K napsání těchto řádek mne přivedla poznámka jednoho návštěvníka letošní výstavy Art&Interior, respektive expozice společnosti High-End Audio Studio. Formálně oblečený muž středního věku přistoupil ke špičkovému gramofonu Clearaudio Statement, představující hodnotu bezmála 2,5 miliónu korun, který je nedostižným snem mnoha milovníků špičkového zvuku, a prohlásil: “To bych si nekoupil, tolik peněz za blbý analog“.
A právě o nepatřičnost formulace „blbý analog“ mi jde. Propagační marketingové aktivity okolo frází „digitální kvalita“, „digitální systém“, „digitální zvuk“ udělaly ze slova „digitální“ jakousi nejvyšší kvalitativní metu. Každý kus mizerné elektroniky je rázem brán vážně, když je na něm, nebo v jeho specifikaci, použito slovo „digital“ v jakékoli variantě.
Přispívají k tomu i mnozí prodavači elektroniky. Kolikrát jsem slyšel formulaci, že tyto DVD přehrávače, tyto set-top-boxy, tyto MP3 přehrávače hrají stejně, vždyť jsou digitální. Uvědomují si, tito „odborní“ distributoři, že digitální je i internetové rádio 32 kbit/s? Že ona, na piedestal postavená, digitální kvalita zahrnuje i zvukový přenos mobilního telefonu?
Co je to vlastně analog a co digitál? Jaké jsou jejich klady a zápory? Co je rozhodující pro výslednou kvalitu zvuku? O tom si povíme dále. Ihned však musím podotknout, že počátek i konec digitálního zvuku je analogový. Mikrofon i reproduktor, ostatně stejně jako naše ucho.
Na počátku je vzduchové vlnění, známé také jako zvuk
V této části článku budeme hovořit pouze o zvukovém analogovém signálu. Tak nazýváme elektrický signál, který vznikne přeměnou vzduchového vlnění, který známe pod označením zvuk, na elektrický proud.
Schematicky to lze vyjádřit následovně - hudební nástroj hraje, rozechvívá vzduch, ten rozkmitá membránu mikrofonu a toto vlnění je převedeno pomocí interakce cívky a magnetu na elektrický signál. Tento signál je jakýmsi kontinuálním obrazem původního zvuku a jeho kvalita je do této chvíle závislá pouze na kvalitě mikrofonu, poměrech v nahrávacím studiu a znalostech zvukového mistra.
Magnetofonová páska vs gramofonová deska
Pro trvalé využití je nutno tento signál zaznamenat. Jednou z možností je signál uložit na magnetické médium. Jde opět o nepřetržité zaznamenávání změn elektrického signálu do magnetické vrstvy magnetofonového pásku.
Při přehrávání je magnetický záznam snímán magnetickou hlavou, převeden na elektrický signál, zesílen a prostřednictvím reproduktoru (magnet, cívka, membrána) vyzářen opět jako vzduchové vlnění.
Jedná se tedy o kontinuální reprodukci elektrických změn převedených do kinetické energie (pohybové energie) nutné k rozechvění vzduchu.
Naše ucho by v optimálním případě mělo slyšet identický zvuk (vnímat shodné vzduchové vlnění), jaký vydával původní nástroj. Pokud by vedle sebe stáli špičková aparatura (gramofon, zesilovač, kvalitní kabeláž, reprosoustavy) a trumpetista, střídavě hráli, neměli byste poznat kvalitativní rozdíl.
Pochopitelně je výsledná kvalita závislá na mnoha okolnostech, ale principiálně je tento způsob zaznamenání a reprodukce nejbližší původnímu zvuku.
V případě gramofonové desky je reprodukce obdobná, pouze využívá mechanických principů. Drážka desky obsahuje mikrozvlnění, kterými rozechvívá jehlu. Chvění jehly je přeměněno (cívka, magnet) na elektrický signál … a dál je to principiálně stejné jako u magnetického záznamu.
