@AudiofilPCAnalogowe i cyfrowe Dolby to skarbnica wiedzy o odtwarzaniu i nagrywaniu muzyki

Analogowe i cyfrowe Dolby to skarbnica wiedzy o odtwarzaniu i nagrywaniu muzyki

31 marca 2017, 11:22

System Dolby w kinach jest dla miliardów ludzi synonimem dobrej jakości dźwięku. Rozwiązania z tego systemu używane są w PC i z końcem marca 2017 nie będzie już kosztów za ich licencję.

Dźwięk w salonach kinowych z systemem Dolby jest bez żadnej wątpliwości imponujący, ale takiej pewności nie ma, gdy chodzi o precyzję jego odtwarzania. Oglądałem ostatnio w sopockim Multikinie film o Marii Curie Skłodowskiej i jest tam scena z morzem w tle. Jego odgłos nie przypominał żadnego dźwięku morza, który można usłyszeć kilka metrów od salonu, ani w innych podobnych miejscach na ziemi.

W 30 tysięcznym mieście osoba odpowiedzialna za ustawienie nagłośnienia w kinie nie została na 100% upoważniona do jakichkolwiek porównań z rzeczywistym dźwiękiem morza. Miała zastosować się do instrukcji załączonej ze sprzętem, co nie oznacza, że właściwie zrozumiała także - o co chodzi w instrukcji,. Taka instrukcja nie może być zbyt zaawansowana, bo wówczas jeszcze łatwiej jest, że zostaną popełnione błędy w trakcie jej realizacji. Konieczny jest kompromis.

Działania Dolby Laboratories były od lat w przeważającej części ukierunkowane na uzyskanie jakiegoś kompromisu, by powstał nowy wymiar dla nagrywania i odtwarzania dźwięku. Najbardziej bezkompromisowo zadziałano z systemem, który dał im światowe uznanie. Chodzi o Dolby A, które wprowadziło w studiach nagrań rewolucję. Szeroko dostępna informacja na ten temat jest jednak nieco ograniczona w języku polskim. Przykładowo w słowniku serwisu internetowego na temat hi‑fi podane jest

System redukcji szumów opracowany przez firmę Dolby Laboratories w latach 60‑tych. Przeznaczony do zastosowania w urządzeniach profesjonalnych, nie był spotykany w użytku amatorskim.

Wykorzystuje układy kompresora i ekspandera. Charakterystyczną cechą układu Dolby A jest przeprowadzanie kompresji i ekspansji w czterech osobnych pasmach (każde z nich ma osobny kompresor i ekspander). Pasma te są następujące: 15‑80Hz, 80Hz-3kHz, 3‑9kHz, 9‑20kHz.

Sprawa nie jest jednak zbyt trudna. Tajemniczy podział w Dolby A wprowadził pewien standard dla optymalnej pracy układów elektronicznych, które komprymują sygnał podczas nagrywania i odtwarzania. Chcąc zapewnić najniższe możliwe przekłamania przystosowano parametry pracy układów elektronicznych - optymalnie dla każdego pasma. Komprymowanie sygnału podczas zapisu i jego ekspansja przy odtwarzaniu musi być tylko na identycznych zasadach.

W największym uproszczeniu można powiedzieć, że kompresja zwiększała możliwości taśmy. Podział na pasma ograniczał niedoskonałości pracy niezbędnych do tego układów elektronicznych. W efekcie przyczyniło się to do rozwoju wielościeżkowego nagrywania muzyki w studio. Zapewniło także rozwój działalności, którą Bing Crosby i Ray Dolby uruchomili na bazie rozwiązań technicznych stworzonych na potrzeby machiny propagandowej III Rzeszy.

We wspomnianym słowniku możemy również przeczytać opis jeszcze bardziej tajemniczego Dolby HX

Wbrew pozorom nie jest to ani system redukcji szumów, ani format dźwięku wielokanałowego. Dolby HX to układ stosowany w magnetofonach kasetowych do optymalizacji prądu podkładu działający tylko przy nagrywaniu. Jego zadaniem jest dynamiczna zmiana prądu podkładu tak zwiększyć zakres dynamiki zapisu dla najwyższych częstotliwości akustycznych (HX - headroom extension). Dolby HX nie przetwarza samego sygnału audio a jedynie optymalizuje parametry jego zapisu na taśmie magnetycznej. Zmiana prądu podkładu wprowadzana przez Dolby HX jest zależna od chwilowej zawartości wysokich tonów w sygnale. Ponieważ sygnał nie jest w żaden sposób modyfikowany przez Dolby HX, taśmy nagrywane z wykorzystaniem tego systemu można odtwarzać na dowolnym magnetofonie, niezależnie od tego czy jest on wyposażony w Dolby HX czy też nie.

Przekazana w tym opisie informacja jest całkowicie poprawna, ale nie jest chyba jasna nawet dla doświadczonego elektronika, który nie zna dobrze historii sprzętu hi‑fi. Rozwiązanie powstało na potrzeby Dolby C, gdzie dla taśmy w kasecie bardzo wysoko postawiono poprzeczkę i producenci magnetofonów mieli trudności, by realizować to w przedziale cenowym, który był przystępny dla większości konsumentów.

