Bisakah audio digital mengungguli analog?

Sejak munculnya compact disc, dan meluasnya akses konsumen ke audio digital yang dibawanya, orang-orang telah memperdebatkan apakah audio digital dapat menggantikan pendahulu analognya secara memadai atau tidak.

Karena format digital yang dapat diunduh dan streaming telah meningkat dalam prevalensi dan kompleksitas, diskusi hanya diperkuat, dengan banyak "purist" analog diehard mencela hilangnya jiwa musik yang mereka rasakan terutama hilang dalam format audio digital modern.

Tapi saya di sini bukan untuk membantah atau mendukung kaum puritan. Sebagai gantinya, mari kita telusuri persyaratan skenario di mana suara digital dapat menyamai, dan bahkan mungkin melampaui, suara analog. Dan jawaban atas pertanyaan, "bisakah audio digital mengungguli analog?" sebenarnya memiliki dua bagian.

Kami akan melangkah berat ke dunia matematika dan sains, jadi pegang topi Anda!

Sinyal kontinu vs. sinyal diskrit

Pertama, penting untuk memahami dengan tepat apa perbedaan antara suara analog dan digital.

Suara analog menggunakan sinyal audio yang terus berubah ; artinya fluktuasi tekanan yang diumpankan ke speaker dari sinyalnya (setidaknya idealnya) merupakan reproduksi tepat dari suara asli setiap saat.

Suara digital , di sisi lain, terdiri dari serangkaian langkah diskrit dalam sinyal audionya yang berubah cukup cepat sehingga memberikan ilusi sinyal kontinu saat diumpankan ke speaker. Ini sangat mirip dengan cara video dibuat dari serangkaian gambar diam yang diputar cukup cepat untuk memberikan ilusi gerakan yang mulus (karenanya frasa asli "gambar bergerak").

Jadi, sebenarnya, suara digital mencoba mendekati sinyal kontinu dari suara analog. Jika langkah-langkah diskrit dalam suara digital cukup sering berubah, dan jika langkah-langkah itu sendiri dapat cukup berdekatan dalam level, maka perkiraan yang dihasilkan cukup dekat dengan sinyal analog kontinu sehingga dapat menipu telinga kita, dan otak kita.

Resolusi sinyal

Kecepatan siklus langkah-langkah diskrit dalam sinyal suara digital dikenal sebagai laju sampelnya. Perbedaan level antara setiap langkah ditentukan oleh jumlah langkah potensial, yang dikenal sebagai kedalaman bitnya.

Sebagai contoh, file audio CD memiliki laju sampel 44.100Hz (Hz singkatan dari Hertz, yang merupakan unit pengukuran yang menjelaskan berapa kali suatu peristiwa berulang setiap detik—artinya menghasilkan 44.100 langkah sinyal audio baru setiap detik) dan bit kedalaman 16 bit (setiap bit adalah digit biner, sehingga sinyal digital 16 bit memiliki total 2 pangkat 16, atau 65.536 kemungkinan nilai numerik antara nilai minimum dan maksimumnya).

Pilihan nilai untuk audio CD ini bukan secara kebetulan. Dengan rumus yang dikenal sebagai Teorema Nyquist, laju sampel 44.100Hz ini adalah minimum yang diperlukan untuk menghasilkan suara dengan nada yang mencakup rentang penuh pendengaran manusia biasa. Dan kecepatan bit 16 bit adalah yang terbesar yang dapat dengan mudah digunakan dan masih dapat memuat bahan suara dalam jumlah yang wajar pada compact disc standar.

Anda dapat mengatakan bahwa karena sinyal diskrit digital hanyalah perkiraan dari suara yang sebenarnya, tidak peduli seberapa bagusnya itu tidak akan pernah sepenuhnya cocok dengan sinyal analog kontinu yang sebenarnya dan itu harus menjadi akhir dari argumen. Namun pertanyaannya tetap apakah otak manusia benar-benar dapat membedakannya, terutama dengan audio digital beresolusi lebih tinggi.

Ini adalah pertanyaan untuk ahli saraf, jadi untuk tujuan kami, kami akan menghindari diskusi itu sepenuhnya dan sebagai gantinya mengajukan pertanyaan: "apakah sumber media analog benar-benar menghasilkan sinyal audio kontinu yang sebenarnya?"

media analog

Mari kita pertimbangkan format media analog yang paling umum, yaitu piringan hitam. Sebuah piringan hitam memiliki sifat material tertentu yang menentukan perilakunya, kemampuannya, dan keterbatasannya. Selain itu, meja putar (pemutar rekaman) memiliki sifat material, kemampuan, dan keterbatasannya sendiri.

