Minidisc FAQ

Звук

1. Существует ли какое-нибудь ощутимое отличие в звучании современных MD и CD/DAT?
Поскольку MD хранит аудио данные, используя алгоритм сжатия с потерей информации (ATRAC, см. ниже), то существуют достаточно большие различия в звуковом сигнале CD и MD, записанного цифровым способом с этого компакт-диска. Будут ли эти отличия ощутимы, зависит, главным образом, от слушателя. Большинство пользователей считают, что качество звука современного MD оборудования практически не отличается от звука на CD. Но даже те люди, которые ощущают разницу в звуке, отмечают, что отличия пренебрежимо малы, и зачастую бывает сложно отличить звук с CD и MD. (Если вы будете проводить такое сравнение, то следует использовать один и тот же ЦАП для обоих проигрывателей. Если внешнего ЦАП у вас нет, или MD привод (к пример, портативный) не обладает цифровым выходом, можно использовать режим монитора привода для цифро-аналогового преобразования внешнего цифрового сигнала, таким образом, позволяя сравнивать сигнал на одном ЦАП).
Компания ABX провела простейший "слепой" тест, и слушатели не смогли различить музыку, упакованную ATRAC, и ее оригинал. Однако при использовании специального тестового сигнала различия становились сразу же видны.
Однако у MD есть важное отличие от DAT, связанное с тем, что разница с оригиналом при копировании несколько раз увеличивается, причем такая тенденция выявляется даже при цифровом копировании. Каждый раз при проигрывании диска из сжатых данных восстанавливается полный 16-битный поток данных. Каждый раз при записи входящий поток будет сжиматься. Соответственно, по мере увеличения поколения копии выявляются артефакты сжатия. См. информацию про ATRAC ниже.

2. А между MD и DCC?
Да, DCC использует сжатие с меньшими потерями, чем MD (4:1 против 5:1), поэтому он должен звучать лучше. Но MD следует сравнивать с DCC на том же ЦАП, для получения достоверных результатов. Также обратите внимание, что большинство тестов сравнивают домашний DCC привод Philips первого поколения с портативным MD приводом Sony первого поколения (MZ-1).

3. Что такое ATRAC? Чем он отличается от PASC?
ATRAC (Adaptive TRansform Acoustic Coding) разделяет 16-битный 44,1 кГц цифровой аудио сигнал на 52 частотных диапазона (после быстрого преобразования Фурье). Диапазоны с низкими частотами передаются более точно, чем с высокими. Алгоритм использует психо-акустическое кодирование, где применяется эффект маскировки и порог слышимости звука, в результате чего часть информации может быть отброшена и выходящий поток данных имеет размер в 1/5 оригинального. Каждый канал обрабатывается независимо (портативный MD привод Sony MZ-1 использует один чип ATRAC кодера/декодера на канал). Другой алгоритм кодирования, PASC (Precision Adaptive Sub-band Coding – сейчас используется Philips в DCC [Digital Compact Cassette]) разделяет цифровой сигнал на промежутки равного размера и удаляет часть информации (уменьшая поток до 1/4 оригинального). PASC является алгоритмом MPEG Layer 1 (его можно распаковать проигрывателями MPEG Layer 1 после небольшой предварительной коррекции).
Оба алгоритма выполняют сжатие данных, обеспечивая хранение 16-битного звукового потока. Цель алгоритма – сжать поток для уменьшения занимаемого им пространства на диске. Существует огромного множество алгоритмов сжатия. Некоторые алгоритмы сжимают данные без потерь (они используются, к примеру, в архиваторах), при этом информация после декомпрессии не отличается от оригинала.
PASC и ATRAC относятся к алгоритмам с потерей части информации, они не пытаются сохранить каждый бит входящих данных, они просто стараются выделить и сохранить акустически "важные" биты. Поэтому важно найти звуки, которые будут замаскированы человеческой слуховой системой, которые человек не сможет услышать даже при их воспроизведении. Оба алгоритма сжатия звука прекрасно справляются с этой задачей.
Более подробная информация изложена в документации AES на ATRAC

4. Какой звуковой поток записывается на минидиск после сжатия ATRAC?
Для стерео сигнала – 292162,5 бит/с. ATRAC сжимает 512 входящих 16-битовых семплов (1024 байта) в "звуковые группы" ATRAC (212 байт), в результате получается коэффициент сжатия 4,83:1. Ниже приведены вычисления.
44100 семплов/с (входящий поток одного канала)
/ 512 семплов на звуковую группу (получаем 86,133 звуковых групп/с/канал)
* 2 канала (получаем 172,266 звуковых групп/с)
* 212 байт/звуковую группу (получаем 36,5 кбайт/с в стерео)
* 8 бит/байт (получаем кбит/с)
= 292162,5 бит/с
ATRAC (используется в MDLP) работает на 132 кбит/с (LP2) и 66 кбит/с (LP4).