Rozwiązanie nazwane HX - headroom extension pozwalało poprawić możliwości zapisu na taśmie magnetofonowej w kasetach, by można było szerzej skorzystać z oferty układów elektronicznych według standardu Dolby C. Tych problemów nie było z Dolby B, bo oczekiwania były na zupełnie innym poziomie jakości.

Rozwój zapisu cyfrowego spowodował, że Dolby Laboratores nie oferuje już analogowych rozwiązań. Pojawiła się np. oferta, która powszechnie zyskała nazwę Dolby Digital i to o niej wspomniałem na wstępie wpisu. Wikipedia ma na ten temat polskojęzyczną informację pod hasłem A/52, gdzie podane jest

Standard stratnego kodeka dźwięku używany na większości płyt DVD‑Video. Obecnie również jako standard w cyfrowej telewizji DVB. Powszechnie znany jako Dolby Digital, Dolby Digital Audio Compression-3 lub AC3 (nazwy handlowe używane przez twórcę kodeka, firmę Dolby), nazwa A/52 została przyjęta przez ATSC.

Dalsza informacja pod hasłem A/52 na temat kodowania dźwięku w tym standardzie jest jeszcze bardziej istotna dla wiedzy o nagrywaniu i odtwarzaniu muzyki z PC.

Dźwięk jest kodowany z oryginalnego zapisu PCM o częstotliwości próbkowania 48 kHz i próbkowaniu 16‑24 bit (czyli o jakości wyższej niż CD‑Audio). Taki zapis, zajmujący ponad 5 Mb/s, jest kompresowany do 384 kbps lub 448 kbps dla dźwięku 5.1 (poniżej kompresja jest zbyt znaczna, wartości wyższe są dosyć rzadko stosowane, głównie na DVD – do 640 kbps) albo 192 kbps dla dźwięku 2.0 z pewną stratą jakości, szczególnie wyczuwalną przy słuchaniu płyt z muzyką zapisaną w tym formacie (taką prędkość strumienia stosuje się najczęściej do dźwięku Dolby Digital nadawanego w telewizjach).

W tym standardzie nie ma już bariery z konwertowaniem nagranego w studio sygnału do nieprzyjaznej częstotliwości próbkowania 44,1 kHz, która powstała wyłącznie z myślą o ograniczeniach w CD, by w dawnych czasach utrudnić kopiowanie. Philips w bardzo wczesnej fazie rozwoju odtwarzaczy srebrnych krążków zaoferował układ elektroniczny, który promowano jako 1 bitowy DAC z próbkowaniem 176,4 kHz.

Ten układ elektroniczny zaoferowano wielu niezależnym producentom wyższej klasy sprzętu do odtwarzania muzyki, którzy z tego skorzystali i stworzyli przy tej okazji własne teorie marketingowe. Te teorie miały pomóc w promowaniu ich ulepszeń przy korzystaniu z tego układu. Takich scalaków dedykowanych wyłącznie pod standard CD od dawna nie ma na rynku, ale stworzone na ich temat teorie nadal krążą. Nie można oczywiście wykluczyć, że ktoś kupił za bezcen dużą partię takich układów i nadal sprzedaje je w małych partiach producentom egzotycznych DAC, którzy chcą kultywować starsze technologie.

W komputerach są układy elektroniczne, które zapewniają najlepsze próbkowanie z częstotliwością 48 kHz lub jego wielokrotnością. Tak samo jest w profesjonalnych studiach nagrań. Dotyczy to również dobrej klasy DAC do domowego sprzętu audio, ale ich producenci mogą je sobie skonfigurować według własnych teorii, które zrodziły się na potrzeby innej generacji układów elektronicznych. Wiele z drogich DAC ma świetne rozwiązania, ale nie wszystkie. Szczególne zamieszanie wprowadza tu teraz SACD, który skuteczniej od standardowego CD utrudnia kopiowanie muzyki wydawanej na płycie.

Archiwizując muzykę z płyt winylowych warto nawet w warunkach domowych korzystać z profesjonalnego standardu próbkowania, a nie sugerować się stosowanym w CD 44,1 kHz.

Różnica w rozmiarach pliku jest relatywnie niewielka i dotyczy to w takim samym stopniu zapisu w wav, flac i mp3. Godny polecenia dla zapisu muzyki w niewielkim pliku z najlepszą możliwą jakością jest format aac, który jest np standardem przy cyfrowej emisji programów radiowych w DAB+. Teoretycznym problemem aac jest kompatybilność ze tańszym sprzętem. W praktyce nie miało to jednak większego znaczenia przy niskiej jakości odtwarzania muzyki z tanim sprzętem, a teraz oferta takich urządzeń z archaicznymi układami zmalała do minimum. Jeszcze ciekawsze możliwości oferuje standard opus, ale jego wdrażanie dziwnie zamarło i tym samym archiwizacja z nim jest trochę niepewna.

PS 15 II 2020

Inne wrażenie zainspirowało wpis pt"Audiowizualna perfekcja w Multikinie i nieco makabryczne nowinki na horyzoncie".

Natomiast pod niniejszym wpisem skasowane zostały komentarze, w których bark elementarnej wiedzy wprowadzał zbyt dużą dezinformację. W związku z tym pozostałe zostały bezwzględnie poszatkowane, co trochę dziwnie teraz wygląda.