На очереди транскрипт 10-го выпуска (22.05.2014) подкаста «Звук». В нем Дмитрий Кабанов разговаривает с Анатолием Дмитриевичем Арсёновым, к. т. н., физиком по образованию, специалистом в области IT и цифрового звука, инженером в компании F-Lab на тему цифрового и аналогового звука.
Смотрите кроме этого: Шоу Звук #20 — Подкаст об экосистеме и аудиотехнике звука

С вами «Шоу Звук» – передача для тех, кто живет, трудится, отдыхает и перемещается, слушая любимую музыку либо подкасты. В этом шоу мы говорим несложными словами об технологиях и устройствах, разбираемся с правилами их работы и знакомим вас с экосистемой хорошего звука от А до Я.В 20-м выпуске вас ожидает беседа Тимофея (timshick) с генеральным директором и основателем Аудиомании, Артемом Фаермарком, что немного откроет для вас дверь в мир производства аудиосистем.

[Прослушать данный выпуск][Подробнее о подкасте]Транскрипты вторых передач:

• [читать] [слушать] ответы и Домашняя акустика на вопросы;
• [читать] [слушать] Вывод инженера: Как создать собственную экосистему звука;
• [читать] [слушать] Уровень качества аудиосистем: Стоит ли доверять «обзорам и» красивым графикам в прессе;
• [читать] [слушать] Ответы на вопросы слушателей;
• [читать] [слушать] Бас словами музыканта;
• [читать] [слушать] Аудиосистемы для дома и домашние кинотеатры;
• [читать] [слушать] Аудиотехника для дома и мероприятий;
• [читать] [слушать] Цифро-аналоговые преобразователи;
• [читать] [слушать] Портативные аудиосистемы;
• [читать] [слушать] Любой инженер грезит сделать S-90.

<p>Дмитрий Кабанов: Мы продолжаем беседовать с инженерами и экспертами «Аудиомании», и сейчас мы постараемся копнуть глубже, взглянуть на природу цифрового и аналогового звука, и, возможно, мы начнем с вопроса о том, что такое звук в принципе. Чем в базисном понимании, несложными словами, отличается аналоговый звук от цифрового звука либо аналоговое цифровое представление и представление звука звука?Анатолий Арсёнов: Отвечая на данный вопрос, я думаю, уместно привести простые модели, знакомые, возможно, [из] школьного курса любому русскому грамотному человеку.

В частности, история звука [как] цифрового, [так] и аналогового начинается в далеком прошлом, как ни необычно, еще до появления цифровых устройств. Всем знакома передача голоса человека посредством простого проводного телефона. Вот это [и является] настоящим примером передачи аналогового звука на расстоянии.

В этом случае говорящий имеет перед собой телефонную трубку, в которой имеется мембрана и микрофон, колеблющаяся в соответствии с голосом человека, на противоположном финише происходит обратная процедура, другими словами колеблется мембрана телефона, находящегося у уха абонента. Что передается по кабелю? Мы имеем сигнал переменного напряжения: ток в кабеле изменяется в соответствии с тем, как говорит человек, вот так скажем, дабы не вдаваться в подробности.

Что такое цифровой звук? Тут [можно привести подобный пример] из того же времени – телеграфная передача сигнала, азбука Морзе. В этом случае диктор имеет перед собой какой-то текст, но он обязан знать азбуку Морзе. Дальше, кем кодируется текст? Самим человеком, что знает как передать букву «А», как передать букву «Б» и т. д. Что отправляется в сигнальную линию?

Отправляются сигналы: точка и тире, то, как приблизительно кодируется на данный момент звук – единицами и нулями, двумя сигналами передаются два состояния. Что обязан сделать абонемент на противоположной стороне [если он] желает осознать, принять данный текст, взять это сообщение? Он обязан знать азбуку Морзе, он обязан приобретать вот эти самые точки и тире, а зная их, уже осознавать, о чем идет обращение. Вот вся, фактически говоря, отличие.

В одном случае передается сигнал, что носит темперамент модели голоса человека, передающегося методом электрических сигналов, во втором случае мы имеем передачу знаков, каковые закодированы каким-то условным образом. В этом случае это были точки и тире.

