Super Audio CD

Історія

Формат Super Audio CD був представлений в 1999 році. У травні 2002 року Philips і Crest Digital почали розробку і установку першої виробничої лінії по виробництву гібридних дисків SACD в США з продуктивністю 3 мільйони дисків на рік. SACD не досягла такого ж рівня зростання, що і компакт-диски в 1980-х роках, і не була прийнята основним ринком.

Відео по темі

опис формату

особливості кодування

при записи SACD-дисків використовується одне бітний цифровий формат записи Direct Stream Digital ( DSD ), Що забезпечує більш високу якість звучання, в порівнянні зі звичайним CD, завдяки більш високій частоті семплірованія (До 2,8224 МГц).

Однобітний формат запису - це пряма запис однобітного вихідного сигналу з АЦП типу дельта-сигма, причому цей сигнал має чудові характеристики: динамічний діапазон більше 120 дБ, частотна характеристика від 0 до 100 кГц. При такому поєднанні частотної характеристики і динамічного діапазону формат DSD не має суперників серед інших записуючих систем, цифрових або аналогових.

Запис безпосередньо такого однобітного сигналу є альтернативою існуючим форматам майстер-записи. Подібна запис усуває необхідність процесів децимації і інтерполяції для аналогового вводу-виводу. При цьому спрощується структура (блок-схема) записуючої системи, оскільки зникають паралельні інформаційні зв'язку багаторозрядних цифрових слів і необхідність їх синхронізації.

Як і в звичайних PCM-системах, аналоговий сигнал спочатку конвертується в цифровий за допомогою дельта-сигма модуляції при частоті дискретизації в 64 рази більшою, ніж номінальна частота дискретизації. Але DSD записує однорозрядні імпульси безпосередньо, тоді як звичайні системи потім перетворять однорозрядних сигнал в багаторозрядних PCM-код. В результаті DSD дає цифрове однорозрядне уявлення аудіосигналу. Позитивна зміна амплітуди буде представлено всіма «1». Негативне - усіма «0». Нульова точка буде представлена ​​зміною двійкового числа. Оскільки значення амплітуди аналогового сигналу в кожен момент представлено у вигляді щільності імпульсів, цей метод іноді називають Pulse Density Modulation (PDM).

Отриманий таким чином потік імпульсів має чудові якості. Як і PCM, DSD за своєю природою стійкий до спотворень, шуму і детонації записуючої апаратури і передавальних каналів. Але, на відміну від PCM, DSD, як принцип перетворення, набагато ближче до аналогової передачі сигналу. Цифро-аналогове перетворення може бути легко отримано за допомогою аналогового фільтра низьких частот.

Потік дельта-сигма імпульсів є досить «гучним». Надвисоке відношення сигнал / шум, якого вимагає DSD в звуковому діапазоні, досягається за допомогою шумоподавляющіе фільтрів п'ятого порядку, що ефективно зрушує шуми вгору по частоті за межі звукового діапазону.

Шумоустойчівость

Дійсно, хоча підвищення розрядності і частоти дискретизації PCM-систем реально поліпшували якість звуку, ці поліпшення ставали все меншими. Очевидна і причина цього - фільтрація. У PCM-системі на вході необхідні фільтри з дуже крутий характеристикою, щоб придушити частоти, рівні половині частоти вибірки або перевищують її. При частоті вибірки 44,1 кГц фільтри типу «цегляна стіна» повинні пропускати частоту 20 кГц і при цьому відсікати частоту 22,05 кГц - завдання не найлегша. Крім того, під час запису і відтворення незмінно додаються шуми квантування. До того ж семплірованіє на частоті Найквіста призводить до значного зсуву між фазової і частотної характеристиками фільтрів у верхній чверті частотного діапазону. У однобітних системі, навпаки, фазова характеристика у верхній частині звукового спектра не схильна до впливу фільтра типу «цегляна стіна». Цей аспект особливо важливий, коли система цифрової обробки є частиною петлі зворотного зв'язку, тому що в цьому випадку зсув фази менше, а стабільність системи і достовірність звучання вище.

Іншою особливістю цього формату є його поведінка в умовах можливої ​​перевантаження. Однорозрядні кодери високого порядку повинні мати можливість управління перевантаженням, щоб не постраждала стабільність. Це забезпечується за допомогою вибору відповідної передавальної характеристики. Однорозрядних формат не дає, на відміну від многоразрядного, ефектів aliasing і clipping [ Джерело не вказано 1116 днів ] При перевантаженнях.

Стійкість до помилок

Оскільки будь-який біт однорозрядного формату несе одне і те ж кількість інформації, ефект кожної помилки не залежить від того, який біт є помилковим. У цьому однорозрядних формат вигідно відрізняється від многоразрядного кодування, в якому помилка в старшому значущому біті (MSB) позначається в 2 L {\ displaystyle 2 ^ {L}} (L - довжина слова) більше, ніж помилка в молодшому значущому біті (LSB). Для 20-бітної системи запису це означає, що помилка в MSB позначиться приблизно в 1 млн разів більше, ніж в LSB.