Kompromis počítačového věku
Uchovat, přenést a zpracovat analogový signál bez degradace kvality, je však počertech obtížná a náročná záležitost. Kazety a desky stárnou, díky magnetickému poli respektive prachu, přibývá šum a ubývají výšky. Neopatrnou manipulací je možno analogová média snadno zničit.
Proto byl vymyšlen způsob, jak zvukový signál zakódovat tak, aby byla jeho kvalita neměnná a šel uložit na odolná média. Říká se mu digitalizace. Zvuk je převeden na posloupnost čísel, která jsou vůči chybám a negativním vlivům velmi odolná. Díky tomu digitalizace přinesla kvalitativní nárůst i u nejlevnější elektroniky.
Co je to vlastně digitální signál? Jak vzniká? Jaké má parametry? Jak si vede v kvalitě zvuku ve srovnání s analogem? Na zoubek se mu podíváme v následujících odstavcích.
Nic lepšího než analog prostě neexistuje, ale...
Jak vyplývá z předchozích vět, vývoj zvukové techniky usiluje o co nejlepší přenos, uchování a reprodukci analogového signálu. Tedy o co nejvěrnější napodobení původního zvuku. Hned z počátku je nutno podotknout, že to, co chceme zaznamenat i slyšet, je kontinuální analogový zvuk. Dá se říci, že ve vztahu k lidskému sluchu nic zvukově lepšího než analog není.
Analogový záznam signálu má však mnoho technických nevýhod. Tím, že využívá relativně jednoduché přeměny jednoho druhu energie na druhou a zpět, je na výsledné kvalitě výrazně slyšet každé „zaváhání“ v cestě signálu. Analogový signál je tedy velmi náchylný na změny v důsledku kvality přenosové cesty.
To byl také největší problém, dokud byly tyto cesty nedokonalé. Jakékoli odchylky od normálu totiž znamenají nežádoucí změnu v reprodukci (praskání, šum, atd.). Magnetický i mechanický záznam je velmi málo odolný proti degradaci kvality. Jednak je plně závislý na jakosti záznamového média a jeho stavu (zaprášená deska, vyschlá kazeta atd.). kvalitu zvuku narušují okolní vlivy, zejména přehrávací přístroj (zvláště pokud je na úrovni spotřebního elektroniky) dále pak manipulace a dokonce i samotné používání média.
Magnetický pás může zestárnout a ztratit mnoho svých ferromagnetických vlastností, což má vliv zejména na kvalitu vysokých kmitočtů. Případně může dojít k prokopírování záznamu.
Prach, vlhkost, nečistoty a magnetické pole také rapidně snížují kvalitu záznamu. Gramofonovou desku lze snadno poškrábat, prach a nečistoty ji mohou snadno poškodit. Obě dvě média (kazeta i deska) se používáním poškozují. Výsledná kvalita klesá s počtem přehrání.
Z uvedených důvodů byl hledán způsob, jak hudbu uchovat tak, aby kvalita nebyla ovlivněna záznamem a přenosem signálu a ani počtem přehrání.
S digitalním signálem je to stejné, jako se zmačkanými novinami
Myslím, že nejlépe lze výhody digitálního záznamu vyjádřit přirovnáním ke zmačkaným novinám.
Přestože jejich stránky budou zmačkané, zamaštěné a odporné, stále si na nich přečte úplně stejný obsah jako na těch, které právě vyjely z rotačky.
Myšlenky a slova jsou zde totiž zaznamenané v symbolech - kódech, které, pokud jsou čitelné, znamenají stále totéž, ikdyž je lze snáze či hůře přečíst.
Právě digitalizaci lze označit za úspěšnou snahu, jak zaznamenat podobně kódovaným způsobem analogový signál tak, aby při uchování, zpracování a přenosu nebyla degradována jeho kvalita. Digitální signál je totiž vůči kvalitě média a přenosové cesty do jisté míry imunní.
Lidský hlas potřebuje 12 000 vzorků
Na začátku textu jsme si pochvalovali něco, co pracovně nazývám spojitým analogovým signálem. To je to, co produkuje mikrofon při snímání zvuku. V případě digitálního záznamu však dále nastává zásadní změna. Elektrický signál je při digitalizaci rozdělen na krátké časové úseky, kterým říkáme vzorky. Ty jsou proměřeny a jejich hodnota je vyjádřena číselně, ve dvojkové, binární soustavě. Zapisováním vzorků čísly dvojkové soustavy dostaneme posloupnost binárních čísel – digitální signál.
