Ako funguje digitálne audio?

Ako funguje digitálne audio - OBSAH

1. Výhody a nevýhody digitálneho audia
2. Kvantifikácia zaznamenaného zvuku
3. Vzorkovacia frekvencia udáva úroveň signálu
4. Vnímanie rozdielov je nevedomé

Výhody a nevýhody digitálneho audia

Digitálne audio má v porovnaní s analógovým záznamom celý rad výhod – je možné ho neobmedzene kopírovať, opatriť kontrolnými súčtami a prenášať ho aj v prostredí, ktoré je rušené šumom alebo inými rušivými elementmi. Je dokonca možné ho deliť na dátové pakety a poslať na cestu internetom s tým, že aj keď pakety dorazia v zlom poradí, systém ich dokáže opäť zložiť a prehrávať skladbu, ako by sa nechumelilo. Digitálny záznam je vhodnejší na ukladanie aj na distribúciu – kameň úrazu je v masteringu, totiž ako teda pôvodnú nahrávku pripravíme a vyrobíme z nej digitálny súbor. 

Kvantifikácia zaznamenaného zvuku

Základným krokom na tvorbu digitálnej nahrávky je jej kvantifikácia, teda rozdelenie zaznamenávanej hudby na jednotlivé hodnoty, kvantá. K tomu musíme správne určiť číselný rozsah, do ktorého budeme zaznamenávať úroveň meraného signálu - základom na dosiahnutie CD kvality je 16 bitov, Hi-Res Audio dovoľuje zaznamenať úrovne hlasitosti aj v 24-bitovom a 32-bitovom rozsahu, čo je oveľa presnejšie a dovoľuje to väčší dynamický rozsah.

Vzorkovacia frekvencia udáva úroveň signálu

Druhým dôležitým parametrom je vzorkovacia frekvencia, teda ako často budeme merať úroveň signálu. Tá sa riadi Nyquist-Shannonovou vzorkovacou teorémou, ktorá hovorí, že ak chceme zaznamenať signál s určitou frekvenciou, musíme ju vzorkovať na aspoň dvojnásobnej frekvencii. Pre záznam na CD je vzorkovacia frekvencia 44,1 kHz, čo znamená, že na CD je možné zaznamenať zvuk s frekvenciou až 22 kHz – to by teoreticky malo na použitie stačiť, väčšina ľudí má prah počutia oveľa nižšie, len veľmi mladí sú schopní vnímať frekvencie nad 20 kHz a väčšina energie (informačného obsahu) hudby sa nachádza pod 10 kHz. Prečo chcieť zaznamenávať viac? 

V praxi sa ale ukázalo, že ľudia dokážu rozoznať rozdiel medzi CD a Hi-Res nahrávkou - ale nie preto, že by dokázali počuť viac ako 22 kHz. Ide o to, že okrem frekvencie, ktorá udáva výšku tónu, sú ľudia schopní prekvapivo presne merať čas nástupu zvuku.

Evolučná teória hovorí, že presné meranie zvuku je dôležité na určenie polohy zdroja zvuku – a pretože pre našich predkov v džungli bolo dôležité, aby dokázali identifikovať zdroj zvuku presne, vyvinula sa u nás táto schopnosť až v prekvapivej miere. Trénovaní ľudia dokážu detegovať zvuk s presnosťou až 7 mikrosekúnd, čo je tretina vzorkovacej frekvencie CD Audia a až Hi-Res Audio so vzorkovacou frekvenciou 192 kHz ponúka vyššiu presnosť rozlíšenia. Môžeme teda povedať, že Hi-Res Audio nie je o zaznamenávaní extrémnych frekvencií, ale o vysokom detaile záznamu pôvodnej zvukovej vlny. 

Vnímanie rozdielov je nevedomé

Pri štandardnom vzorkovaní sa musí meranie rozhodnúť, či nástup zvuku bude merať v tejto alebo až v ďalšej vzorke, čo nevnímame ako zmenu vo frekvencii, ale ako nedokonalosť záznamu v čase, najmä pokiaľ ide o rytmus. Hoci poslucháč vedome nepočuje rozdiel, niečo sa mu nezdá na kvalite audia - je nepresné. Podobne pri vysokých frekvenciách nejde o to, že by hudba bežne operovala s takými vysokými frekvenciami, ale vysoké frekvencie dávajú obzvlášť strunovým a kovovým nástrojom kvalitu čistoty v doznievaní zvuku alebo nepresnosti, ktorú skúsený poslucháč vníma.