Čas od času lze stále slyšet v různých hifistických pojednáních povzdech na téma, zda CD je na poslech opravdu horší než jeho nástupci i konkurenti současně, SACD a DVD-A. Zda jsou tyto novější „HD“ formáty zvukově kvalitnější a odpovídající všem technickým parametrům, i všem těžkostem při shánění nahrávek v tom kterém formátu.
Podobná úvaha byla cítit i při nedávné recenzi CD přehrávače Nagra CD-P od Ing. Krauta, a pro mě byla tím pravým impulsem – kopancem - k pokusu o vzájemné srovnání kvality zvuku těchto technologických vymožeností. Zvítězí při poslechu SACD nebo DVD-A, nebo se bude smát ten třetí, staré dobré CD? Poznám vůbec nějaký rozdíl? Jak to asi dopadne?
Poslední sezonu až dvě (tedy pro mě je sezona údobí od High-Endu k High-Endu) se zdá, že čím dál více výrobců znovu oprášilo CD formát a znovu zkoušejí při reprodukci tohoto 25 let starého formátu dostat svými top přehrávači z média maximum. DVD-A to vše celou dobu sleduje tak nějak z povzdálí, neviditelné a neobjevené. SACD v současnosti poněkud sestoupilo z vlny nadšení způsobeném vydáváním hybridních disků CD/SACD, které se v posledních letech objevily na trhu Hi-Fi nahrávek, doprovázené (pro mě neověřenými) zprávami o plánovaném zastavení další podpory tohoto formátu ze strany Sony/Philips. Zapeklitá situace...
Souboj formátů – souboj titánů
Na startu se nám sešli následující šampióni:
- Letitý, ale zkušený a ostřílený borec, CD ze stáje Philips/Sony. Je stále fit, stále trénuje, dobře vypadá (tj. hraje) a má za sebou servisní týmy i obrovské davy nadšenců. Některé tak oddané, že nikdy neuvažovali (a nebudou uvažovat) o jiných favoritech.
- Daleko mladší, nadějný, pěstovaný a pečovaný elegán SACD ze stáje Sony/Philips. Tak trochu zlaté dítě, s maximální marketingovou podporou, syn otce všemohoucího, majitele stáje a vydavatelského impéria Sony Music. Je připraven předběhnout svého staršího stájového kolegu, má tabulkové předpoklady, jenže nemá tak výraznou podporu u publika. Používá odlišnou techniku běhu (DSD stream), čímž si ale získal i mnoho stoupenců. Jenže – sráží ho protichůdné názory v médiích, kdy je současně vyzdvihován i zatracován. Proto se doposud výrazněji neprosadil, je zřejmě citlivý a asi občas pochybuje o svých vlastních kvalitách. Já osobně bych řekl, že má muskulaturu srovnatelnou (tedy nijak výrazně lepší) v porovnání s prvním borcem.
- Těžkotonážní namakaný sportovec, DVD-A ze stáje Toshiba. Není tak úplně znám, jeho stáj mu nedělá žádnou podporu, vše čeho tento borec dosáhl, musel si sám vydřít. Má za sebou dobré tabulkové výsledky, slušná bodová hodnocení. Styl okoukal od prvního borce, pozitiva zachoval, jen je významně zdokonalil. Doufá, že časem přesvědčí fanoušky i další stáje výrobců, že stojí za povšimnutí, že si konečně najde zásadního sponzora. Že on je tím pravým pokračovatelem klasické techniky (PCM modulace). Jen po něm sáhnout.
V publiku je mnoho nadšenců z řad rekreačních sportovců a laické veřejnosti, jsou zde agenti a manažeři skoro všech výrobců Hi-Fi, dále VIP jedinci, kteří už také něčeho dosáhli (HDCD, HRCD/XRCD24), pár perspektivních borců dorostenců, kteří už mají také dost natrénováno, používají nejnovější metody (MPEGx, AC3, bezeztrátové TrueHD, BD-Audio, DTS-HD apod.), zatím sbírají zkušenosti a čekají až přijde jejich čas. Máme zde i určitou část diváků, kteří jsou sice z oboru, ale jedou si stále po svém (analog audio, zvláštní kategorie jako jsou v mediálním světě uživatelé Apple-MAC), ale jsou zvědaví, zda je někdo ze závodníků dokáže nadchnout a přesvědčit o budoucnosti v růžových barvách.
