Super Audio CD

Super Audio CD ( SACD ) je nepřepisovatelný optický zvukový disk , který umožňuje ukládat zvuková data ve výrazně vyšší kvalitě než běžný disk CDDA . Navrženo[ upřesnit ] společností Sony a Philips v roce 1999 .

Přehrávání SACD vyžaduje speciální přehrávač, který je kompatibilní s tímto formátem; avšak SACD disk může obsahovat další CD vrstvu (pouze stereo) pro kompatibilitu s konvenčními přehrávači, takové disky se nazývají hybridní (Hybrid SACD) a lze je přehrávat na jakémkoliv konvenčním CD přehrávači .

Historie

Formát Super Audio CD byl představen v roce 1999. V květnu 2002 začaly společnosti Philips a Crest Digital navrhovat a instalovat první výrobní linku hybridních jednotek SACD v USA s kapacitou 3 miliony disků ročně. SACD nedosáhlo stejné úrovně růstu jako CD v 80. letech a nebylo akceptováno běžným trhem.

Popis formátu

Funkce kódování

SACD se nahrávají pomocí jednobitového formátu Direct Stream Digital ( DSD ) , který poskytuje vyšší kvalitu zvuku než běžná CD díky vyšší vzorkovací frekvenci (až 2,8224 MHz).

1bitový záznamový formát je přímý záznam 1bitového výstupního signálu z delta-sigma ADC a tento signál má pozoruhodné vlastnosti: dynamický rozsah více než 120 dB, frekvenční odezvu 0 až 100 kHz. Díky této kombinaci frekvenční odezvy a dynamického rozsahu nemá DSD konkurenci jiných záznamových systémů, digitálních nebo analogových.

Přímý záznam takového jednobitového signálu je alternativou k existujícím hlavním formátům záznamu. Tento zápis eliminuje potřebu decimačních a interpolačních procesů pro analogové I/O. To zjednodušuje strukturu (blokové schéma) záznamového systému, protože mizí paralelní informační vazby vícebitových digitálních slov a potřeba jejich synchronizace.

Stejně jako u konvenčních PCM systémů je analogový signál nejprve převeden na digitální pomocí delta-sigma modulace se vzorkovací frekvencí 64násobku nominální vzorkovací frekvence. Ale DSD zapisuje 1bitové impulsy přímo, zatímco konvenční systémy pak převádějí 1bitový signál na vícebitový kód PCM. Výsledkem je, že DSD poskytuje digitální jednobitovou reprezentaci zvukového signálu. Kladná změna amplitudy bude reprezentována všemi "1". Negativní - všechny "0". Nulový bod bude reprezentován změnou binárního čísla. Protože hodnota amplitudy analogového signálu v každém okamžiku je reprezentována jako hustota pulzu, tato technika je někdy označována jako modulace hustoty pulzu (PDM).

Tok hybnosti získaný tímto způsobem má pozoruhodné vlastnosti. Stejně jako PCM je i DSD ze své podstaty odolný vůči zkreslení, šumu a klepání ze záznamového zařízení a přenosových kanálů. Ale na rozdíl od PCM je DSD jako konverzní princip mnohem blíže k přenosu analogového signálu. D/A převod lze snadno získat pomocí analogového dolního filtru.

Tok delta-sigma pulsů je dost "hlučný". Mimořádně vysokého odstupu signálu od šumu, který vyžaduje DSD ve zvukovém rozsahu, je dosaženo pomocí filtrů pro redukci šumu pátého řádu, které efektivně posouvají šum frekvenčně nahoru mimo zvukový rozsah.

Odolnost proti hluku

Ve skutečnosti, zatímco zvýšení bitové hloubky a vzorkovací frekvence PCM systémů zlepšilo kvalitu zvuku, tato zlepšení byla stále méně významná. Důvod je zřejmý – filtrování. V systému PCM jsou na vstupu vyžadovány velmi strmé filtry pro potlačení frekvencí, které jsou na nebo nad polovinou vzorkovací frekvence. Při vzorkovací frekvenci 44,1 kHz musí filtry z cihlové zdi projít 20 kHz a přesto odříznout 22,05 kHz – není to snadný úkol. Kromě toho se během nahrávání a přehrávání neustále přidává kvantizační šum. Vzorkování na Nyquistově frekvenci má navíc za následek výrazný posun mezi fázovou a frekvenční charakteristikou filtrů v horní čtvrtině frekvenčního rozsahu. Naproti tomu v 1bitovém systému není fázová odezva v horní části zvukového spektra ovlivněna filtrem brick wall. Tento aspekt je zvláště důležitý, když je systém digitálního zpracování součástí zpětnovazební smyčky, protože v tomto případě je fázový posun menší a stabilita systému a věrnost zvuku jsou vyšší.

Další vlastností tohoto formátu je jeho chování v podmínkách možného přetížení. Jednobitové kodéry vyššího řádu musí být schopny zvládnout přetížení, aby nebyla ohrožena stabilita. To je zajištěno volbou vhodné přenosové charakteristiky. Jednobitový formát nedává, na rozdíl od vícebitových, efekty aliasingu při přetížení.

