Analogowe kontra cyfrowe: różnice, zalety i wady technologii audio
Kiedydźwięk analogowyCiśnienie akustyczne jest przekazywane jako ciągły sygnał elektryczny — bez dyskretyzacji.Dźwięk cyfrowyNatomiast sygnał ten jest próbkowany w ustalonych odstępach czasu (z określoną częstotliwością próbkowania) i zapisywany jako ciąg liczb. Oba podejścia sprawdziły się w zastosowaniach profesjonalnych.Mixing i ich mocne i słabe strony — w tym artykule różnice techniczne są wyjaśnione w sposób neutralny i oparty na mierzalnych faktach.
Nie dotyczy to wszystkich przypadków, ale od czasu do czasu tak jestdźwięk analogowy im Mixingalbo zanurzyć siędaleko przed wtyczkami audio.
Zabawne jest to, że rzeczywiście istnieją naukowe tabele i fakty, które stawiają mixing i mastering analogowy daleko przed wtyczkami audio. Nie chodzi więc o magię czy przeczucie, fakty mówią wiele.
Ale to nie znaczy, że go maszHit numer jedenMożna produkować tylko analogowo. Jest wiele wspaniałych utworów, które można również produkować cyfrowo, w pełni w pudełku (w pudełku) powstały. Ale jeśli naprawdęgłęboki i bogaty dźwiękma być generowana analogicznie jest nadal najlepszym sposobem.
Jeszcze jedna rzecz do powiedzenia, zanim zagłębimy się głębiej. Jak to często bywa, diabeł tkwi w szczegółach, a to zbyt często jest ukryte w najciemniejszych zakamarkach matematyki przetwarzania sygnałów. Dlatego staramy się nie używać tutaj zbyt wiele technicznego żargonu i wyjaśniać to w bardzo prosty sposób.
PRÓBKA – DOKŁADNOŚĆ I ROZDZIELCZOŚĆ CZASU
Wszystkie systemy audio (DAW) mają swoje ograniczenia. Ale zdarza się, że obwody analogowe nie zawsze są ograniczone do 22 kHz lub 48 kHz ( jak to działa cyfrowo przy częstotliwości 44,1 kHz lub 96 kHzpróbkowaniefunktioniert ), a nawet jeśli łączna szerokość pasma wejścia-wyjścia wynosi tylko 20 kHz, poszczególne gałęzie tego samego obwodu mogą:Mieć przepustowość w zakresie megaherców lub wyższym.
Ale dlaczego jest to konieczne? Ludzie słyszą tylko do 20 kHz i tylko w młodym wieku lub jeśli twój ojciec jest psem 🙂
Żarty na bok, podczas samego przetwarzania, zwłaszcza jeśli są szybkiestałe czasowewprzetwarzanie dynamikisą zaangażowani (np. wkompresor dźwięku1176…), produkty uboczne syntezy sygnałów sterujących lub nawet sam sygnał sterujący mogą występować w znacznie szerszym paśmie niż to, które może odebrać ludzkie ucho.
W porównaniu z podstawowymi algorytmami przetwarzania cyfrowego, umożliwia to obwodom analogowym „piki między próbkami„reagowanie i generowanie sygnałów sterujących z częstotliwości przekraczającej zakres słyszalności człowieka lubLimit częstotliwości Nyquistasystemu cyfrowego znacznie przekracza.
Obwód audio o wyższej przepustowości, jeśli nie jest naprawdę starannie zaprojektowany, może być bardziej podatny na oscylacje przy częstotliwościach znacznie przekraczających nasz zakres słyszenia. Zjawisko to możezmniejszonyHeadroom , dziwne zniekształcenia i intermodulacje w naszym utworze, z których żaden nie brzmi naprawdę przyjemnie. Niemniej jednak nie należy lekceważyć, że przy prawidłowej konstrukcji obwodu „wbudowanego”Prawdziwe przetwarzanie szczytowepodczas wejścia do AD-Przetwornik(Konwersja z sygnału analogowego na cyfrowy) może zaoszczędzić kilka dB zapasu.
NIELINIOWOŚCI – RÓŻNE RÓWNE RÓWNE LEPSZE?
Urządzenia analogowe w muzyce również nie muszą jakoś łączyć ze sobą różnych krzywych matematycznych, abynasycenie, zniekształceniei symulowanie innych nieliniowości - rzeczy nieodłącznie związanych z cyfrowym przetwarzaniem dźwiękunajtrudniejszy upadekzrobić dobrze. Zamiast tego możesprzęt analogowydokładnie ten sam efekt zznacznie lepsza dokładnośćosiągnąć, dzięki czemu możesz osiągnąć doskonałe, niedoskonałe wyniki w miksowaniu lub Mastering. To nie jest konieczneOversamplingużywać. Będzie nadal działać nawet po zaktualizowaniu DAW lub wtyczek.