Rekaman vinil biasanya terbuat dari PVC semi-kaku, atau polivinil klorida. Sinyal analog diukir langsung ke alur dalam rekaman, sehingga mengubah bentuk bahan PVC sebagai respons terhadap sinyal. Sebuah jarum digunakan pada pemutar rekaman untuk "membaca" deformasi mikroskopis ini dan dengan demikian mereproduksi sinyal asli yang menciptakannya.

Bahan vinil, PVC, memiliki ukuran minimum yang terkait dengan struktur molekul dan kristalnya, yang pada dasarnya berarti bahwa deformasi pada material di dalam alur rekaman tidak dapat diubah ke skala yang lebih halus daripada yang dimungkinkan oleh sifat fisiknya. Jadi, pada intinya, ia tidak benar-benar mampu menghasilkan sinyal kontinu yang sempurna, melainkan perkiraan sinyal yang dibatasi oleh sifat-sifat bahan vinil itu sendiri.

Anda tidak dapat membuat potongan di dalam alur rekaman yang lebih kecil dari ukuran ukuran molekul minimum bahan PVC—monomer vinil klorida tunggal (juga dikenal sebagai molekul kloroetena).

Resolusi sinyal rekaman vinil

PVC yang digunakan untuk membuat piringan hitam memiliki kerapatan sekitar 1,3 gram per sentimeter kubik. Dan monomer vinil klorida tunggal (satu molekul kloroetena) memiliki massa sekitar 1,07x10 ^-22 gram. Itu berarti ada sesuatu seperti 12.1x10 ²¹ molekul kloroetena individu dalam ruang 1 sentimeter kubik PVC dalam piringan hitam vinil. Sepotong terkecil dari bahan ini yang dapat kita potong satu sisinya akan setebal satu molekul, yang sekarang dapat kita perkirakan memiliki ketebalan sekitar 4,4x10 ^-8 cm.

Alur dalam piringan hitam dapat diukir hingga lebar maksimum sekitar 0,008cm, dengan setengah dari alur terkait dengan saluran kiri dan setengah lainnya dengan saluran kanan. Ini berarti jarum dapat merasakan perubahan posisi maksimum untuk setiap saluran hingga 0,004cm.

Jadi, jumlah maksimum irisan molekul yang dapat kita cukur untuk membentuk perubahan ukuran alur maksimum untuk setiap saluran hanya sekitar 91.000. Ini mengikuti prinsip yang sama seperti kedalaman bit untuk sinyal audio digital.

Selain itu, karena kecepatan putaran piringan hitam di atas meja putar, diameter piringan hitam, dan lebar masing-masing alur yang dipotong ke piringan hitam, dapat ditunjukkan bahwa ada sekitar 45.000 cm total panjang alur yang tersedia untuk diukir. sinyal ke dalam (di setiap sisi rekaman) yang, jika diisi seluruhnya, diputar ulang selama total waktu sekitar 1400 detik pada kecepatan pemutaran yang benar.

Oleh karena itu, kami dapat memperkirakan jarum melewati rata-rata sekitar 730 juta molekul kloroetena individu setiap detik selama pemutaran penuh satu sisi LP. Ini mengikuti prinsip yang sama seperti laju sampel untuk sinyal audio digital. Ini memberitahu kita langkah terkecil yang dapat direproduksi dalam perkiraan perubahan dari waktu ke waktu dari sinyal audio asli.

Membandingkan resolusi sinyal

Jadi, dengan beberapa metode estimasi (terlalu disederhanakan, tetapi valid dalam arti kasarnya) kita dapat melihat bahwa piringan hitam menghasilkan perkiraan diskrit yang sama untuk sinyal suara audio kontinu sebagai sinyal digital dengan kedalaman bit setidaknya 16 bit dan sampel kecepatan 730MHz.

Tapi, jangan terlalu bersemangat dulu. Anda tidak bisa begitu saja mengambil semua file WAV dan MP3 digital Anda dan mengonversinya menjadi file audio 17-bit, 730MHz dan memberi tahu semua orang bahwa itu sebagus vinil. Perkiraan Anda tentang sinyal audio kontinu yang sebenarnya, baik dengan cara analog atau digital, harus dipertahankan pada resolusi maksimumnya di seluruh proses untuk mengatakan bahwa itu memenuhi standar itu.