Tolerance chyb

Protože jakýkoli bit v jednobitovém formátu nese stejné množství informací, účinek každé chyby je nezávislý na tom, který bit je chybný. V tomto je jednobitový formát příznivě srovnatelný s vícebitovým kódováním, ve kterém chyba nejvýznamnějšího bitu (MSB) ovlivňuje (délka L - slova) více než chyba nejméně významného bitu (LSB). Pro 20bitový záznamový systém to znamená, že chyba v MSB ovlivní asi 1 milionkrát více než v LSB.

Systémy dopředné opravy chyb (jako jsou ty používané ve formátu CD) předpokládají, že všechny bity mají stejnou informační váhu, takže chrání každý bit stejně. To není vhodné pro audio signál, takže účinnost takových systémů trpí - nejméně významné bity jsou překryty a nejvýznamnější bity nejsou chráněny dostatečně. Navíc vliv chyb není úměrný, protože závisí na tom, ve kterém bitu k chybě došlo. To vede k rychlé degradaci signálu při překročení určité úrovně hustoty chyb.

Ve skutečnosti je maximální účinek každé jednotlivé chyby funkcí míry převzorkování. vliv chyby je nepřímo úměrný faktoru převzorkování. Je-li například faktor 64, chyba způsobená jedním bitem bude přibližně 1/64 maximální úrovně, to znamená, že její úroveň je o 36 dB nižší než maximální úroveň výstupního signálu.

Vlastnosti SACD

Doba trvání disku Super Audio CD může být až 109 minut za předpokladu, že obsahuje dvě zóny SACD s různými parametry nahrávání (například 2.0 a 5.1 ). Při použití pouze jedné SACD zóny překračuje délka zvuku 2 hodiny.

Nahrávka SACD může obsahovat 1 až 6 zvukových kanálů .

Přehrávání SACD vyžaduje speciální přehrávač , který je kompatibilní s tímto formátem. Disk SACD však může obsahovat další vrstvu CD (pouze stereo) pro kompatibilitu s konvenčními přehrávači, takové disky se nazývají hybridní ( anglicky  Hybrid SACD ) a lze je poslouchat na jakémkoli běžném přehrávači CD . Přibližně polovina vydaných SACD jsou hybridy.

Kapacita disku SACD se zvýšila 6krát díky snížení vlnové délky laseru a zvětšení apertury čočky . Díky tomu se průměr čtecího bodu světla zmenšil na 1 µm . To zase umožnilo zmenšit velikost boxů , intervaly mezi nimi a rozteč trati.

U SACD disků je jako materiál reflexních vrstev použito zlato (na rozdíl od CD-DA, které používá hliník; i když se najdou i "zlatá" CD, nejčastěji pro deluxe a sběratelské edice kvůli jejich "bohatému" vzhledu).

Srovnání s jinými formáty

CD-Audio používá 44,1 kHz pro vzorkování analogového zvuku . V SACD je frekvence 64x vyšší – 2,8224 MHz. CD používá 16 bitů na vzorek, takže informační tok je zde 16×44100 Hz na kanál, neboli 705 600 bps na kanál. DSD používá 1 bit na vzorek, takže tok informací bude 2 822 400 bps na kanál. To je 4krát více než CD, ale méně než DVD-A – 24 bitů x 192 000 Hz = 4 608 000 bps

Formát DVD-Audio (bitová hloubka - 24 bitů, vzorkovací frekvence - 192 kHz) přenáší signál s přesností 24 bitů, což zajišťuje kódování amplitudy signálu s vysokou přesností až do Nyquistovy frekvence 96 kHz, přičemž tento záznam formát používá stejné kódování PCM jako CD-Audio .

Zajímavosti

• První dvě verze PlayStation 3 (před rokem 2010.10) plně přehrávají SACD.
• DSD disk znamená optický disk (DVD-R, DVD+R, DVD-RW nebo DVD+RW) obsahující soubory DSD s příponou DSF, které lze přehrávat na počítači nebo jiném zařízení, které podporuje přehrávání těchto souborů. Obsahuje zvukové soubory ve vysokém rozlišení se vzorkovací frekvencí 2822,4 kHz. Kvalita zvuku disku DSD je stejná jako kvalita zvuku SACD. Společnost Sony vyvinula specifikaci nazvanou DSD Disc Format, kterou používají některé nahrávací společnosti k vydávání disků DSD. Tento formát je otevřený a pomocí speciálního softwaru lze takový disk připravit doma a obsahovat soubory DSD získané například přes internet. [jeden]

Viz také

• DSD , DXD
• Gramofonová deska

Literatura

• I. A. Aldoshina, E. I. Vologodin, A. P. Efimov aj. Elektroakustika a zvukové vysílání: učebnice pro vysoké školy. - M .: Hotline-Telecom, Rádio a komunikace, 2007. - 872 s.

Odkazy

•  Portál SACD
• Ruské vícekanálové SACD desky a disky .
• Obecné informace o SACD
• Direct Stream Digital: jednobitový digitální formát záznamu // Časopis zvukařů, 1999, č. 2
• SACD vs. DVD-Audio: Praktický průzkum formátů s vysokým rozlišením

Poznámky

1. ↑ Zvukové formáty s vysokým rozlišením . Datum přístupu: 20. března 2012. Archivováno z originálu 29. listopadu 2012. (neurčitý)