Publikum je ovšem i plné čumilů, kterým je jedno kdo je na trati a o co se hraje, hlavně že lze v zázemí sehnat dobré pivko a párky mají tu správnou teplotu. Ti, kterým je jedno jestli muzika hraje přes Hi-Fi aparaturu nebo jen z reproduktorků (plochého) televizoru... Ale ve veřejných průzkumech (a při volbách) si vzpomenou jen na notoricky známé CD a dají mu preferenční hlas. Budou mu dávat hlasy snad i na after-party, in-memoriam – ale to je ještě daleko.
Z technicko-audiofilního hlediska nejsou výhody a nevýhody jednotlivých formátů zcela jasně uchopitelné pro většinu posluchačů, prakticky je známo jen několik základních faktů:
- SACD a DVD-A formáty mají vyšší rozlišení než CD
- SACD a DVD-A formáty mají širší frekvenční pásmo než CD
- SACD a DVD-A formáty by měly hrát lépe než CD, s jemnějšími výškami, menším šumem, více detaily
- SACD a DVD-A formáty lze přehrát jen na odpovídajících přehrávačích
- SACD a DVD-A formáty umožňují záznam vícekanálového zvuku (nejen 2-ch stereo)
Z posluchačského hlediska jsou všeobecně v povědomí 2 základní fakta:
- CD formát je (a ještě dlouho) bude používán pro všechny nové hudební tituly, všech hudebních žánrů
- CD hraje natolik kvalitně, že je otázkou zda lze HD formáty jednoznačně poslechově docenit
Z hlediska historické zkušenosti si každý klade otázku:
- který z formátů zvolit? Nebude se opakovat smutný příběh MD disků nebo DAT pásek?
- nezvítězí zatím něco zcela nového? Nebo zcela jiného? HDD, PC stream, Blu-ray audio?
Celá diskuse CD vs. SACD vs. DVDA se odvíjí od faktu, že díky stále se zvyšující kvalitě vyráběných audio-komponent, vyšším technologickým možnostem při záznamu i reprodukci a dostupné cenové relaci kvalitních přístrojů pro běžného „spotřebitele“ začíná být zřejmé, že CD formát i přes své kvality prostě nemůže dlouhodobě nápor novějších formátů ustát, a bude dříve či později nahrazen novějším, lepším. Není však tak zřejmé, který formát bude tím vyvoleným – aby dokázal dostát masové podpory vydavatelů hudby a tudíž i masové poptávky veřejnosti.
Trocha teorie nikoho nezabije....
Představme si naše soupeře po technické stránce –začněme obrázky (zdroj: Wikipedia):
Znázornění reprezentace sinusového průběhu v systému PCM 16bit/44.1kHz (CD); pro systém PCM pracující s rozlišením až 24bit/192kHz (DVD-A) by byl obrázek obdobný, jen ty velké zelené schody se změní v malinké schůdečky:-)
Reprezentace sinusovky v systému DSD 1bit/2.8224MHz (SACD) vypadá odlišně:
V každém případě je úkolem digitálního kódování přenést co nejvíce informací o analogovém signálu (co nejjemnější a nejpřesnější zachycení tvaru průběhu) digitálním datovým tokem, který nebude zbytečně objemný, ale umožní co nejlepší rekonstrukci původního tvaru signálu pro výslednou reprodukci.