Спустя десятилетия, в современную эру, мы уже имеем два типа передачи сигналов, каковые весьма на большом растоянии разошлись между собой от той ветхой истории.Дмитрий: Получается что цифровой звук либо цифровое представление звука возможно осознавать, как некоторый компромисс, что мы приобретаем, беря аналоговый звук и преобразовывая его в цифру.Анатолий: Ну, компромисс это либо нет…Компромисс с чем? С возможностями аппаратуры? Да, это компромисс.

Дальше, с потребностями современной техники передать большее количество информации за единицу времени на более дальние расстояния с высоким качеством и свойством к последующей коррекции? Да, это компромисс. Само собой разумеется, чтобы передавать аналоговый звук на дальние расстояния с высоким качеством, аппаратура должна иметь соответствующие мощности, и я не сообщу, что она будет недорогой, она будет неизменно материалоемкой.

На определенном этапе развития техники выяснилось самые продуктивным передавать сигналы не в явной форме, как это происходит в аналоговой аппаратуре, а в виде некоей модели, таблицы чисел, тут я могу привести подобный пример из пара второй практики также привычной, возможно, каждому. Значит, имея географическую карту…вот как возможно собственному товарищу передать данные, в случае если стоит задача добраться из одной точки в другую?

Необходимо забрать карту, начертить карандашом линию, как ты шел либо как ты планируешь идти, и эту карту переслать, вот вам, пожалуйста – мы передаем данные в явной форме. Возможно поступить вторым образом – зная, что у товарища имеется совершенно верно такая же карта, передать табличку с координатами точек. Что в этом случае будет передаваться?

Листочек, на котором будет записана таблица: широта, долгота, широта, долгота, широта, долгота и т. д. В этом случае это не составит большого труда таблица чисел. Товарищ, взяв эту таблицу, забрав собственную карту и отметив эти точки по координатам, сразу же выяснит, как идти. Что мы передали в [этом] случае? Саму карту с маршрутом либо мы передали таблицу, какую-то кодировку?

Вот это все происходит и в цифровой технике. Непременным элементом в цифровой технике есть кодировщик либо раскодировщик, ну это раньше так говорили, в цифровой технике принято сказать, что это цифро-аналоговое преобразование. Дмитрий: Хороший пример, мне думается, а стоит ли нам тут зацепить [тему] хранения?

Формат, познание форматов, познание их отличия, по причине того, что существует большое количество мифов о том, какие конкретно форматы у нас имеется – с утратами, без утрат, по-различному сжимающие файл и т. д.Анатолий: Как видно из приведенных примеров, цифровая форма есть условной формой передачи сигнала – это совокупность формализации, в случае если сказать математическим языком. Сигнал передается в условной форме математической модели — в случае если сказать еще более глубоко, то это матрица, которая содержит определенные числа, [характеризующие] сигнал в любой момент времени.

В случае если сказать применительно к звуку, то что цифры передают? Цифры передают спектр сигнала, его амплитуду, громкость. Частоты этого сигнала, высокие, низкие, [то] как эти частоты связаны между собой тембрально и т. д. – это спектральная черта, переведенная в числовую форму, которая передается [на устройство]. На заре компьютерной техники возможности персональных компьютеров были не весьма широки.

Чтобы реализовать простые задачи, нужно было компьютерному устройству иметь достаточные производительность и ёмкость памяти центрального процессора. Это не разрешало цифровой форме подробно отображать записанный звук. Несложный пример: в случае если к ветхому компьютеру пятнадцатилетней давности присоединить звуковую карту, подключить микрофон, оцифровать собственный голос, то я не пологаю, что [результат] понравился бы многим, [а именно] уровень качества записанного голоса.

Ну объективно, из-за чего? На вход звуковой карты подавался сигнал с микрофона. Частотные характеристики цифрового тракта были тогда достаточно скромными, и исходя из этого преобразование аналогового сигнала, другими словами звука в схему, которая разрешает в цифровом виде отображать данный звук в компьютеров…это был процесс и, конечно, разработчики и производители устройств того времени, пробуя экономить производительность и память процессора, создавали простые схемы кодирования звука в ту форму, в которой он может храниться в компьютере.