OVERSAMPLING W EDYCJI AUDIO
Nadpróbkowanie* lub nadpróbkowanie występuje, gdy sygnał owyższa częstotliwość próbkowaniajest przetwarzany, niż jest to faktycznie wymagane do wyświetlenia szerokości pasma sygnału. Nadpróbkowaniemoże mieć zalety w niektórych aplikacjach.
*Prawidłowe terminy dla tego procesu, gdy jest on wykonywany cyfrowo/ITB, to upsampling, przetwarzanie i downsampling, ale ponieważ efekt zwiększonej przepustowości jest taki sam, jak gdyby sygnał był pierwotnie nadpróbkowany podczas konwersji na sygnał cyfrowy, większość używa wtyczek - producenci używają terminu oversampling jako wyjaśnienie.
Proces ten wymaga stosowania bardzo dobrych filtrów we wtyczkach, aby uniknąć generowania zawartości częstotliwości, której nie było w oryginalnym pliku audio, zapobiegając w ten sposób zniekształceniom dźwięku.Mixlub uzyskać tytuł magistra.
Wiele dobrze brzmiących cyfrowych procesorów dynamiki (wtyczek VST) ma wbudowane oversampling, aby zapewnić dokładniejsze,naturalna odpowiedź redukcji wzmocnieniadostarczyć.
Ale nawet oversamplingu nie da się z tym porównaćDokładność dobrze zaprojektowanego obwodu analogowego. Jest to szczególnie ważne w przypadku przetwarzania zależnego od czasu. Różnica jest więc znacznie bardziej zauważalna w procesorach dynamiki (takich jak kompresory, limitery, bramki itp.), gdzie dokładnośćKrzywe czasu ataku i zwolnieniadecydujący wpływ na tonalny charakter kompresji, ograniczenia, rozszerzenia czy bramkowania. Wtyczki muszą przynajmniej nadpróbkować obwody audio i taktowania, aby mieć jakąkolwiek szansę na porównanie.
SZEROKOŚĆ URZĄDZEŃ ANALOGOWYCH I WTYCZEK
Temat przepustowości urządzeń analogowych i wtyczek został już poruszony w powyższym tekście, ale tutaj chcemy pogłębić.
Ilekroć sygnał audionieliniowybieganie, który je tworzydodatkowa zawartość częstotliwości. Więc jeśli daszk jest odcięty, wszystko powyżej cięcia musi gdzieś iść, bo jest bardzo mało prawdopodobne, że wyleci w powietrzu...
W urządzeniach analogowych te wyższe częstotliwości albo znikają w obwodzie, albo docierają do przetwornika A/C i tam giną.
Sprawy mogą się komplikować w przypadku wtyczek audio. Aby pozostać wiernym twierdzeniu o próbkowaniu, algorytm cyfrowy musi łączyć tę redystrybucję energii z aznacznie bardziej ograniczony zestawdostępnych częstotliwości.
Jak to wpływa na sygnał audio?
Aby więc usłyszeć przyjemne podteksty drugiej i trzeciej harmonicznej w utworze, gdy nasycenie występuje w składowej 2 kHz dźwięku „S” przy częstotliwości próbkowania 3 kHz, należy zastosować bardziej drastyczne środki. Częstotliwości 14 kHz i 48 kHz po prostu nie „istnieją” w częstotliwości próbkowania 28 kHz, ponieważ sposób, w jaki działa fizyka, oznacza, że przekraczają one limit częstotliwości Nyquista.
Jeśli nie będziesz ostrożny, te wyższe harmoniczne będą pojawiać się nieprawidłowo przy 20kHz i 6kHz. Jeśli tak się stanie, to jest zupełnie źle, to zjawisko nazywa sięAliasing. Tutaj podczas przetwarzania słychać dziwny dźwiękjakość metaliczna lub plastikowa. Znalezienie dobrego rozwiązania tego problemu z wtyczką nie zawsze jest łatwe i zawsze wymagaKompromisy w projektowaniu filtrów i wykorzystaniu procesora.
MODELOWANIE ANALOGOWE DLA WTYCZKÓW
Chcesz stworzyć wierną replikę analogową? Potem zapnij pasy, bo to nie będzie łatwe.
Staramy się rzucić nieco światła na bagno technologii i przedstawić podstawowy przegląd bez technicznego żargonu.