Počet těchto vzorků za sekundu označujeme pojmem „vzorkovací frekvence“. Její výše koresponduje s tím, jakou nejvyšší frekvenci potřebujeme zaznamenat. Říká se jí Nyquistova frekvence a je přesně poloviční, než vzorkovací frekvence.
Jestliže chceme zaznamenat lidský hlas, který využívá pásmo přibližně od 2 do 6ti kHz, potřebujeme vytvořit 12 000 vzorků za vteřinu. Tedy digitální signál se vzorkovací frekvencí 12 kHz.
Základní pravidlo digitalizace je obsaženo v Shannonově vzorkovacím teorému. Ten praví, že když budeme signál vzorkovat s dvojnásobnou frekvencí, než jaký je nejvyšší kmitočet obsažený v signálu, získáme vzorky, z nichž můžeme analogový signál rekonstruovat bez ztráty informace. Hodnotu každého takto získaného vzorku tedy vyjadřujeme kódovaně, prostřednictvím binárního čísla. Zapisujeme tedy „slova“, jakousi zprávu o zvuku, o hudbě. Její výsledná kvalita záleží zejména na již zmíněném počtu vzorků ale i na další důležité veličině, kterou je bitová hloubka, neboli bitové rozlišení. Ta určuje, jak přesně bude hodnota vzorku vyjádřena, jinak řečeno, jak moc (nebo málo) se bude lišit od skutečné hodnoty signálu v daném vzorku. Digitální jednobitový signál dokáže rozlišit pouze 2 hodnoty (ano/ne, proud prochází/neprochází). Signál s rozlišením dvou bitů již umožňuje vyjádření čtyř (dvě na druhou) rozeznaných úrovní. 16ti bitové rozlišení (2 na 16tou), které je použito u hudebních CD, již umožňuje zaznamenat (rozeznat) 65 536 úrovní signálu. Čím větší je vzorkovací frekvence a čím větší je bitová hloubka, tím přesněji je popsán a následně vyjádřen původní analogový signál. Vše je postaveno na „nedokonalosti“ našeho sluchu a slyšení vůbec. Takto rozkouskovaný zvuk totiž vnímáme jako kontinuální. Přesto lze říci, že klasický (CD) digitální signál se kvalitě toho původního analogového jen blíží. Aby těch rozdílů bylo slyšet co nejméně, vznikají formáty s vysokým rozlišením, jako je DVD-Audio, nebo SACD. U DVD-Audia se běžně používají vzorkovací frekvence 96 kHz či 192 kHz, bitová hloubka je 24 bit (16 777 216 úrovní). To jsou hodnoty, při kterých je analogový signál digitálně vyjádřen natolik přesně a v tak rychlém sledu, že ve vnímání hudby lze předpokládat více nepřesností způsobených lidským uchem a podmínkami poslechu než samotnou digitalizací.
Vzorkovací teorém
Lidské ucho slyší maximálně zhruba 20 kHz, proto se v běžně používaných systémech setkáváme nejčastěji se vzorkovacími frekvencemi mezi 44 a 48 kHz. Například u systému CD se vytváří 44 100 vzorků za jednu sekundu. Rozlišení – u CD 65 636 úrovní signálu
Proč vlastně digitalizujeme?
Ptáte se proč tedy vlastně digitalizujeme, když se digitální signál vlastně jen snaží co nejpřesněji popsat signál analogový?
Odpověď je jednoduchá. Digitální signál je zaznamenatelná posloupnost čísel. Tuto posloupnost lze uchovat na magnetickém, případně optickém médiu a pokud nedojde ke ztrátě či přeskupení některých čísel, kvalita záznamu je neměnná.
O podobném principu lze hovořit i při přenosu digitálního signálu mezi přístroji (kopírování bez ztráty kavlity). Pokud čísla dojdou všechna, ve správný čas a nezměněném pořadí, kvalita signálu je identická.