К чему это приводило? К утратам. В качестве звука в первую очередь. С ростом производительности компьютерной техники, производительности центрального процессора, повышения количеств памяти, эта неприятность потихонечку начала сниматься с повестки дня, но однако подходы, каковые были организованы в то время, наложили свой след на развитие цифровой техники.

В свое время, в случае если память мне не изменяет, это [был] 1994 год, [велись] работы Фраунгоферского университета по созданию формата MP3 – данный формат и на сегодня весьма популярен для хранения музыки и разных аудиоданных в портативной технике, например, в смартфонах. Дмитрий: Приведем краткую вики-справку: MP3 (более совершенно верно, англ. MPEG-1/2/2.5 Layer 3; но не MPEG3) — это кодек третьего уровня, созданный командой MPEG, лицензируемый формат файла для хранения аудиоинформации.

MP3 создан рабочей группой университета Фраунгофера под управлением Карлхайнца Бранденбурга из универститета Эрланген-Нюрнберг в сотрудничестве с ATT Bell Labs и Thomson. Базой разработки MP3 послужил экспериментальный кодек ASPEC (Adaptive Spectral Perceptual Entropy Coding). Первым кодировщиком в формат MP3 стала программа L3Enc, выпущенная летом 1994 года.

Спустя один год показался первый программный MP3-плеер – Winplay3. При разработке метода тесты проводились на в полной мере конкретных популярных композициях. Основной стала песня Сюзанны Веги Tom’s Diner. Из этого появилась шутка, что «MP3 был создан только для комфортного прослушивания любимой песни Бранденбурга», а Вегу нарекли «мамой МP3».

Анатолий: Чем он характеризуется? [Каково] его отличие от звука, что никаким образом, не считая преобразования в цифру, не отличается от аналогового сигнала (эти файлы мы раньше именовали wave-формы)? Кто знаком с компьютерами Apple, в том месте [такие] файлы имели формат, что именуется AIFF, как я не забываю.Дмитрий: Да, так и имеется.Анатолий: Форма этих двух файлов, формат этого файла, является легко цифровое отображение аналогового звука.

Но в компьютерах того времени он занимал большой количество и таких файлов в компьютере имело возможность храниться мало. Чем отличался MP3? Математики Фраунгоферского университета, подходя к данной проблеме, решили упростить эту математическую модель, другими словами убрать из цифровой модели настоящего звука то, что никак не будет воспринято человеком при прослушивании. Какие конкретно моменты подверглись математической обработке в первую очередь?

Были использованы основополагающие законы акустики. Один из них гласит, в частности: в случае если раздался какой-то сигнал, ну, допустим, удар колокола либо кто-то забрал аккорд на рояле и в это же самое время раздался какой-то негромкий звук, отличие в громкости которого [с первым звуком] превышает 90 дБ – единицу, благодаря которой измеряют звуковое давление – данный звук никаким образом, никаким человеком с чудо-ушами не будет услышан.Дмитрий: Исходя из этого данные возможно выбросить.Анатолий: Никто [этот звук] не услышит.

В случае если отличие между самым громким и самым негромким звуком сейчас времени больше 90 дБ, то нормально возможно эти звуки из записи удалить, вырезать. Это один из способов. То, что тут происходит, эксперты [называют] маскированием низкоуровневого сигнала знаком более большого уровня.

Второй метод: в большинстве случаев, Hi-Fi аппаратура разрешает зафиксировать сигналы с определенными частотами – в случае если сказать о частотах и не применять такие понятия как высокие, низкие и средние частоты. Сигналы с частотами от 20 Гц до 20000 Гц – это полоса, которую аппаратура может воспроизвести. Услышит ли человек целый данный диапазон? В случае если взглянуть с позиций восприятия человека и ввести таковой термин, как психоакустика, то [также] возможно произвести кое-какие упрощения сигнала.

