Piątek, 25 czerwca 2021

Muzyka analogowa i cyfrowa: jak wpływają na odtwarzanie

22 marca 2021

Często słyszymy o różnicach między sygnałem analogowym a cyfrowym. Na czym dokładnie polegają te zmienne i jak to wpływa na odbiór muzyki?

Na czym polega różnica?

Różnica polega na tym, że sygnał analogowy jest ciągły w czasie, podczas gdy sygnał cyfrowy składa się z ograniczonego zestawu współrzędnych. Jeśli wszystko sprowadza się do współrzędnych, to każdy segment sygnału analogowego składa się z nieskończonej liczby współrzędnych. W przypadku sygnału cyfrowego współrzędne wzdłuż osi poziomej są rozmieszczone w regularnych odstępach, zgodnie z częstotliwością próbkowania. W typowym formacie Audio-CD jest to 44 100 punktów na sekundę. W pionie dokładność wysokości współrzędnych odpowiada pojemności cyfr sygnału cyfrowego, dla 8 bitów jest to 256 poziomów, dla 16 bitów = 65536, a dla 24 bitów = 16777216 poziomów. Im większa głębia bitowa (liczba poziomów), tym bliższe współrzędne pionowe do oryginalnej fali. Źródła analogowe to winyle i taśmy audio. Źródła cyfrowe to: CD-Audio, DVD-Audio, SA-CD (DSD) oraz pliki w formatach WAVE i DSD (w tym pochodne APE, Flac, Mp3, Ogg itp.).

Zalety i wady sygnału analogowego

Zaletą sygnału analogowego jest to, że w postaci analogowej odbieramy dźwięk naszymi uszami. I choć nasz system słuchowy przetwarza odbierany strumień dźwięku na postać cyfrową i przekazuje go w tej formie do mózgu, to nauka i technika nie osiągnęły jeszcze możliwości łączenia odtwarzaczy i innych źródeł dźwięku bezpośrednio w tej formie. Takie badania są obecnie aktywnie prowadzone dla osób niepełnosprawnych, a my cieszymy się wyłącznie dźwiękiem analogowym.

Wadą sygnału analogowego jest możliwość przechowywania, przesyłania i replikacji sygnału. Podczas nagrywania na taśmie lub winylu jakość sygnału zależy od właściwości taśmy, lub winylu. Z biegiem czasu taśma ulegnie rozmagnesowaniu, a jakość nagrywanego sygnału się pogorszy. Każdy odczyt stopniowo niszczy nośnik, a przepisanie wprowadza dodatkowe zniekształcenia, gdzie kolejne odchylenia dodają kolejny nośnik (taśma lub winyl), urządzenia do odczytu, nagrywania i nadawania sygnału. Wykonanie kopii sygnału analogowego jest jak zrobienie kolejnego zdjęcia w celu skopiowania zdjęcia.

Zalety i wady sygnału cyfrowego

Zalety sygnału cyfrowego obejmują dokładność podczas kopiowania i przesyłania strumienia audio, w którym oryginał nie różni się od kopii. Główną wadę można uznać za to, że sygnał cyfrowy jest etapem pośrednim, a dokładność końcowego sygnału analogowego będzie zależeć od tego, jak szczegółowo i dokładnie zostaną opisane współrzędne fali dźwiękowej. Im więcej jest punktów i im dokładniejsze współrzędne, tym dokładniejsza będzie fala. Jednak nadal nie ma zgody co do tego, ile współrzędnych i dokładności danych wystarcza, aby powiedzieć, że cyfrowa reprezentacja sygnału jest wystarczająca do dokładnej rekonstrukcji sygnału analogowego, nieodróżnialnego dla naszych uszu od oryginału. Pod względem ilości danych pojemność konwencjonalnej analogowej kasety audio wynosi tylko około 700-1,1 MB, podczas gdy zwykła płyta CD mieści 700 MB. Sygnał cyfrowy pojawił się, kiedy pojawiło się zapotrzebowanie na nośniki o dużej pojemności. A to rodzi odrębną wojnę kompromisów z różnymi wymaganiami co do ilości punktów opisowych i dokładności współrzędnych. Obecnie uważa się, że wystarczy przedstawić falę dźwiękową o częstotliwości próbkowania 44,1 kHz i 16-bitowej głębokości bitowej. Przy częstotliwości próbkowania 44,1 kHz można odzyskać do 22 kHz. Jak pokazują badania psychoakustyczne, dalszy wzrost częstotliwości próbkowania jest mało zauważalny, ale zwiększenie głębi bitowej daje subiektywną poprawę w odbiorze muzyki.