o knjizi

akustika prostorija

zvučnici

pojačala

spojni kabeli

mjerenja

pitanja i odgovori

Links

Sitemap

HOME

Uho, zvučnici i čujnost faze

English

Čistoća mreže 220V

Ozvučenje multimedijalne sale i Dolby Surround kina

Opći postupak spajanja elektroakustičkih uređaja i zaštita od prenapona (I, II, III dio)

Pro News

HiFi News

Zanimljivi linkovi

Listening vs. Measurement

Linkovi o akustici prostorija

HDCD, DVD-A i SACD

Početkom 80-tih godina CD disk je bila najbolja audio tehnologija na tržištu i prikazala je velike domete poluvodičke tehnologije i metoda snimanja toga vremena. Međutim, od pojave CD na tržištu čitav niz korisnika tvrdio je kako je CD kao medij, lošiji od najbolje analogne snimke. U godinama nakon toga napravljen je veliki napredak u optičkoj tehnologiji, digitalno analognim pretvaračima, digitalnom filtriranju, digitalnoj obradi signala i poluvodičkoj tehnologiji. Također su napravljeni i znatni pomaci u identifikaciji digitalnih izobličenja. Mnoge tvrtke su zaključile da znatno bolji zvuk zahtijeva različitu i znatno bolju tehnologiju, a ne samo linearno poboljšanje postojećih parametara.

Od 1982. kada se prvi put pojavio CD pa do danas napravljena su brojna poboljšanja sustava, a od najboljih i najnovijih pristupa poznati su:

  • HIGH DEFINITION COMPATIBLE DIGITAL (HDCD)

  • DVD-AUDIO I HIGH RESOLUTION AUDIO VISOKE REZOLUCIJE
  • SUPER AUDIO KOMPAKT DISK I DIRECT STREAM DIGITAL

Kratko ćemo analizirati svaki pristup.

A) HIGH DEFINITION COMPATIBLE DIGITAL (HDCD)

HDCD tehnologija razvijena je i usavršena od 1986 do 1991, a 1995. uvedena je na tržište. Microsoft širi dosege ove tehnologije stupanjem u poslovne veze sa proizvođačima integriranih krugova koji se bave CD reproduktorima, audio/video (A/V) receiverima i DVD. HDCD dekoderi koji se ugrađuju u navedene uređaje sadrže digitalne filtere visoke točnosti koji povećavaju kvalitetu zvuka svih digitalnih snimaka. To znači da bi svaki A/V receiver, CD, DVD i MiniDisc reproduktor opremljen HDCD tehnologijom trebao proizvesti značajno bolji zvuk svih CD, DVD i MD medija bez obzira da li su prethodno kodirani.


High Definition Compatible Digital (HDCD) predstavlja niz sofisticiranih tehnologija koje poboljšavaju zvuk svih oblika digitalnog snimanja i reprodukcije, uključujući CD i DVD-audio. To poboljšanje izvodi se povećanjem rezolucije i snižavanjem izobličenja koja se javljaju za vrijeme pretvorbe, digitalne obrade i digitalnog filtriranja. Navest ćemo najvažnije značajke HDCD tehnologije.

Svi snimci kodirani HDCD tehnologijom trebali bi zvučati bolje jer na svim digitalnim reproduktorima HDCD subtraktivni dither, A/D pretvorba i dinamičko filtriranje omogućavaju višu rezoluciju i niža izobličenja signala. Tako npr. za CD diskove funkcija Peak Extend omogućava poboljšanje rezolucije izdizanjem vrhova do 6 dB, a funkcija Low Level extend poboljšava rezoluciju vrlo tihih signala.

HDCD visokofrekvencijski dither poboljšava rezoluciju za 6 dB. HDCD reproduktori koriste posebne filtere za uzorkovanje kojima poboljšavaju zvuk. Istodobno HDCD tehnologija obnavlja vršne vrijednosti signala i poboljšava kvalitetu vrlo tihih signala tako da je konačna kvaliteta zvuka kao kod 20-bitne rezolucije.