CD formát
Podle „Red Book“ specifikace z roku 1983 je záznam na disku pořízen pomocí 16bit lineární PCM modulace, se vzorkovací frekvencí 44100 Hz. Rozlišení 16 bit umožní kódovat zvuk v 2ˆ16, tj. 65535 úrovních. Nejnižší zaznamenatelná změna amplitudy (intenzity) signálu je o velikosti 1 stupně z celkových 65535. Vyjádřeno logaritmicky, rozsah signálu minimum-maximum je 20*log(65535) = 96 dB. Frekvenční rozsah je dán vzorkovací (samplovací) frekvencí 44,1 KHz, a je nejvýše polovinou této hodnoty, tedy těsně nad 22kHz.Doba záznamu je dána hustotou zápisu digitální informace a kapacitou disku 780MB, a je maximálně 80min pro L,R zvukové kanály – hrací doba byla při zrodu formátu v roce 1980 ze strany Sony požadována vyšší než 74min, aby se na disk vešla CELÁ Beethovenova Devátá.
Je 22kHz hodně nebo málo? Průměrný člověk (nezávisle na tom, zda je to nadšený posluchač :-) dokáže slyšet zvuky o frekvencích od 20Hz do 20kHz, spíše jen 16kHz, a s věkem se tato horní hranice snižuje. Nicméně, zde se jedná o sinusové, ustálené tóny. Ty se ale v běžné nahrávce v této (jednoduché) formě nevyskytují. Mnoho posluchačů rozezná tóny (tedy slyší a UVĚDOMÍ si je) do zmiňovaných 16kHz, ale přechod sinusového tónu ze stavu hraje/nehraje dokáže tentýž posluchač určit i v oblasti 20-25kHz. Při zapínání tónu a samozřejmě také v hudbě se ovšem vyskytují velmi rychlé změny hlasitostí signálu (tranzienty), které mají charakter kombinace sinusových signálů o různých amplitudách a daleko vyšších frekvencích přesahujících značně oblast 20kHz, které teoreticky nejsou slyšet, ale posluchač je v hudbě jasně rozeznává jako součást „charakteru“ nebo „barvy“ zvuku nástroje, vokálu, zvuku. Proč asi se za slušný zesilovač dneška považuje (naštěstí i ze strany většiny výrobců) takový, který přenese až do reproduktorů bez problému frekvence nejméně 100-150kHz? Právě kvůli co nejlepšímu přenosu tranzientů, tedy signálů s vysokými frekvencemi a příp. amplitudami.
Podobně lze nastolit otázku o dostatečnosti „pouhých“ 65535 úrovních amplitudy (hlasitostí) signálu. Kolik různých úrovní hlasitostí dokáže lidský sluch rozlišit? Ví to někdo? Určitě ale mnohem víc než 65535. Víc než oněch cca 96dB. Už ze školy víme, že práh bolesti je na úrovni 130dB (nebudeme to testovat, měla by stačit důvěra ve strohá data). Použitelný rozsah hlasitostí je do 120dB. Přitom ale šumové pozadí v tiché místnosti mívá hodnoty vjemu sluchu kolem 30dB. V bezdozvukových místnostech o něco méně, to ale u mnoha lidí vyvolává pocity úzkosti nebo nevolnosti, málokdo to doma má... Extrémně tichá (a drahá) auta mívají udánu hladinu hlasitosti za jízdy v kabině kolem 70dB, a přitom si lze docela slušně vychutnat i jemné jazzové skladby nižších hlasitostí, a přitom všem decentně komunikovat se stopařkou... Tedy použitelný rozsah hlasitostí v běžném životě je nějakých 60-80dB.
Přesto je ale jasné a poslechem opakovaně prokazované, že právě jen 65535 hladin hlasitostí a frekvenční rozsah do 22kHz jsou dnes slabinou CD formátu. Zkrátka i když jsou takové hodnoty dosti dobré, pro život i pro technické specifikace, mohou být prostě lepší. A technika dnešních dnů jich umí dosáhnout, dokonce za nijak zvlášť navýšené finance. Jedná se o to, že kombinací vyšší rozlišení + vyšší samplovací frekvence stoupá možnost přesnějšího převodu analogového hudebního signálu na digitální formu (data na disku) a pak zpět na analog, který se pak line z reproduktorů.