Тем, кто желает проверить остроту слуха и сравнить звучание разных аудиосистем, Аудиомания предлагает услугу прослушивания техники на дому. На фото – работа инсталляторов АудиоманииБольшинство взрослых людей – те, кто перевалил за подростковый возраст, в большинстве случаев не слышат частоты выше 16 кГц, значит, диапазон выше 16 кГц также каким-то образом возможно математически редуцировать и, так, убрать эти сведенья из того файла, что был записан посредством цифрового микрофона, потому, что он также не будет адекватно воспринят слушателем.

То же самое происходит и в низком диапазоне: те, кто заняты физиологией человека, знают о том, что любой человек, если он обычен, само собой разумеется, и у него нет никакой патологии, не принимает низкочастотные сигналы ниже 16 кГц ухом – он принимает [такие сигналы] или тактильно, или органами тела. Заначит, все эти звуки также возможно безболезненно [удалить], не утратив главного качества звукового сигнала, в случае если это, к примеру, было музыкальное произведение.

В принципе, этих способов на сегодня существует достаточно большое количество: схемы, каковые употребляются в цифровом звуке, форматах MP3, маскировка чистого тона шумом и т. д. и т. д. Для краткой иллюстрации [того], что это такое: по окончании процедур преобразования цифровой модели аналогового звука, которую мы видим в форматах wave либо AIFF, к формату MP3 – по окончании того, как произведены вот эти процедуры (маскирование, удаление тех звуков, каковые не смогут быть восприняты человеком) – звук на промежуточной стадии не весьма комфортен для прослушивания, он носит на себе отпечаток купирования, слух человека, в особенности музыканта, может чувствовать неудобство, исходя из этого, дабы запрятать огрехи на финальном этапе, в цифровые форматы «подмешивается» шумовой сигнал низкого амплитудного уровня. Это делается особым методом.

В принципе, возможно проиллюстрировать это таким примером: если вы находитесь в какой-то комнате и в соседнем помещении кто-то говорит, и вам это мешает, включите пылесос. Шум пылесоса есть более низкочастотным знаком по отношению к речи человека, а низкочастотные сигналы постоянно маскируют высокочастотные сигналы, но не наоборот. Вы прекратите слышать назойливых собеседников.

Приблизительно то же самое происходит и в цифровых форматах, на финальном этапе по окончании оцифровки происходит подмешивание шумового сигнала определенной амплитуды, определенного спектрального состава, это возможно разновидность белого шума.Дмитрий: Прекрасно, тогда давайте попытаемся поболтать о тех случаях, в то время, когда мы можем утверждать, что все-таки что-то теряем, применяя MP3 – не всегда он совершенен для применения, не всегда он подходит, некий класс оборудования может разрешить нам что-то большее. Анатолий: Совсем верно, MP3, как формат для компактного хранения аудиоданных в компьютерной технике и как один из самых ветхих форматов, потихонечку, с течением времени, начал терять популярность.

Из-за чего? Ну [прежде всего], компьютерная техника увеличила объёмы памяти и свою производительность, [а это значит, что] потребность в сжатии, купировании звуковых данных провалилась сквозь землю, нет таковой напряженности – памяти у нас на данный момент на современных компьютерах достаточно, производительность процессоров достаточна, исходя из этого мы можем слушать не сжатый цифровой звук. Какие конкретно были предприняты в свое время шаги ухода от компактного ранения музыки?

В первую очередь, показались соперничающие форматы для сжатого хранения звука. Те, кто пользуются компьютерами компании Apple и планшетными компьютерами, смартфонами, айфонами, они знают, в каком формате продается музыка в Apple Store [iTunes] – в случае если я не ошибаюсь, это MP4, да?Дмитрий: Да.Анатолий: Кто-то сообщит, что это также цифровой звук и также сжатый и что у него [также] имеется недочёты. Ну да.

Лишь он показался позднее, чем MP3, работы по этому формату начались в где-то во второй половине 90-ых годов двадцатого века, другими словами практически на 3-4 года позднее [создания] MP3, значит, те разработчики, каковые разрабатывали эту совокупность кодирования сжатого звука, учли неприятности и недочёты, каковые были в прошлых форматах, усовершенствовали [продукт]. К чему я привожу эти примеры: цифровой звук, появившись на определенном этапе, при появлении компьютерных устройств прошел определенную эволюцию, эволюционировали форматы как несжатого хранения звуковых данных, так и форматы [хранения] сжатого звука.

