Analog ve dijital kayıt karşılaştırması - Comparison of analog and digital recording
Ses , dijital veya analog teknikler kullanılarak kaydedilebilir , saklanabilir ve çalınabilir . Her iki teknik de seste hatalar ve bozulmalar ortaya çıkarır ve bu yöntemler sistematik olarak karşılaştırılabilir. Müzisyenler ve dinleyiciler dijitalin analog ses kayıtlarına karşı üstünlüğü konusunda tartışmışlardır. Analog sistemler için argümanlar, dijital ses sistemlerinde bulunan, örtüşme ve nicemleme gürültüsü dahil olmak üzere temel hata mekanizmalarının yokluğunu içerir . Dijitalin savunucuları, duyulabilir bantta mükemmel doğrusallık ve düşük gürültü ve bozulma seviyeleri dahil olmak üzere dijital sesle mümkün olan yüksek performans seviyelerine işaret eder.
İki yöntem arasındaki performans açısından öne çıkan iki fark, bant genişliği ve sinyal-gürültü oranıdır (S/N oranı). Dijital sistem bant genişliği göre belirlenir Nyquist frekansı ile, örnekleme oranı kullanılır. Bir analog sistemin bant genişliği, analog devrelerin fiziksel ve elektronik yeteneklerine bağlıdır. Bir dijital sistemin S/N oranı , sayısallaştırma işleminin bit derinliği ile sınırlanabilir , ancak dönüştürme devrelerinin elektronik uygulaması ek gürültü getirir. Bir analog sistemde, kırpışma gürültüsü ve kayıt ortamındaki kusurlar gibi diğer doğal analog gürültü kaynakları mevcuttur . Dijital sistemlerde daha şeffaf filtreleme algoritmaları ve analog sistemlerin harmonik doygunluğu ve hız değişimleri gibi diğer performans farklılıkları, karşılaştırılan sistemlere özeldir .
Dinamik aralık
Dinamik aralık bir ses sisteminin bir ortam içinde temsil edilebilir en küçük ve en büyük genlik değerleri arasındaki farkın bir ölçüsüdür. Dijital ve analog hem aktarım hem de depolama yöntemlerinde olduğu gibi bu yöntemlerden dolayı sistemlerin sergilediği davranışta da farklılık göstermektedir.
Dijital ses sistemlerinin dinamik aralığı, analog ses sistemlerininkini aşabilir. Tüketici analog kaset bantları , 60 ila 70 dB'lik bir dinamik aralığa sahiptir. Analog FM yayınları nadiren 50 dB'yi aşan bir dinamik aralığa sahiptir. Doğrudan kesilmiş bir vinil kaydın dinamik aralığı 70 dB'yi geçebilir. Analog stüdyo ana bantları, 77 dB'ye kadar dinamik aralığa sahip olabilir. Kusursuz elmastan yapılmış bir LP , yaklaşık 0,5 nanometrelik bir atomik özellik boyutuna sahiptir ve bu, 8 mikronluk bir oluk boyutu ile 110 dB'lik bir teorik dinamik aralık sağlar. Mükemmel vinil LP'den yapılmış bir LP, 70 dB'lik teorik bir dinamik aralığa sahip olacaktır. Ölçümler, 60 ila 70 dB aralığında maksimum gerçek performansı gösterir. Tipik olarak, 16 bitlik bir analogdan dijitale dönüştürücü 90 ile 95 dB arasında bir dinamik aralığa sahip olabilirken, sinyal-gürültü oranı (kabaca dinamik aralığa eşdeğerdir, nicemleme gürültüsünün yokluğuna ancak bantın varlığına dikkat edilerek) Profesyonel bir makaradan makaraya ¼ inçlik bir teyp kayıt cihazının tıslama değeri, kayıt cihazının nominal çıkışında 60 ile 70 dB arasında olacaktır.
16 bitten daha yüksek doğrulukta dijital kayıt cihazları kullanmanın faydaları, 16 bit ses CD'sine uygulanabilir. Stuart, doğru titreşim ile bir dijital sistemin çözünürlüğünün teorik olarak sonsuz olduğunu ve örneğin, iyi tasarlanmış bir 16 bit kanalda -110 dB'de (dijital tam ölçeğin altında) sesleri çözmenin mümkün olduğunu vurgular.
Aşırı yük koşulları
Yüksek seviyeli sinyaller mevcut olduğunda analog ve dijital sistemlerin davranışında bazı farklılıklar vardır ve bu tür sinyallerin sistemi aşırı yüke itme olasılığı vardır. Yüksek seviyeli sinyallerle, analog manyetik bant doygunluğa yaklaşır ve yüksek frekans yanıtı, düşük frekans yanıtıyla orantılı olarak düşer. İstenmese de, bunun duyulabilir etkisi makul ölçüde itiraz edilemez olabilir. Buna karşılık, dijital PCM kaydediciler aşırı yükte iyi huylu olmayan davranış gösterirler; tepe niceleme seviyesini aşan numuneler basitçe kesilir, dalga biçimi kare şeklinde kesilir, bu da büyük miktarlarda yüksek frekanslı harmonikler biçiminde bozulmaya neden olur. Prensipte, PCM dijital sistemleri, tam sinyal genliğinde en düşük doğrusal olmayan bozulma seviyesine sahiptir. Bunun tersi, yüksek sinyal seviyelerinde bozulmanın artma eğiliminde olduğu analog sistemler için genellikle doğrudur. Manson (1980) tarafından yapılan bir araştırma, yüksek kaliteli yayın için dijital bir ses sisteminin gerekliliklerini ele aldı. 16 bitlik bir sistemin yeterli olacağı sonucuna vardı, ancak sistemin normal çalışma koşullarında sağladığı küçük rezerve dikkat çekti. Bu nedenle, sistemin aşırı yüklenmesini önlemek için hızlı etkili bir sinyal sınırlayıcı veya ' yumuşak kırpıcı ' kullanılması önerildi .