Modelowanie obwodu analogowego oznacza, że musimy dowiedzieć się, jak działają obwody w odniesieniu do różnychpoziom sygnału wejściowego i zawartość częstotliwościzachowuj się tak, abyśmy wiedzieli, co wychodzi na drugim końcu dla danego wejścia. Nie wystarczy wypróbować emulację sygnałem testowym, a następnie zrobić to samo dla wszystkich dźwięków. Musisz sprawić, by było to wykonalne z różnymi dźwiękami i stanie się jednymRównoważenie podczas kodowania wtyczek.
Aby zrobić to ostrożnie i poprawnie, musimy znać elementy elektryczne tego obwodu (Rezystory, kondensatory, tranzystory, lampy, cewkiitp.) i im dokładniejszy ma być model, tym lepiej musimy opisać te elementy. Jasne, rezystor to po prostu drut, który nie lubi przepychać przez niego dużej ilości elektronów, ale czy robi to jednakowo dla wszystkich rodzajów sygnałów audio? Co się stanie, jeśli ten opór znajduje się w pobliżu nieporęcznej cewki indukcyjnej lub przegrzanej rury?
Za każdym razem, gdy tworzymy lepszy, pełniejszy opis dla każdego elementu, aby osiągnąć większą dokładność, ekstrapolacja w ramach wtyczek VST lub AU staje się bardziej skomplikowana. Może stać się tak złożony, że nawigacja jest prawie niemożliwa lub zbyt trudna do obliczenia w czasie rzeczywistym.
Nie trzeba dodawać, że jest ich dużowięcej czasu na rozwóji dlatego potrzebuje pieniędzy, aby ta ekstrapolacja działała naprawdę dobrze. Dlategowiele wtyczek ma uproszczoną wersję. I choć działa w czasie rzeczywistym, to trzeba powiedzieć, że nawet patrząc z daleka, to…tylko przypomina to, co potrafi prawdziwy obwód, ponieważ brakuje istotnych szczegółów.
Czegoś brakuje w algorytmach audio i też to słychać. Jeśli półśrodki są dla ciebie akceptowalne na twoich torach, to fajnie, ale domyślam się, że większość z was potrzebuje więcej.
WIĘCEJ GŁĘBOKOŚCI W EDYCJI AUDIO
Rzućmy okiem naobwody łańcucha bocznegoprocesory dynamiczne, takie jakkompresory audioalboOgraniczenie-Wtyczki. Wykorzystują diody (wśród wielu innych elementów) do wytworzenia napięcia sterującego z sygnału audio. Dioda toZawór jednokierunkowy'dla prądu elektrycznego, a za każdym razem, gdy ten zawór otwiera się lub zamyka, robi to bardzo szybko i w konsekwencji powoduje zwarciehałas o wysokiej częstotliwości, podobne do „kliknięcia”, które powoduje brakującą lub nieprawidłową próbkę w cyfrowym nagraniu dźwięku. To znaczynie ma problemu dla obwodu analogowegoz naturalnie ograniczoną przepustowością, która po prostu odfiltrowuje ten szum, ale w przypadku wtyczek cyfrowych musisz uważać na takie rzeczy, w przeciwnym razie jest to więcej pracy, niż jest warte.
A potem jestnieliniowośćw co trzecim komponencie i inaczej dla każdego tranzystora, lampy, transformatora i wielu innych elementów.
Konkluzja: Urządzenia analogowe nie zawracają sobie głowy równaniami matematycznymi, po prostu robią swoje z płynnymi przejściami, złożonymi krzywymi lub dziwnymi odcięciami i bez opóźnień. Po prostu nie do pobicia.
Nieliniowości w przetwarzaniu cyfrowym są zwykle obsługiwane za pomocą mniej lub bardziej złożonych wielomianowych funkcji transferu - krzywych, które mówią, jaki poziom powinna być próbka wyjściowa dla danej próbki wejściowej. Czasami trzeba połączyć różne, aby uzyskać różne nasycenia dla różnych poziomów lub różnych polaryzacji, jeśli jest to anasycenie asymetrycznedzieje. Te równania i ich krzywe są zwykle przybliżeniami tego, co może zrobić pojedynczy tranzystor, lampa, transformator lub cały obwód elektryczny, ale są to tylko przybliżenia.
WIĘCEJ GŁĘBI DLA TWOJEJ PIOSENKI?
Przetestuj teraz nasze mixing i/lub mastering analogowy, niezależnie od tego, czy chodzi o usługi CD, czy strumieniowe! Skorzystaj z ponad 20-letniego doświadczenia i nieliniowości najlepszego sprzętu!