Profesionalni procesor Model Two HDCD napravljen je za DVD, DVD-Audio, izradu CD mastera i miješanje. Model Two ima 2 kanala HDCD A/D pretvorbu, D/A pretvorbu, i digitalnu obradu sa frekvencijama uzimanja uzoraka od 192 kHz, 176.4-kHz, 96-kHz, 88.2-kHz, 48-kHz i 44.1-kHz te rezoluciju 24-bita, 20-bita i 16-bita.

Model Two HDCD procesor pretvara analogne signale u digitalne s vrlo velikom točnošću, a posebni integrirani sklopovi poboljšavaju pretvorbu u kućnim uređajima.

Koder sustava

A/D pretvorba

HDCD A/D pretvorba izvodi se vrlo točnim diskretnim više-bitnim procesorima sa frekvencijom uzimanja uzoraka od 192 ili 176.4 kHz. Procesori koriste digitalno substrahirani dither za najniži šum i izobličenja ispod -120 dB. Takav signal može se koristiti direktno nakon HDCD 1FS digitalnog filtera ili se može pretvoriti u 96-kHz ili 88.2-kHz, 24-bitni signal.

Analiza signala i memorija

Pri pretvorbi u 48-kHz ili 44.1-kHz signal, HDCD 96-kHz ili 88.2-kHz, 24-bitni signal prosljeđuje se u memorijski bafer koji zadržava signal za vrijeme analize signala koju vrši 8 Motorola 56009 digital signal procesora. To omogućava HDCD procesoru da unaprijed dobije podatke o signalu kako bi ga najvjernije pretvorio u 44.1-kHz, 16-bitni CD-format nakon izvršene spektralne analize.

Decimirajući filter i redukcija na 44.1 kHz

96-kHz ili 88.2-kHz, 24-bitni signali pretvaraju se 48 ili 44.1 kHz signala primjenom HDCD dinamičkih decimirajućih filtera.

uobičajena 44.1 kHz decimacija koristi nepromjenjivi 22.05 kHz filter protiv preklapanja. Međutim, opsežna ispitivanja su pokazala, ono što svi audiofili znaju već 20 godina, da 22.05 kHz "brick wall" filter ne može biti zvučno neutralan zbog vrlo oštrog odrezivanja. Takav filter zvuči različito od originalne master snimke. Analiza u realnom vremenu koju primjenjuje HDCD procesor dopušta optimiziranje prijenosne karakteristike izlaznog filtera u cilju sačuvanja programskog sadržaja i smanjenja izobličenja. To ima za rezultat točniji 44.1 kHz signal.

Dekodiranje i struktura pojačanja

HDCD ima još dvije opcije koje se mogu koristiti pri snimanju u cilju redukcije 44.1 kHz, 24-bitnih signala na 16 bitni pri čemu se zadržavaju dobre karakteristike 24-bitnih signala. Obje opcije mogu se uključiti ili isključiti po želji korisnika.

Peak Extend je reverzibilni limiter koji omogućava snimanje signala na razini od +6 db bez "OVER"-a. Ovi vrhovi se točno rekonstruiraju pri reprodukciji povećavajući dinamičko područje za 6 dB. Pri reprodukciji bez dekodera Peak Extend omogućava funkciju idealnog limitera.

Low Level Range Extend postupno povećava pojačanje vrlo tihih signala. Proces počinje pri razinama od -45 dBfs, po 4 dB u području od 20 dB. Dekoder pri reprodukciji vrši obrnut proces što rezultira rezolucijom od preko 16-bita. Pri nedekodiranoj reprodukciji proces kodiranja poboljšava rezoluciju tihih signala jeftinijih CD reproduktora.

Skriveni kod/Izlazni dither/Kvantizacija

Završni postupak pri redukciji na 16-bita je dodavanje visokofrekvencijskog dithera i zaokruživanje vrijednosti signala na 16-bitnu točnost.

Dither povećava amplitudu u području od 16 do 22.05 kHz, ostavljajući linearan prag šuma ispod frekvencije od 16 kHz gdje se javljaju kritična područja sluha povezana sa tonalitetom.

