Ar putea audio digital să depășească vreodată analogul?

De la apariția discului compact și de la accesul larg răspândit al consumatorilor la sunetul digital pe care acesta l-a adus, oamenii s-au dezbătut dacă audio digital ar putea sau nu înlocui în mod adecvat predecesorii săi analogici.

Pe măsură ce formatele digitale descărcabile și transmise în flux au crescut în prevalență și complexitate, discuția s-a amplificat, mulți „puriști” analogi neclintiți deplângând pierderea sufletului muzical pe care îl consideră că lipsește în mod deosebit în formatele audio digitale moderne.

Dar nu sunt aici să argumentez împotriva sau pentru puriști. În schimb, haideți să explorăm cerințele unui scenariu în care sunetul digital ar putea fi egal cu, și poate chiar depăși, sunetul analog. Și răspunsul la întrebarea „ar putea audio digital să depășească vreodată analogul?” are de fapt două părți.

Suntem pe cale să pășim puternic în lumea matematicii și științei, așa că țineți-vă pălăriile!

Semnale continue vs. discrete

În primul rând, este important să înțelegeți exact care este diferența dintre sunetul analog și cel digital.

Sunetul analog utilizează un semnal audio în schimbare continuă ; ceea ce înseamnă că fluctuațiile de presiune transmise unui difuzor de la semnalul acestuia reprezintă (cel puțin în mod ideal) o reproducere exactă a sunetului original în fiecare moment în timp.

Sunetul digital , pe de altă parte, este alcătuit dintr- o serie de pași discreti în semnalul său audio, care se schimbă suficient de repede încât să dea iluzia unui semnal continuu atunci când este transmis către un difuzor. Acest lucru este foarte asemănător cu modul în care un videoclip este realizat dintr-o serie de imagini statice care sunt parcurse suficient de rapid pentru a da iluzia de mișcare lină (de unde și expresia originală „imagini în mișcare”).

Deci, de fapt, sunetul digital încearcă să aproximeze semnalul continuu al sunetului analogic. Dacă pașii discreti din sunetul digital se schimbă suficient de frecvent și dacă pașii înșiși sunt capabili să fie suficient de apropiați unul de celălalt ca nivel, atunci aproximarea rezultată este suficient de aproape de un semnal analogic continuu încât ne poate păcăli urechile și creierul.

Rezoluția semnalului

Viteza de parcurgere a pașilor discreti într-un semnal sonor digital este cunoscută ca rata de eșantionare a acestuia. Diferența de nivel dintre fiecare pas este determinată de numărul total de pași potențiali, cunoscut sub numele de adâncimea sa de biți.

De exemplu, fișierele audio CD au o frecvență de eșantionare de 44.100 Hz (Hz înseamnă Hertz, care este unitatea de măsură care descrie de câte ori se repetă un eveniment în fiecare secundă - ceea ce înseamnă că produce 44.100 de noi pași de semnal audio în fiecare secundă) și un bit adâncime de 16 biți (fiecare bit este o cifră binară, astfel încât un semnal digital de 16 biți are un total de 2 la puterea de 16 sau 65.536 de valori numerice posibile între valoarea sa minimă și cea maximă).

Această alegere a valorilor pentru CD audio nu este întâmplătoare. După o formulă cunoscută sub numele de Teorema Nyquist, această frecvență de eșantionare de 44.100 Hz este minimă necesară pentru a produce sunete cu tonuri care acoperă întreaga gamă de auz uman tipic. Iar rata de biți de 16 biți a fost cea mai mare care putea fi utilizată cu ușurință și încă se potrivea cu o cantitate rezonabilă de material sonor pe un compact disc standard.

Ați putea spune că, deoarece un semnal digital discret este doar o aproximare a sunetului real, oricât de bun ar fi acesta, nu se va potrivi niciodată pe deplin cu semnalul analogic continuu real și așa ar trebui să fie sfârșitul argumentului. Cu toate acestea, rămâne întrebarea dacă creierul uman poate face sau nu diferența, în special cu sunetul digital cu rezoluție mai mare.

Aceasta este o întrebare pentru oamenii de știință în neuroștiință, așa că, în scopurile noastre, vom evita în întregime această discuție și, în schimb, vom pune întrebarea: „sursele media analogice produc într-adevăr un semnal audio continuu adevărat în primul rând?”