5. Чем ATRAC отличается от MPEG сжатия? При каком потоке MPEG файл будет эквивалентен ATRAC?
Поток ATRAC составляет 292 кбит/с, при этом обеспечивается "аналогичное CD" качество. MPEG Layer 1 (то есть PASC) дает подобное же качество при 384 кбит/с, Layer 2 (то есть Musicam) и Layer 3 обеспечивают "подобное CD" качество при 224 кбит/с и 128 кбит/с соответственно. Один из пользователей сравнил ATRAC и MPEG Layer 3, при этом субъективно качество ATRAC было найдено лучшим.
VQF обеспечивает сжатие 18:1, и позиционируется как своего рода альтернатива MP3.

6. Если я буду использовать цифровую связь между MD проигрывателем и записывающим устройством MD, почему я не могу сделать точную копию диска?
Сжатие линейного (PCM) цифрового звука в формат ATRAC и обратная распаковка – асимметричные процессы. Скажем, если вы будете сжимать и распаковывать данные, которые уже однажды прошли через цикл сжатия/распаковки, то в результате вы получите несколько иной результат. Это может показаться странным, поскольку теоретически алгоритмы могут реализовываться симметрично. Однако в процессе сжатия/распаковки возникают свои сложности. Одна из них заключается в кадрировании входящих данных. ATRAC разбивает входящий сигнал на блоки по 512 семплов. Если бы существовала возможность устанавливать те же границы блоков семплов при распаковке и повторном сжатии, то симметрия процессов намного бы улучшилась. Еще одна сложность связана с добавлением шума алгоритмом ATRAC, обычно шум находится ниже порога слышимости, но при повторном сжатии этот шум нельзя отделить от полезного сигнала, и он влияет на выбор замаскированных звуков, изменяя количество бит на каждую частоту. Также добавляет шум и математическая ошибка округления при сжатии и распаковке. Технические причины создания шума исследуются в работе Франка Курта.
Следующий возникающий вопрос – почему не копировать сжатые данные напрямую, таким образом, снимая все проблемы асимметричности сжатия и распаковки? К сожалению, MD аппараты потребительского диапазона не позволяют получить доступ к сжатым данным, равно как и не обеспечивают способа прямой записи сжатый данных, даже если они у вас есть. Цифровое подключение S/PDIF передает только лишь линейные данные в PCM формате. Однако профессиональные машины (типа Sony MDS-B5 с прямым вводом/выводом ATRAC) позволяют осуществлять прямое копирование MD, бит в бит.

7. Что еще (помимо сжатия) влияет на качество звука MD?
Здесь важна вся цепочка воспроизведения звука. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) отвечает за получение звука из распакованных данных. Не меньшую роль играет и схема усиления. К тому же мы получали жалобы, что MD проигрыватели (не Sony) давали отвратительное качество звука по причине комплектации плохими наушниками.
Каждый компонент цепочки, от ЦАП до наушников, нельзя упускать из внимания для получения качественного звука. Если вы будете производить сравнение, то необходимо использовать одинаковые элементы в этой цепочке.

8. Обеспечивает ли ATRAC "будущую совместимость", или это статический алгоритм? Влияет ли версия ATRAC на качество записи или проигрывания?
Кодирующая (записывающая) часть ATRAC имеет пространство для последующих улучшений от одного поколения к другому (особенно в области выделения значащих битов для лучшего соответствия психо-акустической модели человека). Таким образом, запись MD на современном аппарате со свежей версией ATRAC будет звучать лучше, чем запись на старом устройстве, даже при последующем проигрывании на старом устройстве.
Декодирующая (проигрывающая) часть ATRAC обладает фиксированной структурой, и хотя чипы ATRAC должны в общем случае обеспечивать одинаковое качество, некоторые частные улучшения в аккуратности обработки звукового сигнала могут привести к небольшим отличиям.
Поскольку кодер ATRAC осуществляет наибольший вклад в звучание MD, то при создании цифровых копий между двумя MD устройствами следует использовать более старое для проигрывания и современное для записи. При создании аналоговых копий следует учитывать качество ЦАП и АЦП.

