Звук без потерь
28.09.2009
Если вы приобщились к технике домашнего кинотеатра в течение последних 10 лет, т.е. в эпоху безраздельного царствования на этом рынке DVD, то вам наверняка интересно будет узнать следующее. Формат DVD действительно обеспечил очень существенное повышение качества изображения по сравнению с предыдущими популярными форматами VHS и LD, но вот в том, что касается звука, ситуация выглядит несколько иной. Да, к сожалению, не каждое количественное совершенствование технологий приводит к совершенствованию качественному.
Если говорить о количественном совершенствовании, то в этом у DVD все в порядке – формат позволил записать на диск дискретные широкополосные каналы окружающего звука, что дало гораздо более точную локализацию звуковых образов. Однако платой за это стало то, что звук на DVD представлен в «сжатом» виде, так как на его запись даже в формате PCM 16 бит/44.1 кГц (как на CD или LD) просто не хватает места.
Насколько плох звук на DVD?
Наверняка вам знаком термин «сжатие» (компрессия) применительно к цифровым данным, и вы знаете, что оно применяется, когда на носитель ограниченного объема нужно записать большой файл, или передать такой файл по цифровому каналу передачи данных с ограниченной пропускной способностью. Эта компрессия может производиться двумя способами, без потерь исходных данных, или с потерями части из них.
Различие между этими двумя способами состоит в том, что в первом случае после восстановления файла он будет точно таким же, как и до сжатия. Например, так работают компьютерные архиваторы файлов типа zip/arj – после сжатия и последующего «разжатия», например, документа Word текст в нем будет полностью сохранен. Таким образом, сжатие без потерь не приводит к ухудшению качества сжимаемого цифрового контента, если говорить об аудио/видео данных.
Однако сжатие без потерь способно уменьшить объем исходной информации лишь на 30 – 50 процентов. В большинстве случаев этого недостаточно, и, в частности, такое сжатие не позволило бы записать на DVD пятиканальный звук в CD-качестве. Поэтому здесь используется сжатие с потерями информации. В этом случае специальное ПО решает, какие данные могут быть удалены из файла, а какие необходимо сохранить. Разумеется, удаленные данные уже не могут быть восстановлены, т.е. файл после сжатия с потерями уже не может быть восстановлен с точностью «бит-в-бит». Применительно к аудио это означает, что сжатый с потерями звук уже не будет звучать так же как оригинал. Упомянутое программное обеспечение, сжимая звуковые файлы, решает какие данные оставить, а какие убрать, основываясь на теоретической психофизической модели человеческого слуха.
Психофизика?
Наверняка вы обращали внимание на то, что при быстрой езде на автомобиле музыку в салоне надо делать погромче, чем при медленной – иначе ее будет плохо слышно. Это происходит потому, что звук работающего двигателя, шум подвески и встречного ветра заглушает звук автомобильной аудиосистемы. Другими словами, если из звучащей в вашем радиоприемнике композиции убрать тихие звуки фортепиано, сопровождающие основную мелодию, или бек-вокал, вы этого просто не заметите.
Этот простой пример показывает, каким образом более громкий звук может маскировать более тихий, делая последний неслышимым. Теперь рассмотрим ситуацию прослушивания музыки в домашних условиях. Например, вы включаете рок-композицию. Начальные аккорды акустической гитары и вокал слышны во всех мельчайших подробностях – вы слышите, как гитарист касается пальцами струн, и различаете легкую хрипотцу певца. Однако затем в дело вступает ритм-секция, другие вокалисты, и электрогитара, и на этом фоне акустическая гитара и вокалист уже не так хорошо различимы, хотя они по-прежнему присутствуют. А если ударные и бас гитара начнут «жарить» по настоящему, то и вы слова песни то не всегда сможете расслышать! И, даже повысив громкость звука, вы ничего не добьетесь. Здесь, в отличие от рассмотренной выше ситуации с музыкой в авто, громкость маскирующего и маскируемого звуков будет повышаться синхронно. Подобное маскирование и есть психофизика, и для большинства людей в этом нет ничего необычного. Таким образом «неслышимый» звук может быть вообще изъят из фонограммы, без слышимых потерь для ее качества.
Проблема состоит в том, что разные люди слышат звук по разному, а психофизические модели основаны на неких усредненных алгоритмах. Поэтому даже сжатие с потерями, выполненное по самой щадящей схеме, с минимумом исключаемей аудиоинформации, может приводить к слышимому некоторыми людьми ухудшению качества звучания получаемой после восстановления данных музыки. А при увеличении степени сжатия (т.е. при исключении большего количества данных) растет и число тех, кто слышит ухудшение качества звука. Ухудшение качества звука при прослушивании сжатых с потерями фонограмм (по сравнению с несжатыми), слышно даже на аудиотехнике среднего класса, и не на самых аудиофильских записях.
Что означает сжатие звука с потерями?
По своей сути обработка (сжатие) аудиоинформации на основе психофизических моделей носит нелинейный характер, и ее не так то просто описать в рамках обще-познавательной статьи. Однако результат ее «деятельности» гораздо проще услышать. Для этого включите на своем ПК любую mp3-композицию с битрейтом ниже 200 кБ/с (для наглядности, хотя тоже самое будет происходить и с mp3-записями с любым битрейтом), и послушайте ее через наушники. Затем через те же наушники и звуковую карту послушайте ту же композицию с фирменного CD. Вы сразу же «почувствуете разницу» - сжатая музыка будет как будто накрыта вуалью. Послезвучия музыкальных нот будут стерты – они не затихают постепенно, а резко обрываются. Сжатая музыка звучит не так трехмерно, не так открыто и воздушно, например, звук тарелок барабана потеряет рассыпчатость, и станет более синтетическим. То же самое происходит и с акустической гитарой, звуком фортепиано или колокольчиками – их звук теряет натуральность, и становится таким, как будто он смоделирован на синтезаторе. Вокал также становится более грубым, точнее, упрощенным, без того богатства нюансов, которые отчетливо слышны на оригинальной записи CD-Audio.
В качестве примера различий звучания сжатых музыкальных записей и оригинал можно привести сравнение изображений, получаемого с DVD и низкоскоростных интернет-трансляций. В последнем случае вы также увидите, что именно происходит на экране, но впечатления совершенно другие. Такие потери в качестве звука, скорее всего, подвигнут вас к использованию более высоких битрейтов при записи сжатых музыкальных программ, а может быть и вовсе отказа от сжатия. Даже если это не позволит вам записать в ваш плеер или на диск то же количество композиций, что и при использовании сжатия. В конце концов, это всего лишь ваш выбор – иметь или не иметь более качественный звук. Однако в случае с DVD мы были лишены такого выбора – степень сжатия многоканальной фонограммы (а, значит, и ее качество звучание) определялось компаниями, готовящими к выпуску тот или иной релиз.
К счастью, информационный объем дисков Blu-ray достаточен для записи несжатого многоканального звука, который бит-в-бит повторяет тот, который был сведен звукооператором на съемках фильма. Но это уже совсем другая история, заслуживающая отдельной статьи.
Вернуться назад