Birçok kayıtta, sinyal zirvelerindeki yüksek seviye bozulmalar, orijinal sinyal tarafından duyulabilir şekilde maskelenebilir, bu nedenle, tepe sinyal seviyelerinde büyük miktarlarda bozulma kabul edilebilir. Analog ve dijital sistemler arasındaki fark, yüksek seviyeli sinyal hatası şeklindedir. Bazı erken analogdan dijitale dönüştürücüler, aşırı yükleme sinyallerinin pozitiften negatif tam ölçeğe 'sarıldığı' aşırı yükteyken iyi huylu olmayan davranış sergilediler. Sigma-delta modülasyonuna dayalı modern dönüştürücü tasarımları aşırı yük koşullarında kararsız hale gelebilir. Aşırı yüklenmeyi önlemek için yüksek seviyeli sinyalleri sınırlamak genellikle dijital sistemlerin bir tasarım hedefidir. Aşırı yüklenmeyi önlemek için modern bir dijital sistem, dijital tam ölçeğe ulaşılamayacak şekilde giriş sinyallerini sıkıştırabilir.
Fiziksel bozulma
Analog çoğaltmadan farklı olarak, dijital kopyalar prensip olarak süresiz ve nesil kaybı olmadan çoğaltılabilen tam kopyalardır . Hata düzeltme, dijital medyanın veri kaybına karşı bağışık olmamasına rağmen, dijital formatların önemli medya bozulmalarını tolere etmesine izin verir. Tüketici CD-R kompakt diskleri, hem doğal hem de üretim kalitesi sorunları nedeniyle sınırlı ve değişken bir ömre sahiptir.
Vinil kayıtlarda, diskin her oynatılışında aslına uygunlukta bir miktar kayıp olacaktır. Bunun nedeni, kayıt yüzeyi ile temas halinde olan kalemin aşınmasıdır. Hem analog hem de dijital manyetik bantlar, bant üzerlerinden kayarken bant ile kafalar, kılavuzlar ve bant aktarımının diğer parçaları arasındaki sürtünmeden dolayı aşınır . Bir bant makinesinin bant yolunun temizlenmesi sırasında swablar üzerinde biriken kahverengi kalıntı, aslında bantlardan dökülen manyetik kaplama parçacıklarıdır. Yapışkanlık sendromu , eski bantlarda yaygın bir sorundur. Bantlar ayrıca, özellikle düşük kaliteli veya hizası bozuk bant desteklerinden plastik bant tabanının kenarlarında kırışma, gerilme ve kıvrılma sorunu yaşayabilir.
Bir CD çalındığında, veriler bir lazer ışını kullanılarak optik olarak okunduğu için herhangi bir fiziksel temas söz konusu değildir. Bu nedenle, böyle bir ortam bozulması meydana gelmez ve CD, uygun özenle, her çalındığında tam olarak aynı şekilde ses çıkarır (çaların ve CD'nin eskimesi azaltılarak); ancak bu, dijital kaydın değil, optik sistemin bir avantajıdır ve Laserdisc formatı, analog optik sinyallerle aynı temassız avantaja sahiptir. CD'ler disk çürümesine maruz kalır ve düzgün bir şekilde saklanıp çalınmasalar bile zamanla yavaş yavaş bozulur. Kendisini 1000 yıl boyunca okunabilir olarak pazarlayan kaydedilebilir bir optik teknoloji olan M-DISC , belirli pazarlarda mevcuttur, ancak 2020'nin sonlarından itibaren hiçbir zaman CD-R formatında satılmamıştır . (Ancak ses , DVD-Audio formatı kullanılarak bir M-DISC DVD-R'de saklanabilir .)
gürültü, ses
Elektronik ses sinyalleri için, gürültü kaynakları, kayıt ve oynatma döngüsündeki mekanik, elektriksel ve termal gürültüyü içerir. Bir ses ekipmanı parçasının orijinal sinyale eklediği gürültü miktarı ölçülebilir. Matematiksel olarak bu, sinyal-gürültü oranı (SNR veya S/N oranı) aracılığıyla ifade edilebilir. Bazen bunun yerine sistemin mümkün olan maksimum dinamik aralığı belirtilir.