SACD formát
V roce 1999 byl představen formát SACD, který je kódován 1bit modulací Delta-Sigma do výsledného DSD (DataStreamDigital) digitálního datového toku. Tento DSD tok využívá samplovací frekvence 2.8224MHz, což je 64-násobek hodnoty 44.1kHz, 64-násobný oversampling. Dynamický rozsah je udáván 120dB (resp. 122dB) a šířka pásma až 100kHz. Kapacita disku je 4,7GB a dvoukanálový pořad má max. délku 110min. Podle „Red Book“ má disk obsahovat CD vrstvu pro kompatibilitu s CD přehrávači, a SACD vrstvu (optické vlastnosti a kapacita jako DVD). Může obsahovat multikanálový zvukový záznam.
Výborné hodnoty, proč tedy ty věčné diskuse o tom, že výsledek není ve srovnání s CD tak přesvědčivý? V literatuře lze dohledat, že rozlišení SACD odpovídá zhruba 20-21bit PCM systému (teoreticky lze dosáhnout 2.8224 milionu úrovní hlasitosti signálu, tj. 129dB). Jinde se dočtete, že DSD stream obsahuje cca 4x více informací oproti CD. V jiné než firemní literatuře Sony lze najít názory o tom, že rozlišení SACD se v nejvyšší oktávě (oblast 10-20kHz) blíží vlastnímu rozlišení CD, což je (spolu s kvantizačním šumem) Achylovou patou systému DSD. Jak je to tedy?
1bit modulace systému DSD je založena na myšlence, že při dostatečně vysoké samplovací frekvenci (Fs) je změna analogového signálu v akustickém pásmu během následujících vzorků stále stejná, takže stručně řečeno, DSD stream svými jedničkami resp. nulami říká, že analogový signál mezi jednotlivými vzorky roste resp. klesá. Problém DSD je tedy v tom, že rozlišení je frekvenčně závislé – hodnota 122dB je poplatná (taktně se nikde neuvádí) frekvenci audio-signálu 1Hz. A já zvědavec si ihned spočítal, jak je to s rozlišením SACD vs. CD: Aby systém DSD „vykreslil“ periodu průběhu s rozlišením 65535 stupňů tempem 2.8224Mhz, potřebuje k tomu cca 46ms, tedy stihne to pokud je frekvence signálu cca .. cca .. 21Hz. COŽE?? Kde udělali soudruzi z NDR chybu? Nejspíše jsem měl uvážit fakt, že v oblasti vyšších frekvencí se prakticky nikdy nevyskytují tak vysoké amplitudy složek signálu - jak se uvádí v literatuře, podle žánru to bývá v rozmezí desetin až setin procenta hlasitostí oproti celkové průměrné hodnotě. Pak bychom hovořili o vykreslení průběhu (a samozřejmě vykreslení malých změn běžného audio signálu) o frekvenci 20-200kHz, což už je zcela jiná situace (byť je v praxi šířka pásma SACD přehrávačů omezována na cca 80kHz, někdy až na 30kHz kvůli omezení kvantizačního šumu). V každém případě na tom SACD oproti CD není až tak dobře, alespoň ne za všech okolností.
Uzavřel bych tento odstavec konstatováním, že DSD zabírá oproti 16bit PCM na disku 4x více místa :-).
DVD-A formát
V roce 2000 byl uveden na trh firmou Toshiba formát DVD-Audio, využívající DVD médií ne pro přenos obrazu, ale zvuku. Formát využívá PCM modulace až 24bit/192kHz, což představuje dosažitelnou dynamiku signálu 144dB a šířku pásma 96kHz, tedy hodnoty srovnatelné nebo převyšující formát SACD. Na DVD-A disk lze umístit vícekanálový zvuk, dodatečné informace jako disc-menu, statické obrázky atd., ale hlavně proměnlivé množství hudby podle zvolených kombinací PCM rozlišení (16, 20, 24bit) a Fs (44.1, 48, 96, 176.4, 192kHz) na jednom disku. Dvoukanálové stereo může mít „plnou výbavu“ 192/24, vícekanálový zvuk pak některou z nižších variant, zpravidla 96/24 pro hlavní kanály a 48/20 pro efektové kanály. Kódování dat na disk je bezeztrátové. Pro kompatibilitu s běžnými DVD-video přehrávači bývá na DVD-A ještě stereomix kódovaný v MPEG2/4 (ztrátová komprese).