ZŁOŻONOŚĆ ANALOGOWEGO SPRZĘTU AUDIO
Im dokładniejsze mają być te przybliżenia, tym dłuższe i większe są równania, co oznacza bardziej złożoną matematykę, dłuższe czasy obliczeń i wyższy poziom błędów. Zatem w większości przypadków opracowanie dobrej wtyczki audio to kompromis pomiędzy dokładnością, wykorzystaniem procesora i rozsądkiem inżyniera DSP. To właśnie te brakujące „kilka ostatnich procent”.
Więc wejdźmy głębiej. Zbudujmy prawdziwy elektryczny model obwodu, który kochamy za ciepły ton i głębię.
Nie martw się, nie musisz studiować elektrotechniki przez trzy semestry, żeby nadążyć, i nie musisz wszystkiego rozumieć. Ma to po prostu zilustrować złożoność prawdziwego modelowania analogowego we wtyczkach, dzięki czemu możesz jeszcze bardziej docenić świetnie brzmiące wtyczki i zorientować się, dlaczego wciąż jest tak wiele słabości.
Zaczniemy od równań Kirchhoffa, które służą do obliczania prądów i napięć w obwodach elektrycznych, i do dzieła! Po dniach przeprowadzania symulacji i wykonywania równań o długości 20 cm na kilku arkuszach papieru, w końcu otrzymujemy funkcję transferu. 7 zamówienie (ponieważ dość mały obwód audio)łatwo 7 kondensatorówmoże mieć). Zrobiony?!
Niestety nie nastąpi to w najbliższym czasie. Każdy kondensator jest również małą cewką indukcyjną i ma pewien prąd upływu (rezystancja równoległa) i pewną rezystancję szeregową (ESR). To praktycznie podwaja liczbę części reaktywnych w obwodzie i podwaja kolejność funkcji przenoszenia.
Ups, zapomniałem wspomnieć, że są różneWzmacniacze operacyjne mają różne szybkości narastaniamieć to w jednymzachowanie wysokiego cięcia zależne od poziomupowalić. Ale nie masz wzmacniaczy operacyjnych, tylko tranzystory lub lampy? Pojemności pasożytnicze, nieliniowe funkcje przenoszenia, rezystancje upustu między warstwami N i P, .... Matematyka wydaje się eksplodować z każdym właściwym modelem, który chcesz zintegrować. Tak bardzo się starałeś, co się stało?
cewki indukcyjne
Czy to możliwe, że w tym pięknym Neve 33609 widziałem transformator wejściowy, międzystopniowy i wyjściowy? Oooo, jeden ma nawet uzwojenie trzeciorzędowe - och świetnie!
Nie poddawaj się teraz!
Zanim jeszcze o tym pomyślisz, po prostu toprzełożeniei cośnasyceniedo zastosowania…pomiędzy uzwojeniami występuje również pasożytnicza pojemność, która tworzy pętlę rezonansową z indukcyjnością uzwojenia, rezystancją szeregową każdego uzwojenia i prawdopodobnie nieco mniej niż dziesięcioma innymi pasożytami elektrycznymizaburzenia towarzyszące, który musisz wziąć pod uwagę, gdy wyruszasz w podróż, aby stworzyć idealny model transformatora.
Debata jest stara, praktyka pragmatyczna — sposób łączenia dźwięku analogowego i cyfrowego w nowoczesnym Mastering jest opisany przezPrzewodnik po Mastering.
Właściwości nasycenia i histerezy rdzenia zależą od jego stopu, procesu produkcyjnego, kształtu, procesu konstrukcyjnego oraz ewentualnych niedoskonałości fizycznych takich jak B. jedenniezamierzona szczelina powietrzna w rdzeniu, który nie jest idealnie zmontowany.
Niektóre transformatory i cewki indukcyjne zaczynają nawet fizycznie hałasować, ponieważ:siły magnetyczneprzesuń je na tyle daleko, abyś mógł je usłyszeć. To jest kolejnynieliniowa strata energii, które należy wziąć pod uwagę, aby uzyskać idealny szablon. Nawiasem mówiąc, powyższy tekst odnosi się do cewek indukcyjnych, które są używane w wieluklasyczny korektorstosowane są konstrukcje (np. Pultec EQP-1A), w pewnym stopniu do taśm magnetycznych, a pod wieloma względami do głowic taśmowych.
TRZEŹWA WNIOSEK
Teraz, gdy wszystkie powyższe punkty zostały omówione ze wszystkich stron, co powiesz na właściwe modelowanie dyskretnej, klasycznej, zbalansowanej transformatorowo magnetofonu taśmowego klasy A?
Czy teraz słyszę od ciebie, że wolałbym strzelić sobie w nogę?