Dijital sistemlerde, çoğaltma kalitesi analogdan dijitale ve dijitalden analoğa dönüştürme adımlarına bağlıdır ve dijital değerleri hatasız tutmanın yeterli olması koşuluyla kayıt ortamının kalitesine bağlı değildir. Bit-mükemmel depolama ve alma yeteneğine sahip dijital ortamlar, genellikle hata toleransı olmayan yazılım depolaması için geliştirildikleri için bir süredir yaygın olmuştur.
Analogdan dijitale dönüştürme süreci, teoriye göre her zaman nicemleme bozulmasına neden olacaktır. Bu bozulma, titreşim kullanımı yoluyla ilişkisiz nicemleme gürültüsü olarak işlenebilir . Bu gürültünün veya bozulmanın büyüklüğü niceleme seviyelerinin sayısı ile belirlenir. İkili sistemlerde bu belirlenir ve tipik olarak bit sayısı cinsinden ifade edilir . Her ek bit, olası SNR'de yaklaşık 6 dB ekler, örneğin 24 bit niceleme için 24 x 6 = 144 dB, 21 bit için 126 dB ve 20 bit için 120 dB. Red Book ses CD'sinin 16 bit dijital sistemi , teorik olarak 98 dB'lik bir SNR'ye izin veren 2 16 = 65.536 olası sinyal genliğine sahiptir .
gürlemek
Rumble, döner tablaların yataklarındaki kusurların neden olduğu bir gürültü karakteristiğidir , tabla istenen dönüşün yanı sıra az miktarda hareket etme eğilimindedir - döner tabla yüzeyi ayrıca yukarı ve aşağı ve hafifçe yan yana hareket eder. Bu ek hareket, istenen sinyale, genellikle çok düşük frekanslarda gürültü olarak eklenir ve sessiz geçişler sırasında bir gürleme sesi yaratır. Çok ucuz döner tablalar bazen duyulabilir miktarda uğultu üretmesi çok muhtemel olan bilyalı rulmanlar kullanırdı. Daha pahalı döner tablalar , rahatsız edici miktarlarda gürültü üretme olasılığı çok daha düşük olan büyük kovanlı yataklar kullanma eğilimindedir . Artan döner tabla kütlesi aynı zamanda gürültünün azalmasına yol açma eğilimindedir. İyi bir döner tabla, alıcıdan belirtilen çıkış seviyesinin en az 60 dB altında gürültüye sahip olmalıdır. Sinyal yolunda hareketli parçaları olmadığı için dijital sistemler gürültüye maruz kalmazlar.
Vay ve çarpıntı
Wow ve çarpıntı , bir analog cihazın frekansındaki bir değişikliktir ve mekanik kusurların sonucudur, wow daha yavaş bir çarpıntı biçimidir. Vay ve çarpıntı en çok saf tonlar içeren sinyallerde fark edilir. LP kayıtları için, döner tablanın kalitesi, wow ve flutter seviyesi üzerinde büyük bir etkiye sahip olacaktır. İyi bir döner tabla, ortalama değerden hız değişimi olan %0,05'in altında wow ve flutter değerlerine sahip olacaktır. Kaydedicinin kusurlu çalışması sonucunda, kayıtta ayrıca uğultu ve çarpıntı da olabilir. Zaman tabanları için hassas kristal osilatörleri kullanmaları nedeniyle , dijital sistemler wow ve flutter'a tabi değildir.
Frekans tepkisi
Dijital sistemler için frekans yanıtının üst sınırı, örnekleme frekansı tarafından belirlenir . Dijital bir sistemde örnek örnekleme frekansı seçimi Nyquist–Shannon örnekleme teoremine dayanır . Bu, örneklenen bir sinyalin, sinyalin bant genişliğinin iki katından daha büyük bir frekansta , Nyquist frekansında örneklendiği sürece tam olarak yeniden üretilebileceğini belirtir . Bu nedenle, 40 kHz'lik bir örnekleme frekansı, 20 kHz'den küçük veya buna eşit frekans bileşenlerine sahip bir sinyalde bulunan tüm bilgileri yakalamak için matematiksel olarak yeterlidir. Örnekleme teoremi ayrıca, Nyquist frekansının üzerindeki frekans içeriğinin, örneklemeden önce sinyalden çıkarılmasını gerektirir. Bu, örtüşmeyi yeterince azaltmak için bir geçiş bandı gerektiren kenar yumuşatma filtreleri kullanılarak gerçekleştirilir . Ses CD'leri için standart tarafından kullanılan 44.100 Hz örnekleme frekansı tarafından sağlanan bant genişliği , kabaca 20 Hz'den 20 kHz'e kadar uzanan tüm insan işitme aralığını kapsayacak kadar geniştir . Bazı tüketici ve telekomünikasyon sistemleri daha kısıtlı bir frekans aralığı kaydederken, profesyonel dijital kayıt cihazları daha yüksek frekansları kaydedebilir.
Yüksek kaliteli makaradan makaraya makineler , 10 Hz'den 20 kHz'in üzerine çıkabilir. Bazı analog bant üreticileri, 20 kHz'e kadar olan frekans yanıtlarını belirtir, ancak bu ölçümler daha düşük sinyal seviyelerinde yapılmış olabilir. Kompakt Kasetlerin tam (0 dB) kayıt seviyesinde 15 kHz'e kadar uzanan bir yanıtı olabilir. Daha düşük seviyelerde (-10 dB), kaset ortamının kendiliğinden silinmesi nedeniyle kasetler tipik olarak 20 kHz ile sınırlıdır .