Современный метод кодирования звука в форматах MP3 либо подобных достаточно идеален. Приобретя популярность на определенном этапе, на данный момент [формат] практически зафиксировался на определенной группе устройств: в первую очередь на портативной технике сотовой связи – смартфонах, телефонах, плеерах и т. д. В силу малых габаритов, маленькой мощности, низких возможностей динамиков, встроенных в смартфоны, он органично вписался в эту структуру.

В случае если сказать об аппаратуре важной, для домашнего прослушивания, например, Hi-Fi аппаратуре, то тут, само собой разумеется, не каждый взыскательный слушатель согласится с тем, что цифровые форматы хранения аудиоданных в сжатой форме годятся. Для тех, кто не приемлет цифровые форматы хранения данных в сжатой форме, у Аудиомании имеется аналоговые ответы. На фото – фрагмент инсталляции от АудиоманииНаши материалы по теме:

• Винил и CD: на цвет и вкус;
• Жёсткая действительность либо что стоит за возвращением винила;
• Из-за чего CD смогут звучать лучше виниловых пластинок.

Продолжить отечественный разговор, возможно, уместно с характеристики аудиоинтерфейcа современного компьютера, что есть базой для современного цифрового звука. Дальше, по ходу беседы станет ясно, как это [относится] к теме отечественного беседы, к аудиоаппаратуре большого класса, к примеру.

Итак, современная аудиокарта ПК либо ноутбука имеет пара черт, каковые именно полностью обрисовывают возможности этого компьютера по части хранения либо воспроизведения цифрового звука. Что я имею в виду? Частоты, на которых трудится аудиокарта и разрядность данной аудиокарты.

Возможно, пользователю привычны такие цифры как 16 бит и 44 кГц.Дмитрий: Само собой разумеется.Анатолий: Это базисные характеристики любого аудиотракта современного компьютера, будь он настольный либо портативный. Такие же характеристики (другими словами разрядность процессоров) имеют и стандартные проигрыватели компакт-дисков. Не вдаваясь в подробности, направляться заявить, что данный стандарт показался в далеком прошлом.

Разрабатывали стандарт хранения аудиоданных для того чтобы рода (16 бит и 44 кГц) производители бытовой аудиоаппаратуры, которая у нас у всех весьма популярна – Phillips, Сони, Toshiba. По мере развития компьютерной техники аудиокарты получали дополнительные возможности, например, увеличился последовательность частот, на которых может трудиться аудиокарта – 48 кГц, 96 кГц, 192 кГЦ, разрядность процессора, что установлен на аудиокарте, также увеличилась – 16 бит, 24 бита…Дмитрий: 32…Анатолий: И по сей день 32.

В случае если сказать опытным языком, то частота 44 кГц это та нужная частота, которая разрешает сохранить волновую форму звукового сигнала, к примеру, музыкального произведения либо голоса человека. Откуда появилось это число и из-за чего аудиокарта обязана трудиться на данной частоте? Был таковой математик Котельников, что собственной теоремой доказал эту границу технического устройства, которая разрешает оцифровать сигнал с высоким качеством.

Уместно привести таковой пример: несложный звук, к примеру, звук детской и свирели дудочки…форма его звукового сигнала похожа на синусоиду, скажем так. Что же такое 44 кГц? Это частота работы аудиокарты. Таковой сигнал, попав в аудиокарту, будет разрезан мгновенно на 44 тысячи вертикальных полоcочек.

Что мы возьмём в следствии данной разрезки? Мы возьмём значение громкости сигнала в каждой точке времени – одной сорока четырех тысячной секунды.Дмитрий: И сейчас нам необходимо все эти полосы зашифровать.Анатолий: Сейчас нам эти полосы необходимо зашифровать и сохранить в компьютере. Как мы можем [их] зашифровать? Возможно запомнить значение громкости в каждой полосочке. Ну вот тут именно уже и играется значение вторая черта аудиокарты – ее разрядность.