Kao sastavni dio finalne kvantizacije ubacuje se pseudoslučajni šum u LSB audio podataka. skriveni kod sadržava naredbe za izbor filtera decimiranja, Peak Extend i parametre za Low Level Range Extend. Pored toga što je prisutan vrlo kratko vrijeme trajanja glazbe (manje od 2% ukupnog vremena), skriveni kod je potpuno nečujan i omogućava potpunu kompatibilnost sa 44.1kHz, 16-bitnom kompatibilnosti svih CD reproduktora.

HDCD dekoderi precizno dekodiraju HDCD kodirane snimke uz najbolje filtriranje kako HDCD snimki tako i standardnih CD snimaka. Dekoder započinje proces izvlačenjem skrivenog koda iz LSB audio podataka i dekodiranjem naredbi sadržanih u skrivenom kodu. Vrhovi signala se obnavljaju, a poboljšavaju se i vrlo tihi signali što rezultira kvalitetom dinamičkog područja zvuka od 20-bita.

Dekoder sustava

 

Nakon toga signal se interpolira na 96 ili 88.2 kHz s filterom komplementarnim filteru protiv preklapanja upotrebljenom u A/D procesu. Takav signal može se dobiti direktno na izlazu uređaja ili ga je moguće još jednom interpolirati za pogon 18-bitnih do 24-bitnih D/A pretvarača.

B) DVD-AUDIO I HIGH RESOLUTION AUDIO VISOKE REZOLUCIJE

DVD-Audio je jedan od novijih formata za snimljenu glazbu. Iako izgleda poput klasičnog CD diska napravljen je tehnologijama koje daleko prelaze klasični kompakt disk. Pri tome je važno naglasiti kako DVD-Audio nije samo audio komponenta DVD sustava, nego je riječ o posebno razvijenoj tehnologiji sa poboljšanim karakteristikama. Osnovne značajke sustava su:

  • vrlo visoka kvaliteta audio signala,
  • video komponenta,
  • interaktivnost i još neke.

Budućnost tzv. tehnologije za zabavu usmjerava se prema međusobnim odnosima konzumerske elektronike, mogućnostima koje pružaju računala, glazba, film, i video...).

Krajnji cilj DVD-Audia je zamjena CD diska kao nositelja snimljene glazbe, na potpuno isti način kako je CD zamijenio gramofonsku ploču.

Kapacitet

DVD-Audio disk trenutno ima kapacitet između 4.7GB do 8.5GB. Najmanji DVD-Audio disk od 4.7 GB može sadržavati 7 puta više podataka od kompakt diska CD. Npr. na njemu se može snimiti 74 minute 6-kanalnog zvuka uzorkovanog sa 96kHz u rezoluciji 24-bita ili 2-kanalni zvuk 192kHz/24-bit. Viša frekvencija uzimanja uzoraka i veća rezolucija daju točniji zapis glazbe sa mnogo više dodatnih detalja koji omogućavaju izuzetnu kvalitetu zvuka.

Zvuk visoke rezolucije

DVD-Audio temeljen je na primjeni PCM digitalnog audio signala. Međutim, omogućava veliki broj frekvencija uzimanja uzoraka od 44.1 kHz do 192 kHZ. Maksimalni broj kanala je 6, po potrebama 5.1 surrounda. Na 6 kanala frekvencija uzimanja uzoraka je ograničena na 96 kHz i 24-bitnu rezoluciju. Najviše frekvencije uzimanja uzoraka od 176.4kHz i 192kHz ograničene su na 2-kanalni stereo. Više frekvencije uzimanja uzoraka unaprjeđuju jasnoću i realizam zvuka. Dinamičko područje DVD-Audia je 144 dB prema 96 dB za CD.

5.1 Surround Sound

Uporabom linearnog PCM digitalnog audia DVD-Audio može reproducirati puni 6-kanalni surround tipa 5.1. Taj zvuk nije sažeti surround zvuk koji se nalazi na DVD videu, nego diskretni PCM digitalni zvuk visoke rezolucije sa znatno unaprijeđenim detaljima i definicijom.

