Digital K2: в поисках утраченного звука
Сергей Батов
Суровая действительность приучила нас с недоверием относиться к
рекламируемым технологиям. Иной раз реакция бывает бессознательной,
наподобие условного рефлекса. Поэтому предложение редакции журнала
"Звукорежиссер" подробно ознакомиться с новой технологией улучшения
звучания компакт-дисков, предложенной компанией JVC, особого энтузиазма
не вызвала. Ну что еще за улучшения? Трюки какие-нибудь с АЧХ или
с пространственным восприятием?
К техническим материалам по Digital K2 прилагалась пара компакт-дисков
с одинаковыми музыкальными примерами: один, изготовленный с применением
технологии Digital K2, а другой - без применения. Так что вполне
естественным было желание вначале все это послушать, благо артисты
записывались солидные, * а уж потом читать буклеты.
Чтобы иметь возможность быстро переключаться между фрагментами
и сравнивать их должным образом, я первоначально решил создать цифровые
копии дорожек компакт-дисков на винчестере компьютера. Для этого
была использована программа Audiograbber (естественно, о применении
в этих целях звуковой карты не может быть и речи), а для открывания
и воспроизведения файлов - Sound Forge. Первый фрагмент содержал
пьесу Телониуса Монка Straight, No Chaser в исполнении биг бэнда
The Bill Holmen Band.
Уже в самом начале прослушивания трека, созданного без Digital
K2, обнаружилось нечто озадачившее. Вступление пьесы звучит достаточно
тихо и на его фоне различимы негромкие, но явственные щелчки - почти
как на виниловой пластинке. Я открыл второй файл с тем же фрагментом,
но записанный уже по технологии Digital K2. Щелчков, действительно,
оказалось меньше, но они, тем не менее, все же были! Вот это уже
озадачивало по-настоящему. А если просто включить наушники в самый
обычный аудиовыход привода CD-ROM и послушать еще раз? Все идеально,
никаких щелчков*
В чем же дело? Немного успокоившись, я вспомнил про одну утилиту,
которую как то раз выудиe из невесть какого хранилища звукового
софта в Интернете. Программка без графического интерфейса, oeia
DOS, сравнивает несколько одинаковых (!) звуковых файлов
и после статистического анализа указывает тот, где наименьшее количество
ошибок. Автор создал эту утилиту в качестве дополнения к программам
типа Audiograbber, и для него было очевидно, что процесс "аудиограбления",
то есть, программного, без использования звуковой карты, переноса
треков с аудио-CD в компьютер не обходится без ошибок.
Эти ошибки еще именуют красивым словом "артефакты". Причин подобного
рода ошибок может быть несколько. Одним из основных виновников,
по всей видимости, является непосредственно дисковод CD-ROM. Вторым
по значимости источником ошибок стоит назвать несовершенное программное
обеспечение. Не исключено "неблаговидное участие" в этом и собственно
компьютерного "железа": RAM (известное дело), системной платы, да
и самого CPU. Никакая техника не застрахована от ошибок, хотя существуют
различные методы борьбы с цифровыми огрехами (контрольные разряды
и суммы, проверки на четность и т. д.). Выходит что для получения
наиболее точной цифровой копии аудиотрека нужно сделать несколько
дублей с компакт-диска, а затем выбрать лучший из них.
С самого начала я решил не брать на себя роли эксперта, не использовать
специфических методик наподобие анализа спектрограмм и т.п. Однако
трудно было устоять перед искушением сравнить оба файла визуально.
На рисунке 1 файл с Digital K2 расположен внизу. Для обоих файлов
выбрано максимальное в Sound Forge увеличение (1:1), и один и тот
же момент времени, считая от начала файла. Достаточно отчетливо
видна разница между верхним и нижним файлом, причем тот, что с технологией
Digital K2, смотрится как бы чище... А что, если в двух файлах фонограммам
предшествует разная по длительности тишина? Тогда они несинхронны,
и это визуальное сравнение ничего не дает. Увы, при проверке так
оно и оказалось!
Рис. 1
Вряд ли стоило пытаться синхронизировать файлы и затем сличать
их, рассматривая в лупу. Оставалось самое верное в подобной ситуации
- отбросить наукообразие и просто внимательно все послушать, стараясь
составить самое общее, хотя и, разумеется, полностью субъективное
мнение.