Medii analogice

Să luăm în considerare cel mai comun format media analogic, care este un disc de vinil. Un disc de vinil are proprietăți speciale de material care determină modul în care se comportă, de ce este capabil și care sunt limitările sale. În plus, o placă turnantă (player de discuri) are propriile sale proprietăți materiale, capacități și limitări, de asemenea.

Discurile de vinil sunt de obicei realizate dintr-o formă semi-rigidă de PVC sau clorură de polivinil. Un semnal analogic este sculptat direct în canelurile din înregistrare, deformând astfel materialul PVC ca răspuns la semnal. Un ac este folosit pe un recorder pentru a „citi” aceste deformații microscopice și, astfel, a reproduce semnalul original care le-a creat.

Materialul de vinil, PVC, are o dimensiune minimă asociată cu structurile sale moleculare și cristaline, ceea ce înseamnă, de fapt, că deformațiile materialului din canelurile de înregistrare nu pot fi modificate la o scară mai fină decât o permit proprietățile sale fizice. Deci, în esență, nu este cu adevărat capabil să producă un semnal perfect continuu, ci mai degrabă o aproximare a acelui semnal limitată de proprietățile materialului vinilic în sine.

Nu puteți face o tăietură în canelurile discului mai mică decât dimensiunea moleculară minimă a materialului PVC - un singur monomer de clorură de vinil (cunoscut și ca moleculă de cloroetenă).

Rezoluția semnalului discurilor de vinil

PVC-ul folosit la realizarea discurilor de vinil are o densitate de aproximativ 1,3 grame pe centimetru cub. Și un singur monomer de clorură de vinil (o moleculă de cloroetenă) are o masă de aproximativ 1,07x10 ^-22 grame. Asta înseamnă că există ceva de genul 12,1x10 ²¹ molecule individuale de cloroetenă într-un spațiu de 1 centimetru cub de PVC în LP-uri de vinil. Cea mai mică bucată din acest material pe care am putea-o tăia pe o parte ar avea o grosime de o moleculă, pe care acum o putem estima că are o grosime de aproximativ 4,4x10 ^-8 cm.

Canelura dintr-un disc de vinil poate fi sculptată până la o lățime maximă de aproximativ 0,008 cm, cu o jumătate din canelura asociată cu canalul stâng și cealaltă jumătate cu canalul drept. Aceasta înseamnă că acul poate simți o schimbare maximă de poziție pentru fiecare canal de până la 0,004 cm.

Deci, numărul maxim de felii moleculare pe care le-am putea rade pentru a forma acea modificare maximă a mărimii canelurii pentru fiecare canal ar fi de aproximativ 91.000. Acesta urmează același principiu ca și adâncimea de biți pentru semnalul audio digital.

În plus, datorită vitezei cu care se învârte discul pe platoul turnanți, diametrului discului și lățimii canelurilor individuale tăiate în disc, se poate demonstra că există aproximativ 45.000 cm de lungime totală a canelurii disponibile pentru a sculpta. semnalul în (pe fiecare parte a înregistrării) care, dacă este completat în întregime, este redat pe un timp total de aproximativ 1400 de secunde la viteza de redare corectă.

Prin urmare, putem estima trecerile acului peste o medie de aproximativ 730 de milioane de molecule individuale de cloroetenă în fiecare secundă în timpul redării complete a unei părți a LP. Acesta urmează același principiu ca rata de eșantionare pentru semnalele audio digitale. Ne spune cel mai mic pas care poate fi reprodus ca aproximare a schimbării în timp a semnalului audio original.

Compararea rezoluției semnalului

Deci, cu unele metode de estimare (supra-simplificate, dar valide într-un sens normal) putem vedea că o înregistrare de vinil produce aceeași aproximare discretă a unui semnal audio continuu ca un semnal digital cu o adâncime de biți de cel puțin 16 biți și o probă. rata de 730MHz.

Dar, nu te entuziasma încă. Nu puteți pur și simplu să luați toate fișierele digitale WAV și MP3 și să le convertiți în fișiere audio pe 17 biți, 730MHz și să spuneți tuturor că sunt la fel de bune ca vinilul. Aproximarea dvs. a unui semnal audio continuu real, fie prin mijloace analogice, fie prin mijloace digitale, trebuie menținută la rezoluția maximă pe tot parcursul procesului pentru a spune că îndeplinește acel standard.

Majoritatea echipamentelor analogice fac acest lucru, dar majoritatea echipamentelor digitale nu. De îndată ce utilizați o metodă digitală cu ceva mai puțin decât standardul minim care se potrivește cu un LP, veți fi redus acuratețea aproximării dvs. Orice conversie ulterioară la o rezoluție mai mare va face pur și simplu o treabă mai bună de a reproduce aproximarea cea mai puțin precisă aplicată în timpul procesului de producție.