Geleneksel bir LP oynatıcı için frekans yanıtı 20 Hz ila 20 kHz, ±3 dB olabilir. Vinil kayıtların düşük frekans tepkisi, gürleme gürültüsü (yukarıda açıklanmıştır) ve ayrıca tüm toplama kolunun ve dönüştürücü tertibatının fiziksel ve elektriksel özellikleriyle sınırlıdır. Vinilin yüksek frekans yanıtı kartuşa bağlıdır. CD4 kayıtları 50 kHz'e kadar olan frekansları içeriyordu. LP kayıtlarında 122 kHz'e kadar olan frekanslar deneysel olarak kesilmiştir.
takma
Dijital sistemler , örneklemeden önce Nyquist frekansının üzerindeki tüm yüksek frekanslı sinyal içeriğinin kaldırılmasını gerektirir; bu, yapılmazsa, bu ultrasonik frekansların duyulabilir aralıktaki frekanslara "katlanması" ile sonuçlanacak ve bir tür bozulma üretecektir. takma denir . Bir anti-aliasing filtresi ile dijital sistemlerde aliasing engellenir . Bununla birlikte, belirli bir kesme frekansının tam olarak üstündeki veya altındaki tüm frekans içeriğini kesin olarak kaldıran bir analog filtre tasarlamak pratik değildir. Bunun yerine, genellikle Nyquist gereksiniminin üzerinde olan bir örnekleme oranı seçilir. Bu çözüme aşırı örnekleme denir ve daha az agresif ve daha düşük maliyetli bir kenar yumuşatma filtresinin kullanılmasına izin verir.
İlk dijital sistemler, analog örtüşme önleyici filtrelerin kullanımıyla ilgili bir dizi sinyal bozulmasından zarar görmüş olabilir, örneğin, zaman dağılımı, doğrusal olmayan bozulma , dalgalanma , filtrelerin sıcaklığa bağımlılığı vb. Bir aşırı örnekleme tasarımı ve delta-sigma modülasyonu kullanarak , daha az agresif analog kenar yumuşatma filtresi, bir dijital filtre ile desteklenebilir. Bu yaklaşımın çeşitli avantajları vardır. Dijital filtre, düşük bant içi dalgalanma ve yaşlanma veya termal sapma olmadan ideale yakın bir aktarım işlevine sahip olacak şekilde yapılabilir.
Analog sistemler bir Nyquist sınırına veya örtüşmeye tabi değildir ve bu nedenle kenar yumuşatma filtreleri veya bunlarla ilişkili tasarım hususlarından herhangi birini gerektirmez. Bunun yerine, analog depolama biçimlerinin sınırları, yapılarının fiziksel özelliklerine göre belirlenir.
Örnekleme oranları
CD kalitesinde ses 44.100 Hz'de ( Nyquist frekansı = 22.05 kHz) ve 16 bitte örneklenir . Dalga biçimini daha yüksek frekanslarda örneklemek ve örnek başına daha fazla sayıda bite izin vermek, gürültü ve bozulmanın daha da azaltılmasını sağlar. DAT, sesi 48 kHz'e kadar örnekleyebilir, DVD-Audio ise 96 veya 192 kHz ve 24 bit çözünürlüğe kadar olabilir. Bu örnekleme hızlarından herhangi biri ile, sinyal bilgisi, genellikle insan işitme aralığı olarak kabul edilenin üzerinde yakalanır .
Muraoka ve diğerleri tarafından 1981 yılında yapılan çalışma. 20 kHz'in üzerinde frekans bileşenlerine sahip müzik sinyallerinin, 176 test deneğinden sadece birkaçı tarafından olmayanlardan ayırt edildiğini gösterdi. Nishiguchi ve arkadaşları tarafından algısal bir çalışma. (2004), "ses uyaranları ve denekler arasında çok yüksek frekans bileşenleri olan ve olmayan sesler arasında önemli bir fark bulunmadığı" sonucuna varmıştır... ancak, [Nishiguchi ve diğerleri], bazı deneklerin ayırt etme olasılığını hala ne onaylayabilir ne de reddedebilir. çok yüksek frekans bileşenleri olan ve olmayan müzikal sesler arasında."