Prvi DVD-Audio uređaji pojavili su se kod nas polovinom 2001. i naravno imaju mogućnost reprodukcije DVD videa.

C) SUPER AUDIO KOMPAKT DISK I DIRECT STREAM DIGITAL

SACD je Super Audio Compact Disc, odgovor Sony Philipsa na poboljšanje zvuka CD i predstavlja novi pristup audio snimanju i reprodukciji. Rezultat nekoliko godina razvoja je Super Audio Compact Disc.

Pri razvoju su postavljeni zahtjevi prema kojima Super Audio CD mora:

Podržavati arhiviranje glazbe sa najvišom mogućom kvalitetom kako bi se mogle transferirati postojeće master vrpce koje su pri kraju vijeka trajanja. Ti masteri ne mogu izdržati više od jedne reprodukcije.

Istovremeno SACD treba pružati glazbenicima i producentima sve mogućnosti za izražaj zadržavajući najvišu kvalitetu zvuka.

Međutim, ne smije doći do dupliranja kapaciteta sa postojećim kompakt diskovima jer novi medij mora u svemu biti kompatibilan sa uobičajenim CD diskom. Novi SACD treba normalno funkcionirati na postojećim CD reproduktorima, a korisnici trebaju dobiti mogućnost nabave novih tipova reproduktora na kojima će doći do izražaja svi potencijali nove tehnologije. Ti nove mogućnosti su višekanalni zvuk, tekst, grafika i video u kompatibilnosti s CD diskom.

Pronađeno je hibridno rješenje po kojem Super Audio CD izgleda kao običan CD i može se reproducirati u običnim CD reproduktorima. Međutim, pod površinom je hibridni disk s uobičajenim CD slojem i slojem vrlo velike gustoće zapisa.

Ključna tehnologija SACD je Direct Stream Digital (DSD). Posebni sloj usklađen s normama RED BOOK prebacuje se sa DSD korištenjem Super Bit Mapping Direct pretvorbe. Boljim korištenjem svih 16 bitova rezolucije novi diskovi mogu zvučati daleko bolje i na postojećim CD reproduktorima.

Novi sloj previđen za vrlo gusto (high density) snimanje u novim SACD reproduktorima sadržava izvorni DSD 2-kanalni zvuk. Frekvencijski odziv je od 0 do više od 100000 Hz s dinamičkim područjem većim od 120 dB. Izvan ovog sloja moguće je zapisati podatke teksta, grafike i video signal.

Pored toga ovaj sloj može sadržavati i Direct Stream Digital 6-kanalni zvuk iste glazbe. Svi kanali su diskretni sa 100kHz frekvencijskim odzivom i 120 dB dinamike.

Zahtjevi međunarodnog ISC odbora

Nekoliko najvećih udruga za područje snimanja zvuka (Recording Industry Association of America, RIAA; Recording Industry Association of Japan, RIAJ; Europe's International Federation of Phonographic Industry, IFPI) udružile su se kroz International Steering Committee (ISC) kako bi donijele nacrt novog sustava. Novi SACD zadovoljava sve predviđene zahtjeve.

Tehnologije koje omogućavaju SACD

Pri realizaciji Super Audio Compact Disc korišteno je 5 ključnih tehnologija:

  • Direct Stream Digital (DSD) 1-bit predstavljanje valnog oblika 2.8224 MHz uzorkovanje realizira vrhunsku kvalitetu zvuka.

  • Super Bit Mapping Direct pretvorba omogućava čujnost DSD kvalitete zvuka na uobičajenim CD reproduktorima

  • Hibridna tehnologija diska koristi dvoslojni pristup. Hibridni disk je obični CD sa dodatnim polupropusnim vrlo gustim slojem što omogućava CD-u rad po obim standardima CD i SACD.

  • Direct Stream Transfer kodiranje povećava kapacitet snimanja podataka što omogućava kombinaciju 2-kanalnog zvuka, teksta, grafike i videa.

  • Digitalni vodeni žig (watermarking) koristi složeni pristup onemogućavanja ilegalnog kopiranja glazbenog materijala.

