Музыкальные CD-диски. Очередное массовое заблуждение. Или

Музыкальные CD-диски. Очередное массовое заблуждение.
Или, как мы проCDели качественный звук.
Массовое употребление музыкальных CD-дисков с записями в формате .wav
как-то легко приучило эти самые массы к тому, что именно эти носители и есть
эталон звучания.
И уж, конечно, CD-диски по всем статьям лучше, чем виниловые
грампластинки. И компактнее они и звучат дольше. И значительно меньше
изнашиваются при проигрывании.
Все это так.
Но, вот как насчет качества звучания ?
Не принесли ли мы в жертву качество в угоду удобствам ?
Посмотрим ...
Цифровой звук на музыкальном CD получается методом аналогово-цифрового
преобразования. Суть метода проста,- через равные промежутки времени измеряется
амплитуда аналогового сигнала (делаются так называемые "выборки").
И каждое из этих значений переводится в 16-бит двоичного кода.
После добавления некоторой служебной информации двоичные данные
записываются на CD.
При воспроизведении осуществляется обратное преобразование,- цифроаналоговое, когда каждое значение цифровй выборки преобразуется в напряжение.
В результате получается сигнал ступенчатой формы.
И, наконец, для сглаживания "ступенек" применяется сложный фильтр 9-го
порядка.
Стандарт на аудио-CD определяет частоту "выборок" при записи в 44100 Гц.
И такая частота, якобы, позволяет оцифровать аналоговый сигнал с частотой аж
до 20 кГц. Однако, в этом случае можно записать, а затем восстановить всего лишь
частоту аналогового сигнала.
Ни амплитуду, ни фазу, ни форму сигнала частотой 20 кГц записать качественно
невозможно.
Причина проста - слишком малое количество выборок приходится на один период
аналогового сигнала. Цифровой эквивалент получается предельно грубый.
Но, продавать-то CD-диски надо.
И для придания псевдонаучной убедительности этому процессу всегда используют
теорему Котельникова (Найквиста). Причем, намеренно или по незнанию, начисто
забывая о том, что теорема это посвящена не вопросам звукозаписи, а вопросу
передачи информации при двоичном кодировании исходного сигнала.
В этом случае, восстановить информацию на приемном конце действительно можно,
используя двойную частоту для оцифровки. Главное - отличить уровень "нуля" от
уровня "единицы".
Но в музыкальном сигнале все гораздо сложнее. Здесь важна не только
частота сигнала, но и форма сигнала и фаза. А амплитуду требуется разбивать на
такое количество составляющах, которое обеспечило бы отношение сигнал-шум на
уровне 96 децибелл. Кроме того, есть еще и нелинейные искажения, уровень
которых для качественного воспроизведения не должен превышать 1 %.
Самое интересное, что для понимания ущербности качества звучания CDдисков не нужно сложного математического аппарата или каких-либо
измерительных приборов.
Достаточно на листочке бумаги нарисовать исходный синусоидальный сигнал,
частотой 20 КГц. И наложить на него частоту выборки в 44100 Гц. И посмотреть,
в каких точках выборка будет пересекать синусоиду. Величина амплитуды в этих
точки и будет цифровым эквивалентом.
Сразу будет заметно, что на выходе получится прямоугольный сигнал, весьма
далекий, мягко говоря, от исходной синусоиды. Причем, если частоту можно
восстановить, то об амплитуде не может быть и речи.
Также не может быть и речи и о форме сигнала. А музыкальное звучание очень
сильно зависит от формы нарастания (атаки) сигнала. Также, как и от формы
спада.
В итоге, используя выборку в 44100 Гц, на частоте 20 КГц получим почти
100 % нелинейных искажений. Нетрудно подсчитать, используя все тот же
"инструмент" - листок бумаги, что качественный звук с искажениями менее 1%
получится только на частоте, ниже 200 Гц.
Конечно, фильтры 9-го порядка существенно улучшают картину,прямоугольные импульсы становятся похожи на синусоиду. Но, во-первых: это уже
не воспроизведение, а синтез. А во вторых - проблема потери исходной
амплитуды сигнала никакими фильтрами не рашается.
Но и тут теоретики, а точнее продавцы CD-звука, все доходчиво объясняют,мол все равно эти искажения мало кто слышит. А частоту выше 16 КГц не слышит
никто. Так чего париться? И самое плохое, что с эти многие согласны.
Выросло целое поколение, которое вообще не слышало качественного звука.
Только пищание из мобильных телефонов или бубнение низких частот из
автомобилей.
Отдельное "спасибо" в деле облапошивания, обштопывания, обмишуривания и
об-CD-шивания надо сказать формату MP3.
Вот уж - пик, Эверест некачественного воспроизведения !
Мало того, что этот формат использует все ту же низкую частоту выборки в
44100 Гц, гарантированно обеспечивая низкое качество звучания.
Так цифровая информация еще и сжимается почти в 10 раз.
А сжать реальный музыкальный сигнал с таким коэффициентом без потерь нельзя.
Сжатие любой информации возможно только при наличии в ней множества
повторяющихся одинаковых блоков, которые заменяются одинаковыми цифровыми
эквивалентами. В реальном же музыкальном сигнале таких одинаковых блоков
практически не бывает.
Ну, так и что? Если одинаковых блоков нет, - создадим их искусственно !
А потом - успешно сожмем.
И создают,- в цифровой эквивалент намеренно вносятся искажения, в
частности, нормируется амплитуда сигнала и из полосы частот удаляются все
составляющие выше 14 КГц.
Попутно в охмуреж добаляют понятие "битрейт", увеличенный до 192 или
384 Кбита в секунду. Качества это не добавляет, но добавляет убедительности.
И все скромненько молчат, что увеличение битрейта - это всего лишь увеличение
разрядности кодирования с 16 до 24 бит. И вызвано это "улучшение" требованием
стандарта кодировать не 2 канала, а до 5.
И все, - основная задача решена: битрейт увеличен, народ доволен.
А частота выборки все та же. И все тоже качество. Точнее его отсутствие...
В итоге получаем хорошо сжатый, т.е. компактный продукт, так же похожий
на исходный музыкальный материал, как натуральное масло похоже на маргарин.
Или ламинат похож на натуральное дерево. Или бумажные цветы на живые.
Сравнение можно продолжить ...
Суть от этого не меняется.
Нам впаривают синтетический продукт по качеству мусора, но по сходной цене.
И его покупают и радуются.
А это означает, что наши людям главное, чтобы погромче и подешевле.
Получается, что все наработки по качественному звуку второй половины
20-го века мы выбросили на свалку. И дружно подсели на музыкальный мусор.
Грустно ...
Одно радует,- в очередной раз спасибо фирме Sony и Philips !
Там таки сохранились люди, понимающие, что такое качественный звук.
Благодаря им выпущен новый формат музыкальных CD - Супер Аудио CD.
Вот в нем - все правильно.
И частота выборки и способ кодирования.
Хотя - и без всякой теоремы Котельникова.
И только этот стандарт, наконец-то, дотягивает до качества грампластинок.