Bob Katz tarafından 1996 yılında gerçekleştirilen ve Mastering Audio: The Art and the Science adlı kitabında anlatılan kör dinleme testlerinde , aynı yüksek örnek oranlı yeniden üretim ekipmanını kullanan denekler, yukarıdaki frekansları kaldırmak için aynı şekilde filtrelenmiş program materyali arasında herhangi bir işitilebilir fark göremediler. 20 kHz'e karşı 40 kHz. Bu, ultrasonik içeriğin varlığının veya yokluğunun, numune oranları arasındaki işitsel varyasyonu açıklamadığını gösterir. Varyasyonun büyük ölçüde dönüştürücülerdeki bant sınırlayıcı filtrelerin performansından kaynaklandığını öne sürüyor. Bu sonuçlar, daha yüksek örnek hızları kullanmanın ana yararının, bant sınırlayıcı filtrelerden kaynaklanan sonuçsal faz bozulmasını işitilebilir aralığın dışına itmesi olduğunu ve ideal koşullar altında daha yüksek örnek hızlarının gerekli olmayabileceğini göstermektedir. Dunn (1998), performanstaki bu farklılıkların dönüştürücülerde kullanılan bant sınırlayıcı filtrelerle açıklanıp açıklanamayacağını görmek için dijital dönüştürücülerin performansını inceledi ve ortaya koydukları eserleri aradı.
niceleme
Bir sinyal, bir analog sinyalin genliğini örnekleme hızıyla belirtilen düzenli aralıklarla ölçen ve daha sonra bu örneklenmiş sayıları bilgisayar donanımında saklayan bir analogdan dijitale dönüştürücü tarafından dijital olarak kaydedilir . Bilgisayarlardaki sayılar, sonlu bir ayrık değerler kümesini temsil eder; bu, bir analog sinyal yerel yöntemler kullanılarak (titreşim olmadan) dijital olarak örneklenirse, ses sinyalinin genliğinin basitçe en yakın temsile yuvarlanacağı anlamına gelir. Bu işleme niceleme denir ve ölçümlerdeki bu küçük hatalar işitsel olarak düşük seviyeli gürültü veya bozulma olarak kendini gösterir. Bazen granüler veya nicemleme distorsiyonu olarak adlandırılan bu bozulma biçimi, bazı dijital sistemlerin ve özellikle dijital yayının analog versiyondan daha düşük olduğu söylenen bazı erken dijital kayıtların bir hatası olarak gösterildi. Bununla birlikte, "eğer niceleme, doğru titreşim kullanılarak gerçekleştirilirse, sayısallaştırmanın tek sonucu, etkin bir şekilde beyaz, ilişkisiz, iyi huylu, rastgele bir gürültü tabanının eklenmesidir. Gürültünün seviyesi, içindeki bitlerin sayısına bağlıdır. kanal."
Bir örnek tarafından sayısal olarak temsil edilebilecek olası değerlerin aralığı, kullanılan ikili basamak sayısı ile belirlenir. Buna çözünürlük denir ve genellikle PCM ses bağlamında bit derinliği olarak adlandırılır. Nicemleme gürültü seviyesi doğrudan bu sayı tarafından belirlenir ve çözünürlük arttıkça üstel olarak (doğrusal olarak dB birimlerinde) azalır. Yeterli bir bit derinliği ile, diğer kaynaklardan gelen rastgele gürültü baskın olacak ve niceleme gürültüsünü tamamen maskeleyecektir. Redbook CD standardı, nicemleme gürültüsünü maksimum genliğin 96 dB altında, hemen hemen her kaynak materyalde fark edilebilir bir seviyenin çok altında tutan 16 bit kullanır. Etkili titreşimin eklenmesi, "pratik anlamda, çözünürlük, gürültüdeki sesleri çözme yeteneğimizle sınırlıdır. ... İyi tasarlanmış bir 16-bit'te –110dB'lik sinyalleri ölçmek (ve işitmek) konusunda hiçbir sorunumuz yok. kanal." DVD-Audio ve çoğu modern profesyonel kayıt ekipmanı, 24 bitlik örneklere izin verir.
Analog sistemler, sinyalin kodlandığı ayrı dijital seviyelere sahip olmak zorunda değildir. Sonuç olarak, orijinal sinyalin korunabileceği doğruluk, bunun yerine, medyanın ve oynatma ekipmanının içsel gürültü tabanı ve maksimum sinyal seviyesi ile sınırlıdır.
Analog ortamda niceleme
Analog ortam moleküllerden oluştuğu için , en küçük mikroskobik yapı , kaydedilen sinyalin en küçük nicemleme birimini temsil eder. Moleküllerin rastgele termal hareketleri, okuma aletinin sıfır olmayan boyutu ve diğer ortalama alma etkileri gibi doğal titreme süreçleri, pratik sınırı en küçük moleküler yapısal özelliğinkinden daha büyük hale getirir. 8 mikronluk bir oluk boyutuna ve 0,5 nanometrelik bir özellik boyutuna sahip mükemmel elmastan oluşan teorik bir LP, 16 bitlik bir dijital örneğe benzer bir nicelemeye sahiptir.
Çözüm olarak titreme
Uygulayarak gürültü sesli olarak iyi huylu nicemlemesini yapmak mümkündür renk taklidi . Bunu yapmak için, nicemlemeden önce orijinal sinyale gürültü eklenir. Titreşimin optimal kullanımı, niceleme hatasını sinyalden bağımsız hale getirme etkisine sahiptir ve sinyal bilgisinin dijital sistemin en az anlamlı bitinin altında tutulmasına izin verir .
Titreşim algoritmaları aynı zamanda yaygın olarak bir tür gürültü şekillendirmeyi kullanma seçeneğine sahiptir ; bu, titreşim gürültüsünün çoğunun frekansını insan kulağının daha az işitebildiği alanlara iterek dinleyicinin gördüğü gürültü tabanının seviyesini düşürür.