Kebanyakan peralatan analog melakukan ini, tetapi kebanyakan peralatan digital tidak. Segera setelah Anda menggunakan metode digital dengan apa pun yang kurang dari standar minimum yang cocok dengan LP, Anda akan mengurangi akurasi perkiraan Anda. Setiap konversi lebih lanjut ke resolusi yang lebih tinggi hanya akan melakukan pekerjaan yang lebih baik dalam mereproduksi perkiraan paling tidak akurat yang diterapkan selama proses produksi Anda.

Selain itu, sementara perekaman digital 24-bit dan 32-bit mudah diperoleh saat ini, jauh melampaui kedalaman bit efektif vinil, kenyataannya adalah bahkan peralatan perekaman digital terbaik yang tersedia untuk kebanyakan orang saat ini memiliki laju sampel maksimum 192kHz, yang hampir 4.000 kali lebih lambat daripada yang diperlukan untuk mengikuti laju sampel efektif vinil.

Jadi jawaban untuk bagian pertama dari pertanyaan kami, yang berhubungan dengan perbandingan teknis suara analog vs digital, adalah: ya, secara teoritis suara digital bisa mengungguli suara analog. Potensi teknis suara digital modern melampaui suara analog dalam hal kedalaman bit, tetapi sangat jauh dari analog dalam hal laju sampel (saat ini).

Rasa analog dalam rantai produksi

Bagian kedua dari pertanyaan ini adalah tentang bagaimana produk akhir benar-benar terdengar. Dengan kata lain, katakanlah di beberapa titik di masa depan, teknologi memungkinkan audio digital untuk mencapai 730MHz atau sample rate yang lebih baik yang kami hitung yang diperlukan untuk mencocokkan sample rate efektif vinyl. Pada saat itu, dengan audio digital yang memiliki potensi teknis untuk memenuhi atau melampaui potensi teknis audio analog, apakah suara digital akan sebagus atau lebih baik dari analog?

Untuk menjawab ini, penting untuk menyadari bahwa sebagian besar yang disukai orang dalam suara yang berasal dari vinil adalah karena peralatan produksi analog yang digunakan dalam perekaman dan pencampuran, dan rasa soniknya yang khas .

Pemodelan digital telah menjadi sangat baik dalam beberapa tahun terakhir dan kemungkinan dapat menandingi banyak suara analog klasik yang disukai orang. Tentu saja, teknologi tersebut perlu memungkinkan resolusi suara maksimum yang sama untuk dipertahankan di seluruh proses juga.

Namun, tampaknya aman untuk mengatakan bahwa ya—dengan asumsi audio digital pada akhirnya akan mencapai potensi teknis yang sama untuk reproduksi suara seperti metode analog saat ini, dan mempertahankan resolusi tersebut di seluruh proses produksi, dan peralatan analog atau pemodelan digital dari peralatan analog digunakan dalam proses penyedap suara yang disukai— audio digital harus mampu memenuhi atau melampaui kinerja suara analog baik dalam kualitas teknis maupun preferensi suara.

Kepraktisan

Akhir dari diskusi? Nah, mari kita lihat satu pertimbangan terakhir.

Mari kita bayangkan seluruh proses dilakukan dalam format digital pada atau di atas standar teknis yang sesuai dengan analog dan menggunakan efek pemodelan analog pada standar tersebut. Jika kami menghasilkan file audio WAV mentah berkualitas penuh dari rekaman tiga menit, ukuran file digital pada tingkat itu akan hampir 18.000 kali lebih besar dari file WAV kualitas audio CD dengan panjang yang sama, memberikannya file ukuran lebih dari 500Gb untuk satu lagu pendek.

Dengan masalah ukuran file yang sangat besar ini, serta fakta bahwa kecepatan pengambilan sampel digital saat ini jauh dari persyaratan untuk memenuhi standar suara analog, tampak jelas bahwa vinil masih merupakan pilihan yang baik.

Namun, dengan sistem pemutaran digital di mana-mana, kemajuan terus-menerus dalam teknologi suara digital, dan pilihan untuk mempertahankan media dalam lingkungan yang sepenuhnya virtual yang tidak memerlukan penyimpanan piringan hitam besar dan peralatan khusus untuk memutarnya, kemungkinan hanya masalah waktu sampai suara digital akhirnya, benar-benar melampaui suara analog.

Buat situs web musik Anda sendiri yang siap untuk seluler dan mudah diperbarui kapan saja! Bangun situs web dengan Bandzoogle sekarang.

---

Erik Veach adalah pemilik dan teknisi audio utama di Crazy Daisy Productions, yang menyediakan layanan mixing, mastering, dan pengeditan suara sejak 2001. Dia adalah pelopor asli sistem mastering cerdas otomatis, yang memperkenalkannya untuk digunakan dalam produksi musik profesional pada 2003.