9. Чем отличаются различные поколения ATRAC, и как они работают друг с другом?
Ниже мы будем ссылаться на ATRAC Sony. Sharp и Matsushita (среди других?) разработали свои собственные чипы ATRAC, при этом об их эволюции известно мало. Поскольку все версии ATRAC разных производителей базируются на оригинальных спецификациях Sony, сравнивать номера их версий невозможно. Номера версий обычно используются для маркировки поколения MD/DSP чипа, равно как они используются для указания изменения алгоритма ATRAC, поэтому, что там обозначено – сказать бывает сложно.

Общие характеристики ATRAC
Информация о каждом поколении ATRAC. (из февральского номера 1996 года немецкого журнала Stereo. Фраза "булькающий шум" ниже является несколько приближенным переводом Spratzeln с немецкого, при этом подразумевается шум, который издают лопающиеся на поверхности пива пузырьки углекислого газа).

Таблица взаимодействия версий ATRAC
Показаны результаты записи и проигрывания между различными версиями ATRAC.

В общем случае, все версии ATRAC совместимы друг с другом. Однако если вы будете проигрывать или записывать на 1.0, то результат вряд ли можно будет назвать приемлемым, независимо от версии источника записи. Если вы возьмете большую версию, то результат станет достаточно хорошим, однако все же лучше использовать ATRAC 3.5 как для записи, так и для проигрывания. Для портативных и автомобильных проигрывателей с версией 3.0 самое слабое звено – ЦАП.
Результат: версия 3.5 (или выше) оптимальная для домашнего использования. При записи на 3.5 вы получите лучшее качество в портативных или автомобильных 3.0 проигрывателях.

Тесты многократного копирования
Ниже показаны результаты при снятии SCMS защиты от копирования и создания многократных последовательных копий

10. Какие же улучшения производились в версиях ATRAC?
По данному вопросу у нас крайне мало информации, разве что брошюра Sony и некоторые крохи, случайно выплывающие в некоторых журнальных статьях (здесь следует упомянуть японский MJ и немецкий Stereo). Поскольку окно трансформации ATRAC (11,6 мс) и структура трансформации сигнала фиксированы, улучшения касаются главным образом аккуратности математического просчета сигнала и процесса выделения значащих бит. Вкратце:

11. Происходит ли потеря информации при записи с CD?
Выделяют два источника искажения информации. Один – в цепочке компонентов, которые передают сигнал на вход MD устройства. Если вы будете записывать в режиме аналог-аналог, то вы задействуете чипы ЦАП у CD и АЦП у MD, каждый из которых добавит свои артефакты. Однако вы можете передать цифровой поток напрямую на MD, в таком случае единственным источником искажений будет алгоритм сжатия ATRAC.
При сжатии алгоритм ATRAC удаляет информацию из аудио потока для сохранения на MD (сжатие 5:1 с потерями). Для получения MD записей CD с лучшим качеством, соединяйте записывающее устройство MD с проигрывателем CD по цифровому интерфейсу (если это возможно). Таким образом, АЦП (на аппаратах первого поколения он далек от идеала) не будет влиять на качество звука. Иначе, при аналоговой записи, установите ручной уровень записи на MD приводе, чтобы индикатор показывал примерно -12 дБ (на Sony MZ-1 никогда не включайте автоматический контроль уровня записи (AGC) при записи с CD).

12. А при записи с кассеты, микрофона или другого аналогового источника?
Да, потому что здесь задействуется аналогово-цифровое преобразование, кроме сжатия ATRAC. Качественные MD аппараты часто обладают улучшенной аналоговой схемой, которая позволяет получать высокое качество записи и проигрывания по сравнению с аппаратами среднего класса на том же чипе ATRAC.