Titreşim , genel olarak son bit derinliği azaltmadan önce mastering sırasında ve ayrıca DSP'nin çeşitli aşamalarında uygulanır .
zamanlama titremesi
Dijital bir sistemin performansını düşürebilecek bir yön, titreşimdir . Bu, numune hızına göre ayrı numunelerin doğru aralığının ne olması gerektiğinden zaman içindeki varyasyon olgusudur. Bu, dijital saatin zamanlama hatalarından kaynaklanabilir. İdeal olarak, bir dijital saat tam olarak düzenli aralıklarla bir zamanlama darbesi üretmelidir. Dijital elektronik devrelerdeki diğer titreşim kaynakları, dijital akışın bir bölümünün sistemden akarken sonraki bir bölümü etkilediği veri kaynaklı titreşim ve güç kaynağından gelen gürültünün zamanlamasında düzensizliklere neden olduğu güç kaynağı kaynaklı titreşimdir. Güç verdiği devrelerdeki sinyaller.
Dijital bir sistemin doğruluğu, örneklenen genlik değerlerine bağlıdır, ancak aynı zamanda bu değerlerin zamansal düzenliliğine de bağlıdır. Bu zamansal bağımlılığın analog versiyonları, perde hatası ve vay ve çarpıntı olarak bilinir.
Periyodik titreşim, modülasyon gürültüsü üretir ve analog çarpıntının eşdeğeri olarak düşünülebilir. Rastgele titreşim, dijital sistemin gürültü tabanını değiştirir. Dönüştürücünün titreşime duyarlılığı, dönüştürücünün tasarımına bağlıdır. 16 bit dijital sistemler için 5 ns'lik rastgele bir titreşimin önemli olabileceği gösterilmiştir .
1998'de Benjamin ve Gannon, dinleme testleri kullanarak titreşimin duyulabilirliğini araştırdı. Duyulabilecek en düşük titreşim seviyesinin 10 ns ( rms ) civarında olduğunu buldular . Bu, 17 kHz'lik bir sinüs dalgası test sinyali üzerindeydi. Müzikle, hiçbir dinleyici 20 ns'den daha düşük seviyelerde titreşimi duyulabilir bulmadı. Ashihara ve ark. (2005), müzik sinyallerinde rastgele titreşim için algılama eşiklerini belirlemeye çalıştı. Yöntemleri ABX dinleme testlerini içeriyordu . Sonuçlarını tartışırken, yazarlar şu yorumu yaptı:
Şimdiye kadar, tüketici ürünlerindeki gerçek titreşim, en azından müzik sinyallerinin yeniden üretilmesi için algılanamayacak kadar küçük görünüyor. Bununla birlikte, bu çalışmada elde edilen algılama eşiklerinin gerçekten işitsel çözünürlük sınırını temsil edip etmeyeceği veya ekipmanın çözünürlüğü ile sınırlı olup olmayacağı açık değildir. Çok küçük titreşimden kaynaklanan bozulmalar, hoparlörlerin doğrusal olmayan özelliklerinden kaynaklanan bozulmalardan daha küçük olabilir. Ashihara ve Kiryu [8] hoparlör ve kulaklıkların doğrusallığını değerlendirdi. Gözlemlerine göre, kulaklıklar, kulak zarında yeterli ses basıncını, hoparlörlerden daha küçük bozulmalarla üretmek için daha fazla tercih ediliyor gibi görünüyor.
Sinyal işleme
İlk kayıttan sonra, sıkıştırma , eşitleme , gecikmeler ve yankı kullanımı gibi ses sinyalinin bir şekilde değiştirilmesi yaygındır . Analog ile bu, dıştan takma donanım bileşenleri biçiminde gelir ve dijital ile aynı şey tipik olarak bir dijital ses iş istasyonundaki (DAW) eklentilerle gerçekleştirilir .
Bir analog ve sayısal filtreleme karşılaştırılması , her iki yöntem için seçilen örnekte, teknik avantajlar. Dijital filtreler daha hassas ve esnektir. Analog filtreler daha basittir, daha verimli olabilir ve gecikmeye neden olmaz.
Analog donanım
Filtreli bir sinyali değiştirirken, çıkış sinyali, faz yanıtı olarak ölçülen girişteki sinyalden zaman içinde farklı olabilir . Birçok ekolayzır bu davranışı sergiler, faz kayması miktarı bazı modellerde farklılık gösterir ve ayarlanan bandın etrafında ortalanır. Bu etki, sinyali frekans yanıtındaki katı bir değişiklikten farklı bir şekilde değiştirse de, bu renklenme bazen ses sinyalinin sesinin algılanması üzerinde olumlu bir etkiye sahip olabilir.
Dijital filtreler
İlgili değişkenler hesaplamalarda tam olarak belirlenebildiğinden, dijital filtreler analog bileşenlerden daha iyi performans gösterecek şekilde yapılabilir. Gecikme ve karıştırma gibi diğer işlemler tam olarak yapılabilir.