Системи випереджаючої корекції помилок (такі, як використовуються в форматі CD) виходять із припущення, що всі біти мають однаковий інформаційний вага, тому вони однаково захищають кожен біт. Для аудіосигналу це не підходить, тому страждає ефективність таких систем - молодші значущі біти отримують надлишкову захист, а старші значущі біти не отримують достатнього захисту. Більш того, ефект від помилок не є пропорційним, так як залежить від того, в якому бите сталася помилка. Це призводить до швидкої деградації сигналу при перевищенні певного рівня щільності помилок.

Фактично, максимальний ефект від кожної окремої помилки - це функція частоти надлишкової дискретизації. ефект від помилки обернено пропорційний коефіцієнту надлишкової дискретизації. Наприклад, якщо коефіцієнт 64, помилка, яку вносить одним бітом, буде приблизно 1/64 максимального рівня, тобто її рівень на 36 дБ менше максимального рівня сигналу на виході.

Особливості SACD-дисків

Тривалість звучання Super Audio CD може досягати 109 хвилин за умови, що він містить дві SACD-зони з різними параметрами запису (наприклад, 2.0 і 5.1 ). При використанні тільки однієї SACD-зони тривалість звучання перевищує 2 години.

Запис на SACD-диску може містити від 1 до 6 звукових каналів .

Для відтворення SACD потрібен спеціальний програвач , Сумісний з цим форматом. Однак на SACD-диску може міститися додатковий CD-шар (тільки стерео) для сумісності зі звичайними програвачами, такі диски називаються гібридними ( англ. Hybrid SACD) і їх можна слухати на будь-яких звичайних програвачах компакт-дисків . Приблизно половина випущених SACD-дисків є гібридними.

Ємність диска SACD збільшилася в 6 разів за рахунок зменшення довжини хвилі випромінювання лазера і збільшення апертури об'єктива . Завдяки цьому діаметр зчитувального плями світла зменшився до 1 мкм . Це, в свою чергу, дозволило зменшити розміри питов , Інтервалів між ними і крок доріжки.

Для дисків SACD в якості матеріалу відображають шарів використовується золото (На відміну від CD-DA, де використовується алюміній; хоча зустрічаються і «золоті» CD, найчастіше для подарункових і колекційних видань - через свого «багатого» зовнішнього вигляду).

Порівняння з іншими форматами

SACD Формат, біт 16 PCM 16-, 20-, 24 PCM 1 DSD Частота дискретизації, кГц 44,1 44,1-192 2822,4 Динамічний діапазон, dB 96 144 (теоретично) 120 Частотний діапазон, Гц 20-20 000 до 96000 20-50 000 Ємність диска, ГБ 0,7 4,7- 8,5 4,7-8,5 Час звучання, хв 80> 180/109 стерео Так Так Так Surround Sound Немає 5.1 (крім 192 кГц) 5.1

CD-Audio використовує для дискретизації аналогового звуку частоту 44,1 кГц. У SACD частота в 64 рази більша - 2,8224 МГц. CD використовує 16 біт для кожного семпли, так що потік інформації тут складе 16 × 44100 Гц на канал або 705 600 бит / с на канал. DSD використовує 1 біт на відлік, так що потік інформації складе 2 822 400 біт / с на канал. Це в 4 рази більше, ніж у CD, але менше ніж у DVD-A 24 біт х 192000 Гц = 4 608 000 біт / с

формат DVD-Audio (Розрядність - 24 біт, частота дискретизації - 192 кГц), передає сигнал з точністю 24 біт, що забезпечує кодування амплітуди сигналу з високою точністю аж до частоти Найквіста , Що дорівнює 96 кГц, при цьому цей формат запису використовує той же PCM-кодування, що і CD-Audio .

Цікаві факти

• Перші дві версії PlayStation 3 (До 2010.10) повноцінно відтворюють SACD.
• DSD-диск - оптичний диск (DVD-R, DVD + R, DVD-RW або DVD + RW), що містить файли DSD з розширенням DSF, який може програватися на комп'ютері або іншому обладнанні, що підтримує відтворення цих файлів. Містить аудіофайли з високою роздільною здатністю з частотою дискретизації 2822,4 кГц. Якість аудіозаписи на DSD-диску таке ж, як на SACD. Фірмою Sony розроблена специфікація під назвою DSD Disc Format, якою користуються деякі звукозаписні фірми для випуску DSD-дисків. Цей формат є відкритим, і при наявності спеціального ПО такий диск може бути підготовлений в побутових умовах і містити файли DSD, отримані, наприклад, через Інтернет. [1]

Див. також

література

• І. А. Алдошина, Е. І. Вологодін, А. П. Єфімов та ін. Електроакустика та звукове мовлення: навчальний посібник для вузів. - М .: Гаряча лінія-Телеком, Радио и связь, 2007. - 872 с.

посилання

Примітки