Zde je jasně patrný kvalitativní vzestup oproti CD formátu ohledně rozlišení (bitová hloubka i Fs), při zachování všech pozitiv PCM modulace signálu, a potlačení negativ – zmenšení kvantizační chyby a zejména nutnosti osadit do přehrávačů výstupní filtry s velmi velkou strmostí. Na druhou stranu, všechny (tři) DVD-A disky které mi v minulosti prošly rukama, měly díky vícekanálovému zvuku rozlišení nejvýše 96/24, a navíc díky Copy-protection byl tento signál na optickém výstupu Toslink dále degradován na 48/16 (tj. prakticky na CD kvalitu) a bylo nutno využít k poslechu pouze analogové výstupy přímo na přehrávači – ne externí DA převodník. Pokud bych se měl vrátit k analogii se sportovci na běžeckém závodu, stáj Toshiba byla donucena mafiánskými zástupci trhu nasadit svému namakanému borci o 2 čísla menší tretry, aby na sebe tak neupozorňoval. Škoda, přeškoda.
Také mě zaujal fakt, že každý disk z těch několika málo nahrávek na DVD-A měl různě velkou krabičku, pohybující se od tvaru běžného CD do velikosti DVD-video, takže udržovat sbírku DVDA disků by asi bylo poněkud komplikované:-).
Jak porovnat tabulková data? Použijme opět obrázek:
Reprezentativní příklad pro demonstraci vlastností CD-SACD-DVDA formátů přehrávaných na jednom přístroji jsem vybral na stránkách časopisu Stereophile, kde byl uveden test („superb“, tedy velice dobrého) univerzálního přehrávače Ayre C-5xe, spolu s uvedenými měřenými daty v 7/2005:
„Fig.3 Ayre C-5xe, 1/3-octave spectrum of dithered 1kHz tone at –90dBFS, with noise and spuriae, 16-bit CD data (top below 6kHz), 24-bit DVD-A data (bottom), DSD data (top above 6kHz and below 100Hz). (Right channel dashed.)“
Je zde znázorněn spektrální průběh záznamu „tichého“ sinusového tónu 1kHz s nízkou úrovní -90dB (hlavní špička průběhů se středem na 1kHz). Menší špička vlevo, na 60Hz je rušivý brum z napájecího rozvodu, ale jinak je vidět, jak je takový signál rozlišen oproti šumovému pozadí: CD-systém 16bit (horní křivka do oblasti 6kHz) „šumí“ s intenzitou mezi -120 až -110dB, s rovnoměrným nárůstem šumu se zvyšující se frekvencí. DVDA-systém 24bit je celkově tišší o cca 15dB, s podobným charakterem průběhu šumového pozadí (spodní křivka). Systém DSD je i na tomto obrázku jensrovnatelný s CD (tišší o cca 5dB, ale nad oblastí cca 6kHz šum – kvantizační šum – strmě narůstá a významně snižuje dosažitelné rozlišení z udávaných 120dB až na méně než polovinu v oblasti kolem 100kHz. Na kmitočtu 20kHz, který je na obrázku ještě znázorněn, je použitelné rozlišení systému CD přes 105dB (více než dokáže 16bit formát), DVDA téměř 120dB (toto je dnes šumový limit daný technickou vyspělostí záznamových a reprodukčních audio aparatur), a pro SACD pouze cca 85dB, což prakticky odpovídá rozlišení 14bit PCM sytému – takovému, které v dřevních dobách 80. let používal Philips ve svých prvních CD přehrávačích, než byl v „Red Book“ zakotveno využití 16 bitů.
Tolik tedy pro tento týden, další pokračování seriálu o CD – SACD – DVD-A si přečtete opět za týden. Tentokrát bude článek pojednávat o praktických zkušenostech.