Dijital filtreler de daha esnektir. Örneğin lineer faz ekolayzır, frekansa bağlı faz kayması sağlamaz. Bu filtre, bir sonlu darbe yanıt filtresi kullanılarak dijital olarak gerçekleştirilebilir , ancak analog bileşenler kullanılarak pratik bir uygulaması yoktur.
Dijital işlemenin pratik bir avantajı, ayarların daha kolay geri çağrılmasıdır. Plug-in parametreleri bilgisayarda saklanabilir, oysa bir analog ünitedeki parametre detayları, ünitenin yeniden kullanılması gerekiyorsa yazılmalı veya başka bir şekilde kaydedilmelidir. Bu, tüm karışımların bir analog konsol ve dıştan takma donanım kullanılarak manuel olarak geri çağrılması gerektiğinde hantal olabilir. Dijital olarak çalışırken, tüm parametreler bir DAW proje dosyasında saklanabilir ve anında geri çağrılabilir. Çoğu modern profesyonel DAW, eklentileri gerçek zamanlı olarak da işler, bu da işlemenin nihai karışıma kadar büyük ölçüde tahribatsız olabileceği anlamına gelir.
Analog modelleme
Artık analog modellemeyi içeren birçok eklenti var. Orada ses mühendisleri bunları onaylamaz ve taklit onlar analog süreçlere sesin eşit karşılaştırmak hissediyorum. Analog modelleme, parametreleri daha esnek hale getirmek için algoritmalardan gürültüyü kaldırma ve modifikasyonlar gibi analog muadillerine göre bazı avantajlar sağlar. Öte yandan, diğer mühendisler de modellemenin hala orijinal dıştan takmalı bileşenlerden daha düşük olduğunu düşünüyor ve yine de "kutunun dışında" karıştırmayı tercih ediyor.
Ses kalitesi
sübjektif değerlendirme
Öznel değerlendirme, bir ses bileşeninin insan kulağına göre ne kadar iyi performans gösterdiğini ölçmeye çalışır. Öznel testin en yaygın biçimi, ses bileşeninin basitçe tasarlandığı bağlamda kullanıldığı dinleme testidir. Bu test, bileşenin, daha sonra performansı öznel terimlerle tanımlayacak olan gözden geçiren tarafından uzun bir süre kullanıldığı hi-fi yorumcuları arasında popülerdir. Ortak açıklamalar, bileşenin parlak veya donuk bir sesi olup olmadığını veya bileşenin uzamsal bir görüntü sunmayı ne kadar iyi başardığını içerir .
Başka bir tür subjektif test, daha kontrollü koşullar altında yapılır ve dinleme testlerinden olası önyargıları ortadan kaldırmaya çalışır. Bu tür testler, dinleyiciden gizlenen bileşenle yapılır ve kör testler olarak adlandırılır . Testi yürüten kişiden olası yanlılığı önlemek için, bu kişinin test edilen bileşenden habersiz olması için kör test yapılabilir. Bu tür testlere çift kör test denir. Bu tür testler genellikle kayıplı ses sıkıştırma performansını değerlendirmek için kullanılır .
Çift kör testleri eleştirenler, onları sistem bileşenini değerlendirirken dinleyicinin tamamen rahat hissetmesine izin vermediğini düşünür ve bu nedenle farklı bileşenler arasındaki farkları ve ayrıca görüşlü (kör olmayan) testlerde yargılayamaz. Çift kör test yöntemini uygulayanlar, dinleyici eğitimi için belirli bir süre ayırarak dinleyici stresini azaltmaya çalışabilirler.
Erken dijital kayıtlar
İlk dijital ses makineleri, kulağın algılayabileceği hatalar sunan dijital dönüştürücüler ile hayal kırıklığı yaratan sonuçlara sahipti. Plak şirketleri, 1970'lerin sonlarında dijital ses ustalarına dayalı ilk LP'lerini yayınladı. CD'ler 1980'lerin başında kullanıma sunuldu. Şu anda analog ses üretimi olgun bir teknolojiydi .
CD'de yayınlanan erken dijital kayıtlara karışık bir eleştirel yanıt geldi. Plak ile karşılaştırıldığında, CD'nin kayıt ortamının akustiğini ve ortam arka plan gürültüsünü çok daha fazla açığa vurduğu fark edildi. Bu nedenle, analog disk için geliştirilen kayıt tekniklerinin, örneğin mikrofon yerleşiminin, yeni dijital formata uyacak şekilde uyarlanması gerekiyordu.
Bazı analog kayıtlar dijital formatlar için yeniden düzenlendi. Doğal konser salonu akustiğinde yapılan analog kayıtlar, yeniden düzenlemeden yararlanma eğilimindeydi. Yeniden düzenleme süreci zaman zaman kötü işlendiği için eleştirildi. Orijinal analog kayıt oldukça parlak olduğunda, yeniden düzenleme bazen doğal olmayan bir tiz vurguyla sonuçlandı.
