakość brzmienia przy korzystaniu z łącza Bluetooth i zwiększa komfort bezprzewodowego słuchania wszelkich rodzajów muzyki.

LFE
Kanał efektów o niskiej częstotliwości (ang. Low-Frequency Effects, LFE) to osobna ścieżka dźwiękowa zawierająca najniższe dźwięki z zakresu 3–120 Hz — na przykład dudniące efekty akustyczne z filmowych ścieżek dźwiękowych. W zestawie dźwięku przestrzennego sygnał tego kanału jest zwykle kierowany do subwoofera.

Bezstratny
Bezstratny format audio umożliwia zapis dźwięku cyfrowego w sposób zapewniający albo zachowanie całości oryginalnych informacji cyfrowych, albo ich pełną rekonstrukcję podczas odtwarzania. Do bezstratnych formatów audio należą:

1. DSD (DFF)
2. DSD (DSF)
3. WAV
4. AIFF
5. FLAC
6. ALAC
    

Stratny
W przypadku stratnego formatu audio część informacji z oryginalnego nagrania cyfrowego zostaje usunięta w celu zaoszczędzenia miejsca na nośniku. Usuwanie wykonywane jest tak, by brzmienie podczas odtwarzania jak najwierniej oddawało pierwotne nagranie. Poszczególne formaty różnią się zależnościami między kompresją, służącą zaoszczędzeniu miejsca, a zachowaniem informacji, od których zależy jakość dźwięku.

Do stratnych formatów audio należą:

• AAC
• Dolby Digital
• DTS Digital Surround
• MP3
   

LPCM
Liniowa modulacja impulsowo-kodowa (ang. Linear Pulse Code Modulation, LPCM) stanowi podstawę cyfrowego nagrywania dźwięku. Sygnał analogowy jest próbkowany w stałych odstępach czasu, a jego amplituda rejestrowana w formie punktu na skali liczbowej. Brak przetwarzania i kompresji danych pozwala uzyskać dźwięk o bardzo wysokiej jakości, jak ze studyjnych nagrań-matek. Ze względu na bardzo duże rozmiary generowanych plików format LPCM nie jest praktyczny w codziennym użytkowaniu.

Dokładność źródłowego strumienia cyfrowego zależy od częstotliwości próbkowania.

S-Master HX
Technologia wzmacniacza cyfrowego opracowana specjalnie na potrzeby dźwięku o wysokiej rozdzielczości. Zmniejsza zniekształcenia i zakłócenia w szerokim paśmie częstotliwości. Układ S-Master bezpośrednio wzmacnia sygnały cyfrowe — zamiast wcześniejszego przeprowadzania ich konwersji do postaci analogowej — więc zachowuje czystość oryginalnego sygnału w celu wierniejszej reprodukcji dźwięku.

SA-CD
Super Audio CD to nośnik opracowany przez firmę Sony na potrzeby nagrań dźwiękowych w formacie DSD, które znacznie przekraczają możliwości płyt CD pod względem dynamiki. Zakres dynamiczny standardowych płyt CD audio wynosi 96 dB, a płyt SA-CD — 120 dB. Częstotliwość próbkowania dźwięku na płytach SA-CD wynosi 2,8 MHz, czyli 64 razy więcej niż na standardowych płytach CD.

W odróżnieniu od zwykłych płyt CD audio nośniki SA-CD umożliwiają rejestrację nie tylko dźwięku 2-kanałowego (stereofonicznego), ale również 5.1-kanałowego dźwięku przestrzennego. Dane audio na płytach SA-CD są szyfrowane w celu ochrony przed kopiowaniem, co oznacza, że można je odtwarzać za pośrednictwem przewodów analogowych, i-Link i HDMI, ale nie przy użyciu cyfrowych przewodów optycznych i elektrycznych (koncentrycznych).

Częstotliwość próbkowania
Podczas cyfrowego nagrywania sygnału dźwiękowego pochodzącego ze źródła analogowego częstotliwość próbkowania oznacza odstępy czasu między kolejnymi próbkami. Im większa jest jej wartość, tym mniej traci się z pierwotnego materiału audio. Przykładowo, standardową częstotliwością próbkowania dla płyt CD audio jest 44,1 kHz, co oznacza pobieranie 44 100 próbek w ciągu sekundy.

Generalnie większa częstotliwość próbkowania oznacza wyższą jakość nagrania. W przypadku dźwięku o wysokiej rozdzielczości częstotliwość próbkowania wynosi co najmniej 96 kHz, a dokładność bitowa przynajmniej 24 bity.

SBC
Standardowy kodek audio do przesyłania dźwięku cyfrowego przez łącze Bluetooth. Podstawowym zadaniem kodeka SBC jest efektywne wykorzystanie przepustowości łącza. Jakość dźwięku ma drugorzędne znaczenie, dlatego kodek ten nie najlepiej nadaje się do przesyłania dźwięku o wysokiej jakości. Opracowany przez firmę Sony kodek LDAC zapewnia przesyłanie 3-krotnie większej ilości danych niż SBC, zachowując wysoką jakość brzmienia przy korzystaniu z Bluetooth.

Subwoofer
W 5.1- oraz 7.1-kanałowych zestawach dźwięku przestrzennego subwoofer (czyli głośnik subniskotonowy) odtwarza tylko dźwięki o niskiej częstotliwości lub sygnał z osobnego kanału LFE. Ucho ludzkie słabo radzi sobie z określaniem, skąd dobiegają dźwięki o niskiej częstotliwości, więc subwoofer można ustawić w dowolnym miejscu pokoju.

Wszystkie sygnały niskich częstotliwości są kierowane do subwoofera. Pozwala to zmniejszyć wymiary pozostałych głośników — i ilość miejsca zajmowanego przez cały zestaw.

Dźwięk przestrzenny
W 5.1- i 7.1-kanałowych zestawach dźwięku przestrzennego sygnały niezależnych kanałów audio są kierowane do głośników rozmieszczonych wokół słuchacza, co wzbogaca odbiór materiału dźwiękowego. Składnik .1 odnosi się do użycia subwoofera, czyli dodatkowego głośnika niskotonowego.

Interpolacja
Podczas odtwarzania cyfrowych nagrań dźwiękowych zapisanych w formacie stratnym można czasami wypełnić pewne „luki” w skompresowanym materiale audio poprzez matematyczne oszacowanie danych, które powinny występować w sygnale źródłowym. Proces ten, zwany „interpolacją”, zbliża nagrania o niskiej jakości do standardu nagrań o wysokiej jakości.

Opracowany przez firmę Sony, unikatowy algorytm DSEE HX interpoluje dźwięk z dotychczasowych źródeł do poziomu zbliżonego do dźwięku o wysokiej rozdzielczości.