Что же слышится? Первое и самое главное впечатление - разницы нет
почти никакой, во всяком случае при первом прослушивании. И это
хорошо, ведь настораживают-то как раз всякого рода "разительные
перемены". Отличия, которые удалось расслышать в примере с биг-бендом,
относятся к туттийным эпизодам, сыгранным на предельной громкости
(рис. 2). Здесь хорошо видно, как используется весь динамический
диапазон: пики доходят до отметки 0 дБ, однако ни разу на индикаторе
уровня не возникло слово Clip. Снимок экрана, приведенный на рисунке
2, сделан как раз в момент прохождения такого опасного участка.
Рис. 2
Вообще хочется заметить, что приведенный на демонстрационных дисках
материал - высочайшего качества, и оставляет самое благоприятное
впечатление. Не очень понятно, что там еще улучшать. Так вот, в
подобного рода моментах форте оркестровых групп, особенно у медных,
звучит немного резко, вызывая мысли о нелинейных искажениях. В треке,
созданном по технологии Digital K2, звучание остается ярким, сочным
и даже, пожалуй, агрессивным, однако все очень чисто, нет никаких
неприятных моментов, лязгающих верхов и т.д.
Другой пример посвящен балладе Эллингтона In A Sentimental Mood,
исполненной известным саксофонистом Эрни Уоттсом (Ernie Watts) в
составе квартета (саксофон, рояль, контрабас и ударные). Здесь услышалось
такое: звук фортепиано в треке без Digital K2 чуть-чуть "ватный",
а вот зато в варианте с Digital K2 этим звуком можно просто наслаждаться.
С самим же саксофоном история примерно та же, что и в первом примере.
Во время исполнения темы меццо-форте отличий замечено не было, а
вот соло, сыгранное весьма напористо, в улучшенном треке звучит
по общему впечатлению как-то более благородно. В стремлении постичь
характер различий более конкретно, был даже создан файл, содержащий
два раза подряд одну и ту же ноту из соло саксофона, но из разных
треков (рисунок 3).
Рис. 3
Оказалось, что при таком детальном подходе услышать различия труднее,
однако позже дело прояснилось: надо было сконцентрироваться на моменте
атаки, все самое интересное происходит именно здесь, а на этапе
"сустейна" различий и в самом деле практически нет. Психоакустическое
наблюдение: наше восприятие четко фиксирует короткие, в десятки
милисекунд, эпизоды, и из их совокупности формируется общий эмоциональный
фон "приятия" или "неприятия" того или иного звучания.
Подытоживая экспериментальную часть, можно сделать обобщение: различия
между обычными и улучшенными треками проявляются главным образом
в моментах резких динамических перепадов, что, тем не менее, существенно
влияет на общее впечатление. Ну, а мне это звучание просто понравилось.
Может потому, что музыка хорошая...
Перейдем теперь непосредственно к техническим решениям, лежащим
в основе технологии Digital K2, но сначала попробуем осмыслить саму
необходимость ее появления. Развитие систем нового поколения - DVD-Audio
и SACD (Super Audio CD) - позволяет говорить о том, что звуковая
индустрия вступает в новый этап своего развития, отмеченный улучшением
качества звука (или, по крайней мере, напряженной борьбой за это
качество) и увеличением емкости носителей. Сложность звукового оборудования
и требования к нему за последние несколько лет также претерпели
весьма существенные изменения.
При этом самым слабым звеном остается организация взаимодействия
устройств. В системах, которые строятся из нескольких приборов,
неизбежны изменения или деградация характеристик звука. Теоретически,
качество цифрового звука должно оставаться неизменным, если не меняется
сам цифровой код. На практике, однако, качество звука существенно
зависит от систем передачи цифрового сигнала между устройствами.
Код, содержащий всю информацию о звуке, передается в виде последовательности
сигналов определенной формы. Любой код, да и вообще любое сообщение,
которое мы пытаемся передать, является попыткой привнести элемент
порядка в среду, в которой происходит передача. Среде же присуще
хаотическое начало, и она всегда будет воздействовать на наш сигнал
разрушительным образом, варьируется лишь интенсивность такого воздействия.
Это закон энтропии. Поэтому теоретически идеальная форма передаваемого
сигнала на самом деле будет подвержена таким явлениям, как ripple
(рябь), то есть, искажение вдоль вертикальной оси (voltage axis
fluctuation), и jitter (time axis fluctuation) - дрожание или смещение
фронта импульса вдоль оси времени. Ripple и jitter являются внекодовыми
компонентами. Сама кодовая информация (нули или единицы) не меняется,
но всегда сопровождается внекодовыми компонентами, которые содержат
высокочастотные элементы. Они проникают в сигнал в принимающем устройстве,
вызывая различные интерференсные явления, разрушающие сигнал. Рис.