În plus, în timp ce înregistrările digitale pe 24 și 32 de biți sunt ușor de obținut în zilele noastre, depășind cu mult adâncimea efectivă de biți a vinilului, realitatea este că chiar și cel mai bun echipament de înregistrare digitală disponibil pentru majoritatea oamenilor de astăzi are o rată de eșantionare maximă de 192 kHz, ceea ce este de aproape 4.000 de ori mai lent decât ar trebui să fie pentru a ține pasul cu rata efectivă de eșantionare a vinilului.

Deci răspunsul la prima parte a întrebării noastre, care se ocupă de comparația tehnică dintre sunetul analog și digital, este: da, teoretic sunetul digital ar putea depăși sunetul analogic. Potențialul tehnic al sunetului digital modern îl depășește pe cel al sunetului analogic în ceea ce privește adâncimea de biți, dar este mult sub analogic în ceea ce privește rata de eșantionare (în prezent).

Aromă analogică în lanțul de producție

A doua parte a întrebării se referă la modul în care sună de fapt produsul final. Cu alte cuvinte, să spunem, la un moment dat în viitor, tehnologia permite audio digital să atingă rata de eșantionare de 730MHz sau mai bună pe care am calculat-o, care este necesară pentru a se potrivi cu rata efectivă de eșantionare a vinilului. La acea vreme, cu sunetul digital având potențialul tehnic de a îndeplini sau depăși potențialul tehnic al audio analogic, ar sunetul digital la fel de bun sau mai bun decât analogic?

Pentru a răspunde la aceasta, este important să realizăm că o mare parte din ceea ce le place oamenilor în sunetul provenit de la un vinil se datorează echipamentului de producție analogic folosit la înregistrare și mixare și aroma sa sonoră specială.

Modelarea digitală a devenit foarte bună în ultimii ani și probabil se poate potrivi cu multe dintre sunetele analogice clasice pe care oamenii le preferă. Desigur, tehnologia ar trebui să permită menținerea aceleiași rezoluții maxime a sunetului pe parcursul întregului proces.

Dar, ar părea sigur să spunem că da - presupunând că audio digital va atinge în cele din urmă același potențial tehnic de reproducere a sunetului ca și metodele analogice actuale și va menține această rezoluție pe tot parcursul procesului de producție, iar echipamentele analogice sau modelarea digitală a echipamentelor analogice sunt utilizate. în procesul de aromatizare a sunetului preferat — audio digital ar trebui să poată atinge sau depăși performanța sunetului analogic atât în ​​ceea ce privește calitatea tehnică, cât și preferințele de sunet.

Practicitate

Sfârșitul discuției? Ei bine, să ne uităm la o ultimă considerație.

Să ne imaginăm că întregul proces a fost realizat în format digital la sau peste standardul tehnic care se potrivește cu analogul și utilizează efecte de modelare analogică la acel standard. Dacă producem un fișier audio WAV brut de calitate completă pentru o înregistrare de trei minute, dimensiunea fișierului digital la acel nivel ar fi de aproape 18.000 de ori mai mare decât un fișier WAV de calitate audio CD de aceeași lungime, oferindu-i un fișier. dimensiune de peste 500 Gb pentru o singură melodie scurtă.

Cu această problemă masivă cu dimensiunea fișierului, precum și cu faptul că ratele actuale de eșantionare digitală sunt cu mult sub cerințele de a îndeplini standardele de sunet analog, pare clar că vinilul este încă o alegere bună.

Cu toate acestea, având în vedere omniprezența sistemelor de redare digitale, progresele continue în tehnologia digitală a sunetului și opțiunea de a menține mediile într-un mediu în întregime virtual care nu necesită stocarea unui disc de vinil mare și echipament special pentru a le reda, este probabil doar este o chestiune de timp până când sunetul digital, în sfârșit, depășește fără echivoc sunetul analogic.

Creează-ți propriul site de muzică, care este gata pentru mobil și ușor de actualizat oricând! Creați un site web cu Bandzoogle acum.

---

Erik Veach este proprietarul și inginer principal audio la Crazy Daisy Productions, oferind servicii de mixare, masterizare și editare de sunet din 2001. El este pionierul inițial al sistemelor de mastering inteligente automatizate, introducându-le pentru utilizare în producția muzicală profesională în 2003.