Hogyan működik a digitális hangzás?

Hogyan működik a digitális audió? – TARTALOM

1. A digitális audió előnyei és hátrányai
2. A rögzített hang kvantálása
3. A mintavételi frekvencia meghatározza a jel szintjét
4. A különbséget tudatalatt halljuk

A digitális audió előnyei és hátrányai

A digitális audiónak számos előnye van az analóg felvétellel szemben – korlátlanul másolható, ellátható ellenőrző kódokkal, és zavaros környezetben is továbbítható. Sőt, darabolható adatcsomagokra, amelyek aztán az interneten keresztül is eljutnak a célhoz – még ha rossz sorrendben is érkeznek, a rendszer újra össze tudja rakni őket, és a szám ugyanúgy szól tovább. A digitális felvétel jobban alkalmas tárolásra és terjesztésre – a gyenge pont inkább a masterelés, vagyis az, hogyan készítjük elő az eredeti felvételt, és alakítjuk át digitális fájllá.

A rögzített hang kvantálása

A digitális felvétel készítésének alapja a kvantálás, vagyis a felvett zenét külön értékekre, kvantumokra bontjuk. Ehhez meg kell határozni azt a számérték-tartományt, amelybe a mért jel szintjét rögzítjük – a CD minőség alapja 16 bit, míg a Hi-Res audió lehetővé teszi a hangszintek 24 vagy 32 biten való rögzítését, ami sokkal pontosabb, és nagyobb dinamikatartományt ad.

A mintavételi frekvencia meghatározza a jel szintjét

A másik fontos paraméter a mintavételi frekvencia, vagyis hogy milyen sűrűn mérjük a jel szintjét. Ezt a Nyquist–Shannon tétel határozza meg, amely szerint egy bizonyos frekvenciájú jel rögzítéséhez legalább kétszer akkora frekvenciával kell mintavételezni. A CD esetében ez 44,1 kHz, ami azt jelenti, hogy a CD maximum 22 kHz-ig képes rögzíteni hangot – ez elméletileg a legtöbb esetben elég, mivel az emberek hallásküszöbe ennél alacsonyabb, csak a fiatalok hallanak 20 kHz felett, ráadásul a zenei információk többsége 10 kHz alatt van. Akkor miért akarnánk többet rögzíteni?

A gyakorlat viszont megmutatta, hogy az emberek érzékelik a különbséget a CD és a Hi-Res felvételek között – de nem azért, mert 22 kHz fölötti hangokat hallanának. Inkább azért, mert a frekvencia mellett az ember meglepően pontosan érzékeli a hang megszólalásának időzítését.

Az evolúciós elmélet szerint a pontos hangérzékelés a hangforrás helyének meghatározásához fontos – őseinknek a dzsungelben létkérdés volt, hogy pontosan tudják, honnan jön a hang. Ezért alakult ki nálunk ez a képesség ennyire kifinomultan. Képzett emberek akár 7 mikroszekundum pontossággal is érzékelik a hangokat – ez a CD audió mintavételi frekvenciájának harmada, míg a 192 kHz-es Hi-Res audió ennél jóval pontosabb időfelbontást ad. Tehát a Hi-Res audió nem a szélsőségesen magas frekvenciákról szól, hanem arról, hogy mennyire részletesen rögzíti az eredeti hanghullámot.

A különbséget tudatalatt halljuk

A standard mintavételezésnél a rendszernek döntenie kell, hogy a hang kezdetét ebben vagy a következő mintában méri, amit nem frekvenciaváltozásként érzékelünk, hanem az időzítés pontatlanságaként – főleg a ritmusnál. Bár a hallgató tudatosan nem hall különbséget, valami mégis „sántít” – a hang pontatlan. Hasonló a helyzet a magas frekvenciáknál is: nem azért fontosak, mert a zene gyakran használna ilyen magas hangokat, hanem mert ezek adják a húros és fémes hangszereknek a csengést, tisztaságot vagy éppen azt az apró bizonytalanságot, amit a gyakorlott fül érzékel.