В тот момент, когда мы, сидя в уютном кресле, слушаем любимую песню, аудиосистема каждую секунду обрабатывает тысячи различных цифр. Каждая нота получается путем сложных вычислений, позволяющих определить параметры звука, уменьшить шумы, создать эффект объемного звучания и т. д. Можно долго рассуждать о том, какое качество звука является необходимым.

Сравнение SACD и PCM

Одному вполне хватает кассетного магнитофона, другой недоволен качеством звучания стереосистемы за $60 тыс. Но все согласятся с тем, что звук должен быть как можно ближе к реальности. К сожалению, даже самые совершенные акустические системы все равно будут играть музыку немного не так, как она звучит на концерте или в студии. По крайней мере, так было до недавнего времени…

Крестики-нолики

Эпоха цифрового звука началась с появления музыкальных компакт-дисков. Идея записывать звук в виде нолей и единиц вызвала восторг у многих меломанов; впрочем, у части из них он быстро сменился разочарованием. Начали говорить о том, что звук на CD «металлический», «бездушный», «плоский» и т. д. Причина этого в том, что формат CD воспроизводит звук неточно. Информация на компакт-диск записывается при помощи углублений (питов) на слое пластмассы, покрытом отражающим веществом (алюминий, серебро, золото). Минимальной единицей информации является один бит — число в двоичной системе исчисления. Его значение может равняться 0 или 1. Считывание информации производится лучом лазера, разный характер отражения которого и определяет значение одного бита записи. Если лазер натыкается на углубление — система засчитывает единицу, если поверхность остается ровной — ноль. Для того, чтобы перевести музыку в цифровой формат, ее разбивают на огромное количество очень коротких отрезков, которые называются сэмплами. Для каждого из этих отрезков вычисляется значение, определяющее уровень звукового сигнала. Этот показатель также разбит на много «ступенек».

Таким образом, когда мы слушаем музыку с обычного компакт-диска, на самом деле ее график будет выглядеть как лестница. На протяжении определенных отрезков уровень сигнала вообще не меняется, причем сам уровень звука также отражается приблизительно (см. графики на следующей странице).

Возможности формата CD не позволяют воспроизводить музыку с такой точностью, чтобы обман не был заметен для человеческого уха. Примерно это выглядит как в кино: если увеличить интервал между кадрами, мы сможем различить, что все на экране двигается рывками. В формате CD значение уровня звукового сигнала определяется 44 100 раз за 1 секунду и кривая, отражающая значение звука, имеет около 60 тыс. «ступенек». На определение параметров звука на одном отрезке времени отводится 16 бит информации. Это неплохой показатель, позволяющий воспроизводить музыку достаточно близко к действительности. Однако многим этого не хватает.

Лучше меньше, да лучше

Новым словом в технологии цифрового звука стало появление формата DVD. По технологии записи и воспроизведения звука DVD принципиально ничем не отличается от CD, но на DVDдиске меньший размер углублений, за счет чего на поверхности такой же площади удается разместить в несколько раз больше информации. На односторонний DVD записывается около 4 ГБ данных, что в 8 раз больше, чем на обычном CD. Изготовители аудиотехники не использовали оказавшееся в их распоряжении дополнительное пространство для того, чтобы сделать запись длиннее по времени. Зато им удалось повысить ее качество. На DVD-диске может храниться около 70 минут музыки, которая по качеству значительно превосходит звук в формате

CD Audio. Значение звукового сигнала определяется для формата DVD уже 96 тыс. раз в секунду, а на определение параметров звука выделено уже 24 бита информации, поэтому «лестница» для DVD может иметь уже 16 млн «ступенек». При воспроизведении фрагмента музыки, записанного в формате DVD, даже простой человек, без каких-то исключительных музыкальных способностей, может заметить, что качество звука стало существенно ближе к реальному звучанию по сравнению

с обычным компакт-диском.

Далее повышать качество звука можно за счет создания дисков еще большего объема и прибавления дополнительных «ступенек» к звуковой «лестнице», но производители оборудования решили обратить внимание на сам способ записи сигнала. По мнению многих, этот способ был несовершенен. В 1997 году фирмы Philips и Sony совместно разработали принципиально новую технологию кодирования звукового сигнала Bitstream (буквально — «поток битов»), или Direct-Stream-Digital («прямой цифровой поток»). Диски, использующие для хранения информации стандарт Bitstream, получили название Super Audio CD. SACD-диски аналогичны DVD по плотности записи, размеру питов и емкости. Но для записи звука используется другой принцип: теперь нет необходимости на каждом отрезке времени определять амплитуду звукового сигнала. Вместо этого вычисляется разница параметров звука по сравнению с предыдущим значением. Если амплитуда сигнала увеличилась — записывается 1, если уменьшилась — 0. Это позволило уменьшить объемы информации, используемой для записи звука,

и повысить частоту «замеров» до действительно потрясающих показателей. На SACD-диск музыка записывается с частотой до 2 822 00 сэмплов в секунду, это в 64 раза больше, чем на компакт-диске. Здесь очень логично задаться вопросом: получим ли мы на самом деле звук в 64 раза лучше? Очень многие люди, слушавшие музыку на DVD и Super Audio CD, утверждают, что отличить друг от друга эти два формата практически невозможно. У них нет проблем со слухом: как утверждает ряд экспертов, реально заметить разницу между двумя форматами можно только в специальной лаборатории…

За пределами восприятия

Предел восприятия человеческого уха, после которого разница в качестве уже не чувствуется, находится на уровне 64 тыс. сэмплов в секунду. DVD превосходит этот предел на 32 тыс. сэмплов в секунду. SACD — на 2,7 млн сэмплов в секунду. Но при этом для человеческого уха нет разницы, насколько именно превышен предел восприятия. Поэтому споры о возможном преимуществе одного формата над другим ведутся до сих пор.

Динамический диапазон (отрезок между самым тихим и самым громким звучанием) также исчерпал свои возможности по улучшению качества записи.

В DVD-Audio при 24битном кодировании обеспечивается динамический диапазон до 144 Дб.

В настоящий момент не существует аудиоаппаратуры, способной воспроизвести такой сигнал. Кроме того, вряд ли кому-то это вообще придет в голову: примерно на уровне 120 Дб находится звук двигателя реактивного самолета с расстояния 5 м.

Как всегда, когда в качестве козыря нельзя использовать какие-то реальные преимущества, в дело вступают рекламщики и маркетологи. Именно им предстоит объяснить покупателям, почему «кристально-чистое» звучание DVD лучше, чем «абсолютно идеальный» звук, записанный в формате Super Audio CD.

Пока компании, продвигающие на рынке два конкурирующих формата, только готовятся к главной битве за симпатии меломанов во всем мире, но эксперты считают, что лидер среди форматов определится в ближайший год или полгода.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№2, Февраль 2003).