Jak funguje digitální audio?

Jak funguje digitální audio – OBSAH

1. Výhody a nevýhody digitálního audia
2. Kvantifikace zaznamenaného zvuku
3. Vzorkovací frekvence udává úroveň signálu
4. Vnímání rozdílů je nevědomé

Výhody a nevýhody digitálního audia

Digitální audio má oproti analogovému záznamu celou řadu výhod – je možné ho neomezeně kopírovat, opatřit kontrolními součty a přenášet ho i v zarušeném prostředí. Je dokonce možné ho rozřezat na datové pakety a poslat na cestu internetem s tím, že i když pakety dorazí ve špatném pořadí, systém je dokáže opět složit a přehrávat skladbu, jako by se nechumelilo. Digitální záznam je vhodnější pro ukládání i pro distribuci – kámen úrazu je u něj v masteringu, totiž jak původní nahrávku připravíme a vyrobíme z ní digitální soubor.

Kvantifikace zaznamenaného zvuku

Základním krokem k tvorbě digitální nahrávky je její kvantifikace, tedy rozřezání zaznamenávané hudby na jednotlivé hodnoty, kvanta. K tomu musíme správně určit číselný rozsah, do kterého budeme zaznamenávat úroveň měřeného signálu – základem pro CD kvalitu je 16 bitů, Hi-Res Audio dovoluje zaznamenat úrovně hlasitosti i v 24bitovém a 32bitovém rozsahu, což je mnohem přesnější a dovoluje to větší dynamický rozsah.

Vzorkovací frekvence udává úroveň signálu

Druhým důležitým parametrem je vzorkovací frekvence, tedy jak často budeme měřit úroveň signálu. Ta se řídí Nyquist-Shannonovým vzorkovacím teorémem, který říká, že pokud chceme zaznamenat signál o určité frekvenci, musíme ho vzorkovat na alespoň dvojnásobné frekvenci. Pro záznam na CD je vzorkovací frekvence 44,1 kHz, což znamená, že na CD lze zaznamenat zvuk s frekvencí až 22 kHz – to by pro většinu použití mělo teoreticky stačit, většina lidí má práh slyšení mnohem níže, jen velmi mladí jsou schopní vnímat frekvence nad 20 kHz a většina energie (informačního obsahu) hudby se nachází pod 10 kHz. Proč chtít zaznamenávat více?

V praxi se ale ukázalo, že lidé dokážou rozeznat mezi CD a Hi-Res nahrávkou – ale ne proto, že by dokázali slyšet více než 22 kHz. Jde o to, že kromě frekvence, která udává výšku tónu, jsou lidé schopní překvapivě přesně měřit čas nástupu zvuku.

Evoluční teorie říká, že přesné měření zvuku je důležité pro určení polohy zdroje zvuku – a protože pro naše předky v džungli bylo důležité, aby dokázali identifikovat zdroj zvuku přesně, vyvinula se u nás tato schopnost v až překvapivé míře. Trénovaní lidé dokážou detekovat zvuk s přesností až 7 mikrosekund, což je třetina vzorkovací frekvence CD Audia a teprve Hi- Res Audio s vzorkovací frekvencí 192 kHz nabízí vyšší přesnost rozlišení. Můžeme tedy říci, že Hi- Res Audio není o zaznamenávání extrémních frekvencí, ale o vysokém detailu záznamu původní zvukové vlny.

Vnímání rozdílů je nevědomé

Při standardním vzorkování se musí měření rozhodnout, zda nástup zvuku bude měřit v tomto, nebo až v dalším vzorku, což nevnímáme jako změnu ve frekvenci, ale jako nedokonalost záznamu v čase, zvláště pokud jde o rytmus. Přestože posluchač vědomě neslyší rozdíl, něco se mu nezdá na kvalitě audia – je nepřesné. Podobně u vysokých frekvencí nejde o to, že by hudba běžně operovala s tak vysokými frekvencemi, ale vysoké frekvence dávají zvláště strunným a kovovým nástrojům kvalitu čistoty v dozvuku nebo nepřesnosti, kterou zkušený posluchač vnímá.