13. У меня нет оборудования для цифровой записи, будут ли мои записи звучать хорошо?
Если входящий сигнал у вас чистый, то аналоговая запись должна получиться хорошо, а отличия от цифровой записи будут практически неслышны. Однако следует учитывать, что звуковые выходы многих звуковых карт шумят, поэтому при записи с компьютера рекомендуется осуществлять цифровую передачу (исключением можно считать USB карту Xitel MD-Port AN1, которая работает вне корпуса ПК и обеспечивает хороший аналоговый выход). При осуществлении аналоговой записи следует вручную установить уровень записи, чтобы избежать ощутимых дефектов автоматического контроля записи (AGC) во время очень громких и очень тихих отрывков.
Преимуществом аналоговой записи на MD является установка флага разрешения SCMS, то есть с такого диска можно производить цифровые копии. Недостаток аналоговой записи состоит в том, что при этом метки дорожек диска будут устанавливаться на основе определения тишины аналогового входа (в зависимости от настроек и возможностей записывающего устройства). Это менее надежно, чем использование цифровых меток дорожек при передаче по S/PDIF (цифровому) интерфейсу с CD проигрывателя.

14. Многие рекомендуют использовать ручную установку уровня записи при получении сигнала с аналогового источника. Как лучше определить правильный уровень записи, используя крошечные ЖК-индикаторы MZ-R3 и R30?
Вы получите правильный уровень записи, если индикатор уровня будет находиться между 4 и 5 делением. Мы проверили на MDS-503 от Sony, что при положении индикатора MZ-R3 между 4 и 5 делением уровень записи находится где-то на отметке между -3 дБ и 0 дБ.
Что касается R30: пользователь подсоединил 303 к R30, используя оптический кабель, и сравнил уровни записи. Результат: просто убедитесь, что верхнее деление приближается к "digital over" и попробуйте установить уровень записи так, чтобы второе деление зажигалось не слишком часто при записи с аналогового источника (и даже меньше, если будете записывать вживую). По сравнению с MZ-1, индикатор на R30 не слишком полезен.

15. Стоит ли покупать оборудование для цифровой записи?
Цифровая запись обеспечивать наибольшее удобство при копировании с CD: не нужно устанавливать уровень записи, метки дорожек CD передаются без ошибок, а также полностью отсутствуют артефакты (реальные или воображаемые) аналогово-цифрового преобразования. Единственной проблемой при цифровой записи станет защита SCMS, которая запретит дальнейшее цифровое копирования с MD.

16. Какие чипы ATRAC используются в MD устройствах?
Приведенная ниже информация получена с японского журнала MJ и 9/96 номера немецкого журнала Stereo.

17. Я слышал некоторые негативные отзывы об оптических цифровых интерфейсах. Играет ли роль, какой тип цифрового интерфейса я использую при записи на MD – коаксиальный или оптический? Появятся ли искажения, связанные со сбоем синхронизации?
Если ответить одним словом: нет. Негативные отзывы об оптическом кабеле связаны с потенциальной способностью оптического кабеля искажать цифровой сигнал, что связано с небольшой разницей в доставке битов данных ("дрожание"). Однако при записи на MD эффект "дрожания" не проявляется, поскольку цифровые сигналы принимаются и передаются напрямую в буфер памяти или на конвертор частоты семплирования, который синхронизируется с частотой входящего цифрового сигнала. Конвертор частоты семплирования и/или буфер памяти позволяют последовательно считывать семплы звука и передавать их на ATRAC преобразователь с частотой, определяемой внутренним генератором частоты MD блока. Даже если бы и "дрожание" существовало, вряд ли короткий кабель в домашних HiFi системах смог бы привести к появлению слышимых помех.
Что касается битовых ошибок по причине плохого кабеля – S/PDIF содержит только информацию о четности, без способности править ошибки. Если ошибок много, то, скорее всего, приемник цифрового звука не сможет настроиться на сигнал.
В краткой инструкции DJ Greaves приводится детализованная информация о S/PDIF, там же есть комментарии, почему "дрожание" не возникает даже в оборудовании без буферов. Еще одно руководство Томи Индахла поясняет различные нюансы S/PDIF, там даже показана схематика преобразования AES/EBU <-> S/PDIF. Наконец, Digital Domain написал очень подробное пояснение о появлении "дрожания" в цифровых аудио системах.