Süper Ses CD'si ve DVD-Ses
Süper Ses CD'si (SACD) biçiminde oluşturulmuş Sony ve Philips de daha önce standart ses CD'si formatının geliştiriciler vardı. SACD , delta-sigma modülasyonuna dayalı Direct Stream Digital (DSD) kullanır . Bu tekniği kullanarak, ses verileri, CD tarafından kullanılan 44.1 kHz örnekleme hızının 64 katı olan 2.884 MHz'lik bir örnekleme hızında sabit genlik (yani 1- bit) değerleri dizisi olarak saklanır. Herhangi bir zamanda, orijinal analog sinyalin genliği, veri akışında 1'lerin 0'lara göre göreceli üstünlüğü ile temsil edilir. Bu dijital veri akışı, bu nedenle, bir analog alçak geçiren filtreden geçirilerek analoğa dönüştürülebilir.
DVD Ses formatı standart kullanan lineer PCM en azından maçında ve genellikle büyük ölçüde standart geride bırakmıştır olan örnekleme oranları ve bit derinliği Değişken en Audio CD (16 bit, 44.1 kHz).
Popüler Hi-Fi basınında, lineer PCM'nin "insanlarda [a] stres tepkisi yarattığı" ve DSD'nin "bu etkilere [...] sahip olmayan tek dijital kayıt sistemi olduğu" öne sürülmüştü. Bu iddia, Dr John Diamond'ın 1980 tarihli bir makalesinden kaynaklanıyor gibi görünüyor . PCM kayıtlarının (o sırada mevcut olan tek dijital kayıt tekniği) bir stres reaksiyonu yarattığı iddiasının özü, sözde bilimsel uygulamalı kinesiyoloji tekniğinin kullanılmasına dayanıyordu, örneğin Dr Diamond tarafından bir AES 66. Başlık. Diamond daha önce benzer bir teknik kullanarak rock müziğin (klasik müziğin aksine) "durdurulmuş anapestik vuruş" nedeniyle sağlığınız için kötü olduğunu göstermişti. Diamond'ın dijital sesle ilgili iddiaları , PCM kayıtlarının stres reaksiyonuyla sonuçlandığını, ancak DSD kayıtlarının vermediğini iddia eden Mark Levinson tarafından alındı . Ancak, yüksek çözünürlüklü lineer PCM (DVD-Ses) ve DSD arasındaki çift-kör subjektif bir test, istatistiksel olarak anlamlı bir fark ortaya koymadı. Bu teste katılan dinleyiciler, iki format arasındaki herhangi bir farkı duymakta büyük zorluk çektiklerini belirttiler.
Analog tercih
Vinil canlanma nedeniyle "sıcaklığını" ekler analog ses kusurlarına ait bölümünde yer alır. Bazı dinleyiciler böyle bir sesi CD'ninkine tercih eder. The Absolute Sound dergisinin kurucusu ve editörü Harry Pearson, "LP'ler kesinlikle daha müzikaldir. CD'ler müziğin ruhunu emer. Duygusal katılım kaybolur" diyor. Dub yapımcısı Adrian Sherwood da "daha sıcak" sesi nedeniyle tercih ettiği analog kaset için benzer duygulara sahip.
Dijital formatı tercih edenler, dijital kayıt cihazlarıyla mümkün olan yüksek performansı gösteren kör testlerin sonuçlarına işaret ediyor. İddia, "analog sesin" her şeyden çok analog biçim yanlışlıklarının bir ürünü olduğudur. Dijital sesin ilk ve en büyük destekçilerinden biri , dijital kaydın "bildiğimiz diğer kayıt biçimlerinden kesinlikle üstün" olduğunu söyleyen klasik şef Herbert von Karajan'dı . Ayrıca başarısız Dijital Kompakt Kaset'e öncülük etti ve CD'de ticari olarak piyasaya sürülen ilk kaydı yaptı: Richard Strauss'un Eine Alpensinfonie .
Hibrit sistemler
Analog ses sözcükleri genellikle sesin sürekli bir sinyal yaklaşımı kullanılarak tanımlandığını ve dijital ses sözcükleri ayrı bir yaklaşımı ima ederken, ikisi arasında bir yere denk gelen sesi kodlama yöntemleri vardır. Gerçekten de, tüm analog sistemler, mikroskobik ölçekte ayrık (nicelenmiş) davranış gösterir. Vinil plaklar ve yaygın kompakt kasetler analog ortamlar olsa ve fark edilir niceleme veya örtüşme olmaksızın yarı doğrusal fiziksel kodlama yöntemleri (örneğin, spiral oluk derinliği, bant manyetik alan gücü) kullanırken, üzerinde karşılaşılanlara benzer etkiler sergileyen analog doğrusal olmayan sistemler vardır. örtüşme ve "sert" dinamik zeminler gibi dijital olanlar (örn. video kasetlerde frekans modülasyonlu hi-fi ses, PWM kodlu sinyaller).
Ayrıca bakınız
Referanslar
bibliyografya
- Libbey, Ted (Şubat 1995). "Dijital analoga karşı: CD'deki dijital müzik endüstri standardı olarak hüküm sürüyor" . Omni . Cilt 17 hayır. 5.
- Pohlmann, K. (2005). Dijital Ses İlkeleri 5. baskı, McGraw-Hill Comp.