Глава 36. Караул, оцифровывают!

Нуль и единица — от Бога, все остальное — дело рук человеческих.

Леопольд Кронекер

Какое место в технологии современной звукозаписи должны занимать ком­пьютеры, и каковы перспективы их дальнейшего использования? Чтобы от­ветить на эти вопросы, выясним вначале, какое качество обработки звука требуется от современных систем звукозаписи.

Самым массовым потребительским форматом остается CD. В эксплуата­ции находятся свыше 600 миллионов CD-проигрывателей; за более чем 20-летнюю историю формата продано около 10 миллиардов дисков. На смену CD идут либо DVD-Audio, либо SACD, либо некий третий формат, вырабо­танный в результате их конкуренции. Может быть, этот формат будет базиро­ваться на носителе, отличном от DVD.

Формат CD

Характеристики CD широко известны. Звук воспроизводится в 2-канальном стереофоническом варианте. Тип кодирования — импульсно-кодовый (Pulce Code Modulation — PCM), частота дискретизации 44,1 кГц, квантование линейное 16-разрядное, скорость потока цифровой информации 1,9404 Мбит/с, длительность звучания диска — до 80 минут, объем данных — до 700 Мб. Зона оглавления позволяет записать на CD до 99 дорожек и не­большую текстовую информацию. Для чтения применяется лазер с длиной волну 780 нанометров. Система помехоустойчивого кодирования использует корректирующий код Рида—Соломона, имеющий избыточность 25% и пред­полагающий возможность коррекции до 3500 групповых ошибок (что соот­ветствует зоне записи на диске длиной 2,5 миллиметра), а также допускаю­щий интерполяцию сигнала при групповых ошибках до 12 300 бит (зона на диске длиной 8 миллиметров). Стандарт предусматривает одновременную дискретизацию сигналов обоих стереоканалов; преобразование двух цифро­вых потоков в аналоговый сигнал также должно быть синхронным. Неравно­мерность линейной скорости диска приводит к дополнительным искажени­ям. Реальная величина дрожания фазы начала цифровых отсчетов составляет около I наносекунды.

Формат SACD

«Родители» формата CD — фирмы SONY и PHILIPS — продвигают на ры­нок его замену — Супер Аудио Компакт Диск (Super Audio CD или SACD). Необходимая на данный момент преемственность сохраняется благодаря

374

Глава 36. Караул, оцифровывают!

двухслойным дискам, которые можно слушать на обычных CD-проигрыва­телях. Для записи Super Audio CD используется технология прямого цифро­вого потока (Direct Stream Digital — DSD), которая основана на однобито­вом квантовании. Из-за радикального уменьшения разрядности частота дис­кретизации по сравнению с CD увеличена в 64 раза и составляет 2822,4 кГц, а скорость цифрового потока возросла, соответственно, в 4 раза.

Упрощенная модель однобитового АЦП выглядит следующим образом: 2 822 400 раз в секунду модулятор оценивает направление изменения сигнала; если его уровень увеличился, на выходе появляется «единица», если умень­шился — «ноль*. Математический анализ показывает, что подобная схема об­ладает слишком высоким уровнем шумов квантования. Для его уменьшения в схему АЦП вводятся новые элементы, в их числе линия отрицательной обрат­ной связи, сумматор и интегратор, которые выполняют функцию переноса ос­новной мощности шумов из рабочей полосы модулятора (до 100 кГц) в более высокочастотную зону. Усовершенствованный алгоритм можно классифици­ровать как сигма-дельта модулятор (SDM или Д1; может применяться и при многобитовом квантовании). В технологии SACD используется SDM 5 поряд­ка с пятью сумматорами и интеграторами, который отличается от SDM 1-го порядка уменьшением мощности шумов в рабочей полосе АЦГТ и увеличени­ем частоты, начиная с которой начинают проявляться шумы квантования. С другой стороны, SDM 5-го порядка характеризуется повышенным уровнем шумов за пределами рабочей полосы, сложностью теоретических расчетов и очень высокими требованиями к точности изготовления элементной базы.

С выхода сигма-дельта модулятора сигнал поступает на вход кодера DST (Direct Stream Transfer), уменьшающего цифровой поток почти в 2 раза за счет сокращенного кодирования повторяющихся последовательностей бит.

Поскольку процесс преобразования Direct Stream Digital в аналоговый сигнал принципиально линеен, цифро-аналоговое преобразование не сопро­вождается эффектом «наложения спектров», характерным для многобитовых ЦАП. По этой причине формирование рабочей полосы частот на выходе сис­темы можно поручить простому аналоговому фильтру, не вносящему допол­нительных искажений в обрабатываемый им сигнал. Характерно, что новый формат позволяет записывать как стереофонические, так и 6-канальные фо­нограммы с полосой звуковых частот от 2 Гц до 100 кГц.

В качестве носителя SACD использует DVD-диск; длина волны лазера 650 нанометров; объем одного слоя диска составляет 4,7 Гб; время звучания 109 минут (стерео). Количество каналов — до 6. Оглавление позволяет обра­титься к 255 трекам. Имеется возможность записи дополнительной тексто­вой, видео- и фотоинформации. Технология SACD предусматривает много­ступенчатую защиту от копирования, что исключает воспроизведение неле­гальных или «пиратских» дисков на компьютере. Система помехоустойчивого кодирования использует корректирующий код Рида—Соломона, имеющий избыточность 13%,

375