18. Какие проблемы связаны с цифровыми разъемами, и как я могу осуществить цифровое соединение между устройствами с различными типами связи: между цифровым коаксиальным выходом и оптическим цифровым входом MD?
Краткий ответ: если вы желаете соединить устройства с различными типами разъемов, то вам понадобится преобразователь. Core Sound продает такой преобразователь за $95, он может связывать коаксиальную цифровую передачу с оптической. Более подробную информацию вы можете прочитать на их сайте.
Самый дешевый способ, если рука у вас лежит к паяльнику – последовать советам Шона Линя.
Ниже мы постараемся обсудить оба цифровых интерфейса. Интерфейсы относятся к двум разным классам: оптическому и электрическому.
Оптическая передача использует два типа разъемов: маленький квадратный “TOS-link” и оптическая мини-вилка (miniplug), которая имеет те же габариты, что и обычная (электрическая) мини-вилка. Вы можете купить оптические кабели с различными комбинациями этих двух разъемов (типа "папа"). TOS-link обычно ограничен максимальной длиной кабеля от 10 до 15 метров. Приведем товарные номера Sony для кабелей: мини-вилка/мини-вилка – POC152HG, минивилка/TOS-link – POC151HG, TOS-link/TOS-link – POC-15HG.
Существует два формата электрических интерфейсов (следующая информация взята из инструкции к DAT-link).
SPDIF: (Sony/Philips Digital InterFace): подобный интерфейс чаще всего используется на домашних DAT аппаратах. Разъемы – стандартные RCA. Иногда на таком разъеме написано “IEC Type II” или просто “Digital I/O”. Для передачи цифровых данных в общем случае можно использовать обычные аналоговые звуковые кабели, однако некоторые виды аналогового кабеля не смогут передавать цифровые данные с высокими частотами, особенно на большое расстояние. Во многих магазинах продаются специальные цифровые кабели. [В Pro-audio FAQ рекомендовано не использовать звуковые кабели, однако видео кабели вполне будут работать].
AES/EBU: подобный цифровой интерфейс чаще всего встречается в профессиональной аппаратуре. Он использует трехконтактный XLR разъем. Аналоговые кабели будут прекрасно работать с AES/EBU. Однако следует использовать экранированные кабели (большинство кабелей экранировано), иначе на кабель могут наводиться сильные помехи от радио или ТВ. Подобный кабель лучше всего подходит для связи цифрового оборудования на большом расстоянии.
Важно понимать, что разница между этими двумя интерфейсами заключается в управляющей информации, которая посылается вместе с аудио данными. Форматы данных, применяющиеся в этих двух интерфейсах, также можно разделить на "потребительский" и "профессиональный". В большинстве случаев, если вы используете SPDIF или оптику, работает потребительский формат. В разъемах AES/EBU работает профессиональный формат. Некоторые DAT аппараты не будут функционировать, если использовать неверный формат.

19. Я видел MD устройства с 16-, 20- и даже 1-битным ЦАП (цифро-аналоговым преобразователем). Чем они отличаются?
1-битный ЦАП чаще всего называют ЦАП с широтно-импульсной модуляцией.
Обычные 16/20/... ЦАП используют резистивные делители для добавления к выходному напряжению значения, пропорционального положению соответствующего бита. Чем больше бит добавляются к разрешению ЦАП, тем более аккуратным будет установка выходящего напряжения – по градации относительно самого младшего бита. Очень трудно создать сеть резистивных делителей с требуемой точностью.
В 1-битном ЦАП выходное напряжение модулируется шириной импульса фиксированного напряжения. Аккуратность определяется стабильностью частоты, которая отмеряет ширину импульсов – несложно создать систему, аккуратно отмеряющую импульсы с помощью тактируемого счетчика. Все, что требуется для увеличения разрешения 1-битного ЦАП – большая частота и счетчик с большим числом двоичных цифр.
Таким образом, существует два типа ЦАП: 1-битный ЦАП и много-битный ЦАП. 20-битный ЦАП (теоретически) лучше, чем 16- или 8-битный ЦАП. Их нельзя сравнивать с 1-битным ЦАП, поскольку они используют другой принцип при преобразовании цифры в аналог. Много-битный ЦАП модулирует звук различными значениями напряжения в один период времени. 1-битный ЦАП модулирует звук одинаковым значением напряжения с разной длительностью импульсов.

20. Звук Dolby ProLogic Surround кодируется в стерео сигнале путем сдвига фаз. Передает ли MD Surround-информацию в процессе записи и проигрывания?
Мы произвели исчерпывающее тестирование, и пока не нашли ни одной дорожки, где бы кодирование/декодирование MD влияло на кодирование Pro-Logic. В каждом тесте Surround-информация передавалась без изменений, в результате звук получался точно таким же, как и в оригинале. Скотт МакЛеан