To do jisté míry vysvětluje i masivní nástup digitalizace i u kategorie nejlevnějších přístrojů. Kvalitní práce s analogovým signálem totiž vyžaduje kvalitní elektronické součástky. Kvalitativní tolerance je v případě digitálního signálu vyšší a největší podíl na zhoršeném zvuku přenosného radiomagnetofonu má především jeho zesilovač a reproduktory, nikoli použitý D/A převodník. Přestože oproti špičkovým přehrávačům je na poměrně primitivní úrovni.
Proč všechny CD přehrávače nehrají stejně?
Jak je možné, že relativně kvalitní přehrávače (CD, DVD) hrají různě, když pracují s digitálním signálem?
Zásadní vliv mají dvě fáze. První když je digitální signál převáděn na analogový, druhá - analogové zpracování signálu v přehrávači. K prvnímu kroku je využíván již zmíněný obvod, D/A převodník, zkráceně DAC (Digital to Analog Converter).
Převodník a druhá fáze, tedy kvalita výstupní analogové elektroniky se největší měrou podílí na výsledné zvukové kvalitě přístroje. Pokud výrobce v některé fázi nezvolí nejlepší možné (cena) řešení, nebo bude chtít snížit cenu přespříliš, může dojít ke zbytečné degradaci signálu.
Svůj podíl na tom mají samozřejmě i další faktory, jako je kvalita čtecí mechaniky u CD a DVD. Pokud při čtení udělá chyby, které se nepodaří bezezbytku opravit, výsledná kvalita samozřejmě klesá.
Výsledky mnohých poslechových testů, kterých jsem se aktivně zúčastnil, však jasně prokázaly, že i při přenosu digitálního signálu či kopírování digitálního záznamu určité kvalitativní odchylky vznikají. Je nutné podotknout, že ve srovnání s chybami, vznikající při manipulaci s analogovým signálem, bývají řádově nižší, většinou zanedbatelné. Digitální signál se lépe zpracovává a zejména „kondenzuje“ do komprimovaných formátů (MP3 a spol.).
Proč má televize špatný obraz?
Rád bych se vrátil k již kritizované eufórii z pojmu digitální kvalita. Špičkový SACD přehrávač a drobný přenosný MP3 přehrávač reprodukují digitální záznam, přesto je výsledek jejich činnosti ve kvalitě reprodukce zcela diametrálně rozdílný.
Záleží také na datovém toku, tedy na množství informací, které má přehrávač k dispozici k „popsání“ jedné sekundy hudby. Platí to i o obraze, proto nestojí obraz některých kabelem či satelitem šířených stanic za nic, přestože je „digitální“. Šiřitel šetří a proto určitého datového toku, který je možno „protlačit“ přenosovou linkou využije k přenosu většího množství kanálů, než je únosné.
Každý kdo má doma DVB-T (digitální televizi) může tento razantní úbytek obrazové kvality sledovat na vlastní oči.
Nezavrhujme analogovou techniku
Z předchozího výkladu mohl vzniknout dojem, že i já považuji gramofony a vinylové desky za historický artikl, který již mimo pamětníků nikdo nepoužívá. Není tomu tak. Mnozí audiofilové, tedy milovníci kvalitního zvuku, fajnšmekři a hudební znalci nedají na gramofony dopustit a stále je hojně používají. Nabídka gramofonů se přesunula především do opravdu kvalitní (a také leckdy velmi drahé) oblasti. Vysoká je i cena nových desek. Za opravdovou kvalitu se však leckdy vyplatí připlatit. Digitální přístroje bezkonkurenčně kralují zejména ve spotřební, tedy cenově přístupné technice, ve vyšších sférách mají sice stále navrch, ale mohou se již potkat s konkurencí – gramofonem.
Chystáme pro vás:
Právě pro Vás připravujeme představení nejdražšího gramofonu na světe – dokonalého Clearaudio Statement. Také Vám nabídneme několik přístupnějších alternativ, které gramofonoví výrobci nabízí.
 |