Direct Stream Digitalno kodiranje

Sve više i više brzine protoka, više bitne rezolucije i više frekvencije uzimanja uzoraka PCM sustava poboljšale su kvalitetu zvuka. Međutim, poboljšanja su postajala sve manja i manja. Uzrok tome je filtriranje. Svaki PCM sustav zahtijeva vrlo oštre filtere na ulazu prema Nyquistovom teoremu. Npr. za frekvenciju uzimanja uzoraka od 44.1 kHz, tzv. "brick wall" filter mora propustiti 20 kHz audio signal, a ne smije propustiti 22.05 kHz. Pored toga tzv. rekvantizacijski šum dodaju višestupanjski ili "kaskadni" decimacijski digitalni filteri koji se koriste pri snimanju ili pri interpolaciji pri reprodukciji.

Svako povećanje frekvencije uzimanja uzoraka olakšava rad "brick wall" filtera. Međutim, povećanje frekvencije uzimanja uzoraka ne ispravlja probleme decimacije i interpolacije.

Direct Stream Digital rješavao ovaj problem eliminiranjem decimacije i interpolacije i korištenjem postojećih procesa. analogni signal prvo se pretvara u digitalni korištenjem 64-rostruke delta-sigma modulacije. Rezultat ove pretvorbe je 1-bitan digitalni prikaz audio signala. Tamo gdje konvencionalni digitalni sustavi decimiraju 1-bitni signal u višebitni PCM kod, DSD direktno snima 1-bitne impulse.

Delta-sigma analogno digitalni pretvarač koristi negativnu povratnu vezu za akumulaciju audio valnog oblika. Ako se ulazni valni oblik, akumuliran iznad jednog perioda uzimanja uzorka poveća iznad akumulirane vrijednosti, izlaz pretvarača je digitalna 1. Ako valni oblik padne u odnosu na akumuliranu vrijednost, izlaz pretvarača je digitalna 0.

Posljedica ovakve pretvorbe je da se puni pozitivni valni oblik sastoji samo od 1. Nulta vrijednost je predstavljena izmjenom 0 i 1, a puna negativna vrijednost sastoji se samo od 0. Budući da se trenutna amplituda analognog valnog oblika predstavlja gustoćom (širinom) impulsa ova metoda se naziva i Impulsno širinska modulacija (Pulse Density Modulation = PDM).

Rezultirajući niz impulsa ima vrlo zanimljiva svojstva. Nalik na PCM digitalni audio, DSD je inherentno otporan na izobličenja, šum, podrhtavanje tona bilo uređaja za snimanje ili prijenosnog kanala. Međutim, za razliku od PCM, DSD izgleda analogno. Uvid u valne oblike niza impulsa direktno pokazuje podatke o frekvenciji i amplitudi analognog valnog oblika. Digitalno analogna pretvorba toliko je jednostavna da je može izvršiti i prolaz niza DSD impulsa kroz analogni nisko prolazni filter.

U praksi delta-sigma niz impulsa ima visok šum. DSD tehnologija zahtijeva vrlo visoki odnos signal/šum što se postiže sa tzv. NOISE SHAPING filterima 5. reda. Ovi filteri vrše pomak šuma izvan čujnog područja. Pri konstrukciji DSD sustav cilj je bio potpuni prihvat svih informacija današnjih najboljih analognih sustava. Najbolji uređaja za magnetsko snimanje zvuka sa trakama širine 1/2 cola pri brzini 30 cola u sekundi mogu snimiti frekvencije iznad 50 kHz. DSD ima gornju graničnu frekvenciju iznad 100 kHz. Za prijenos čitavog dinamičkog područja rezidualni šum sustava je ispod 120 dB u čitavom audiofrekvencijskom području.

SACD rezultat je suradnje SONY Philips koji je predstavljen početkom ljeta 2001. godine. SACD ima mogućnost reprodukcije DVD-a i vjerojatni je pobjednik u borbi formata.

Objašnjenje eventualno nepoznatih pojmova potražite na stranici ELEKTROAKUSTIKA pod Digitalni audio.

Elektroakustika

| Home Hr | Site Map Hr | English | Contact Us |