В частности, 16 бит. Что такое 16 бит? Компьютерщики говорят так: два в шестнадцатой степени.Дмитрий: Так.Анатолий: Какое это число, 65 тысяч с копейками? Получается, что я могу применять число от нуля до 65 536, в случае если сказать совершенно верно, дабы выразить высоту вот данной самой полосочки. Это будет какое-то число.

В одном случае это будет 60 тысяч, в другом случае – 30 тысяч и т. д. [Значит], в этом случае мы за секунду времени возьмём таблицу, которая будет содержать 44 тысячи цифр, любая из которых будет выражаться числом от нуля до 65 536. Вот эта таблица и будет являться несжатым звуковым файлом. Дмитрий: Сейчас мы трудимся с данной таблицей дальше…Анатолий: Что мы тут видим?

Что, если бы скорость работы аудиокарты была выше, [тогда], возможно, мы взяли бы значительно большее количество этих цифр, которое более совершенно верно обрисовывало бы отечественный сигнал. Конечно, рвение производителей и разработчиков – приблизиться к подлинной форме сигнала. Вот из этого [происходит] рвение конструкторов техники увеличивать частоты.

С каждым годом, так сообщить, от одного класса устройств, к второму и т. д. Это развитие стало причиной тому, что [начиная] с частоты 44 кГц медлено эти частоты возрастали. Я применил неудачное слово «потихонечку», по причине того, что в действительности развитие было значительно сложнее, употреблялись все частоты: и 32 кГц, и 24 кГц. Слушатель либо кто-то интересный может задать вопрос: «А где эти частоты употребляются?» по причине того, что очевидно, что звук [при применении частот ниже 44кГц] будет неотёсаннее.

К примеру, при передаче телесигналов в телефонной технике. В том месте нет необходимости весьма совершенно верно обрисовывать сигнал, а вот при передаче сложного музыкального сигнала, какой-то концертной партии, как выяснилось, 44 кГц не удовлетворяют требованиям взыскательного слуха. Исходя из этого частотные характеристики карт неизменно, много поколений, возрастали.

Дабы закончить разговор на эту тему и не вдаваться в подробности, пожалуй, стоит привести таковой пример – рождение HD-аудио, это был 2004 год, компания Intel создала именно в текущий год спецификации HD-аудио, каковые заключаются в следующих двух значениях: 32 бита и 192 кГц. Значит, по окончании того, как были созданы спецификации HD-аудио…что такое HD, как мы его расшифруем?Дмитрий: High definition. Высокое разрешение. Анатолий: Высокое разрешение, другими словами это аудио большого разрешения.

Таковой стандарт уже возможно базисным для весьма качественной аудиоаппаратуры, для источников сигнала, каковые, к примеру, будут соперничать, не побоюсь этого слова, с винилом. Чем закончилась история разработки HD аудио? Intel передал собственные разработки трем компаниям-производителям интерфейсов, а позже, на базе этих интерфейсов, компании, каковые создают аудиокодеки уже для конкретных технических устройств, начиная с Realtek и заканчивая Wolfson, создали кодеки, любой для собственных цифровых процессоров.

Случайная статья:

• Излишняя сложность как причина дополнительных скрытых издержек
• Носимые технологии: майский дайджест. чего ждать и чего дождались

Что такое »Цифра» и чем она отличается от »Аналога»? Природа информации.

Похожие статьи:

• Портативный звук: простыми словами о наушниках и цапах

  Охватывающие наушники Sennheiser HD 800В 19-м выпуске мы обсуждаем наушники и портативные ЦАПы вместе с Данилой Николаевым, специалистом…

• Sony high-resolution audio — новое слово в мире звука

  Мир не терпит стагнации и все всегда развивается — улучшается не только уровень качества видеоизображения, но и звука. Как раз качеству звука была…

• Бас словами музыканта

  На очереди – еще один транскрипт отечественного подкаста «Звук». В пятом выпуске (3.02.2014) мы решили открыть серию бесед с специалистами из мира…