4 иллюстрирует, как по-разному меняется форма сигнала в устройствах
A и B.
Разработанная
JVC новая система, именуемая K2 Interface, собственно и служит для
того, чтобы передавалась только кодовая информация (нули и единицы),
а внекодовые элементы отбрасывались. Этот принцип символически изображен
на рис. 5.
K2 Interface мгновенно считывает из цифрового сигнала эти
самые теоретические 1 и 0 и вырабатывает новый, неискаженный сигнал,
руководствуясь синхросигналом генератора тактовой частоты принимающего
блока, причем последний не имеет с передающим блоком никаких общих
электрических цепей (включая питание и "землю"), а, кроме того,
блоки полностью независимы электростатистически и электромагнетически.
Передача кода происходит через однонаправленный (one-directional)
оптический элемент, а тактовый генератор принимающего блока обеспечивает
распознавание кода в предельно короткий промежуток времени. К тому
же система снабжена однонаправленным элементом для трансляции тактовых
сигналов обратно в передающий блок (рис 6).
Синхронизирующий сигнал (A), вырабатываемый тактовым генератором,
посылается из принимающего блока в передающий, обеспечивая согласованную
работу обоих блоков. Основной сигнал (B), содержащий код, постоянно
транслируется из передающего блока в принимающий (рис. 7). В принимающем
блоке напряжение (C) подается на транслирующий элемент в течение
очень короткого, порядка нескольких наносекунд, промежутка времени,
что позволяет сопоставить переданный в данный момент сигнал с логическими
0 или 1. Полученная таким образом последовательность нулей и единиц
(D, жирные точки) посредством реле преобразуется в новый цифровой
сигнал в соответствии с синхросигналом тактового генератора.
Таким образом, система Digital K2 фактически распознает в исходном
сигнале информационный код и регенерирует новый сигнал, содержащий
только полезную информацию и свободный от внекодовых элементов.
Создатели системы приводят тест с источником помех. Генератор цифровых
сигналов с помощью цифрового кабеля AES/EBU соединялся с цифроаналоговым
преобразователем, на выходе которого был измерен уровень шума (-112
aA). При подключении к генератору источника помех уровень шума поднимался
до -106 дБ. При подключении же генератора сигнала к ЦАП через устройство
Digital K2 Interface (рис. 8) уровень шума на выходе был в том и
в другом случае равен -112 aA. Весьма убедительно!
Возможности
Digital K2 уже используются фирмой JVC в серийном производстве компакт-дисков
с маркой XRCD (Extended resolution compact disc). XRCD-процесс начинается
с мастеринга. Аналоговый сигнал подается на 20-битный АЦП JVC K2,
полученная 20-битная цифровая фонограмма пропускается через Digital
K2 Interface, выступающий в роли регенератора. Рекордер SONY PCM-9000
записывает результат на магнитооптический диск. Воспроизведение
с магнитооптического диска производится уже в самой Японии, в городе
Йокогама, где размещены производственные мощности JVC. На этом этапе
опять используют Digital K2, а затем 20-битный материал конвертируется
в 16 бит посредством K2 Super Coding, который обеспечивает "истинный
16-битный динамический диапазон". 16-битный сигнал конвертируется
в стандартный код EFM (Eight to Fourteen Modulation), в котором,
как известно, представляются аудиоданные на компакт-дисках. В таком
виде сигнал подается на K2 Laser, и тот еще раз регенерирует EFM-код
уже непосредственно перед изготовлением стеклянного диска-оригинала.
Итак, для Digital K2, выступающего в роли универсального регенератора
цифровых сигналов, предполагаются обширные области применения: запись,
мастеринг, произодство CD и DVD-Audio. Общее правило: при передаче
цифрового сигнала от одного устройства к другому надо вначале обеспечить
полную гальваническую развязку этих устройств друг от друга (см.
выше), а затем соединить через Digital K2 Interface. А вообще у
разработчиков системы далеко идущие планы. По их мнению, эта технология
может использоваться не только в сфере аудио, но и всюду, где есть
цифровой интерфейс: компьютеры, связь, радиовещание, и т.д.
Возвращаясь к началу статьи, остается добавить, что на самом деле
Digital K2 ничего не улучшает. Просто восстанавливает истину. А
это еще ценнее...
«625»
«Звукорежиссер»
«ТТК»