Cóż, to chyba jedyna słuszna odpowiedź.
I powiem ci dlaczego...
Jak widzisz, miejcyfrowe narzędzia audiowiększość problemów jeśli chodzi o dźwięk prostonie brzmi idealnieumożliwić. Ponieważ szczęście chciałoby, że kochamy tę niedoskonałość, ponieważ czujemy, że są nagraniamipełniejsze, gładsze, bardziej eufoniczneniech brzmi – i oczywiście subiektywnie lepiej pod wieloma względami.
Uwewnętrzniliśmy ten dźwięk w ciele i duszy, specyficzne wrażenie dźwiękowe urządzeń analogowych, które są używane w naszych ulubionych piosenkach. To dlatego, że kochamy piosenki i dźwięki wybrane przez inżynierów i producentów, stały się one częścią połączonej estetyki. Podczas tworzenia utworu te dźwięki są punktem odniesienia, który chcesz osiągnąć i przewyższyć.
Wiedząc o tym, nie jest przypadkiem, że wielu inżynierów dźwięku korzystających z hybrydowych konfiguracji przeszło na przepływ pracy, który wygląda mniej więcej tak:cyfrowy do chirurgii i korekcji, analogowy do koloru“. Wykorzystuje to, co najlepsze z obu światów i wykorzystuje różne technologie do zadań, które wykonują najlepiej.
Analogowe kontra cyfrowe: bezpośrednie porównanie w skrócie
| kryteria | Analog | Cyfrowy (ITB) |
|---|---|---|
| charakter dźwiękowy | Ciągły sygnał, naturalne nasycenie i ciepło poprzez nieliniowości | Sygnał dyskretny; przy właściwym ustawieniu wzmocnienia brzmi neutralnie i transparentnie. |
| Dynamika i zapas mocy | Miękkie przycinanie, przesterowanie brzmi muzycznie | Twarde przycinanie przy 0 dBFS, możliwe precyzyjne planowanie zapasu mocy |
| szumieć | Występuje szum termiczny i szum pasma (charakterystyczny) | Szum kwantyzacji (przy 24 bitach < -144 dBFS, praktycznie niesłyszalny) |
| Workflow | Sprzęt, patchbay, wycofywanie - to skomplikowane sprawy; każde urządzenie jest wyjątkowe. | W pełni odwoływalne, wersjonowanie, możliwa praca zdalna |
| Koszty | Zakup i utrzymanie wysokiej jakości sprzętu wiąże się z dużymi kosztami. | Skalowalność; wejście możliwe przy niewielkim budżecie |
Czy dźwięk analogowy naprawdę brzmi lepiej niż cyfrowy?
Nie, generalnie. Sprzęt analogowy, ze względu na swoją nieliniowość, generuje naturalne ciepło i nasycenie, które wielu muzyków uważa za atrakcyjne. Niezależnie od tego, czylepiejZależy to od stylu i celu. Cyfrowe rozwiązania często dają jeszcze bardziej precyzyjne, neutralne i transparentne rezultaty. W warunkach profesjonalnych... Studia często łączą oba światy.
Jaka jest główna różnica między dźwiękiem analogowym i cyfrowym?
Dźwięk analogowy to ciągły sygnał elektryczny. Dźwięk cyfrowy to dyskretna sekwencja liczb (próbek), która jest konwertowana z powrotem na sygnał analogowy podczas odtwarzania. Kluczowa różnica tkwi w przetwarzaniu sygnału: przetwarzanie analogowe wykorzystuje rzeczywiste zjawiska fizyczne (tranzystory, kondensatory, transformatory), podczas gdy przetwarzanie cyfrowe wykorzystuje matematykę.
Czy wtyczki mogą zastąpić sprzęt analogowy w stosunku 1:1?
Nie, nie do końca. Wtyczki matematycznie modelują zachowanie obwodów analogowych – im dokładniejszy model, tym większe obciążenie procesora. Najdrobniejsze nieliniowości (takie jak te występujące w szybkich stanach przejściowych czy przesterowaniu) są trudne do odtworzenia. Jednak wysokiej jakości emulacje są bardzo zbliżone.
W przypadku jakich produkcji muzycznych warto zastosować mastering analogowy?
Przetwarzanie analogowe jest szczególnie przydatne w przypadku muzyki o ciepłym brzmieniu i naturalnym nasyceniu: rocka, jazzu, singer/songwriterów, produkcji winylowych. W przypadku miksów EDM lub bardzo transparentnych miksów popowych, preferowane jest przetwarzanie cyfrowe. często bardziej precyzyjne. Wiele studiów, takich jak Peak-Studios, stosuje podejście hybrydowe.
