Позвольте мне сказать несколько слов о цифровой записи. Признаюсь, сам я уже давно не слушаю музыку «в цифре» — для этого у меня есть виниловые пластинки, хранящие тепло живого исполнения. Однако тема форматов High-Res (высокого разрешения) представляется мне крайне любопытной. Так как часто обращаются с вопросами об этих таинственных цифрах — 96 кГц, 192 кГц, DSD,FLAC,WAV…. И я вижу, что за погоней за высокими значениями часто теряется понимание сути. Девяносто процентов слушателей полагают: «Чем больше число, тем лучше качество». Но в чем именно это «лучше»? Давайте разберемся, не прибегая к высшей математике, а обратившись к простым образам, что бы было понятно абсолютно всем.
Вентилятор и иллюзия движения (пример)
Спросите любителя цифрового звука: «Зачем вам High-Res, если человеческое ухо слышит лишь до 20 кГц?» Вам ответят про высокую детализацию. Но истина кроется в механике процесса. Представьте, что вы снимаете на видео работающий вентилятор. Пока лопасти крутятся медленно, камера фиксирует их движение идеально. Но стоит вентилятору разогнаться, как на видео начинает происходить странное: лопасти вдруг замирают или вовсе начинают вращаться в обратную сторону.
В звуке это явление называется элайзинг. Камера — это наша частота дискретизации. Она просто не успевает делать «снимки» положения лопастей (звуковой волны). Великая теорема Котельникова (а без упоминания нашего соотечественника здесь никак нельзя) гласит: чтобы достоверно сохранить звук, мы должны делать его замеры («сэмплы») как минимум в два раза чаще, чем сама частота звука.
Мы слышим до 20 000 Гц. Значит, «снимать» звук нужно со скоростью минимум 40 000 раз в секунду. Именно поэтому стандарт обычного CD — 44.1 кГц. Это необходимый минимум с небольшим запасом. Если мы соблюдаем это правило, волна восстанавливается идеально, без всяких «ступенек».
Главное: Теорема математически доказывает, что если мы соблюдаем это правило, мы можем восстановить исходную волну идеально. Не «ступенчато», не «примерно», а со 100% точностью. Ступеньки существуют только в компьютере до того, как они попадут в ЦАП (DAC).
Кирпичная стена ( The Wall )
Но здесь возникает проблема. Если при записи на CD в тракт попадет ультразвук (скажем, 30 кГц), произойдет катастрофа. Подобно колесу на видео, этот ультразвук «отразится» и вернется в слышимый диапазон в виде грязного шума. Чтобы избежать этого, инженеры ставят на входе Low-Pass Filter (Фильтр низких частот). Его задача сурова: пропустить музыку (до 20 кГц) и безжалостно отсечь всё, что выше (сразу после 22 кГц). И вот тут разворачивается главная драма, ради разрешения которой и существует High-Res.
Представьте, что запись музыки — это гоночный автомобиль, несущийся по трассе.
- Полезная музыка (до 20 кГц) — это ровное шоссе, где машина летит на предельной скорости.
- Запретная зона (22 кГц) — это бетонная стена или обрыв. Пересекать её нельзя — там хаос, цифровой шум и “авария”.
- Свободное место — у нас есть всего 2000 Гц (от 20 до 22 кГц). Это наш тормозной путь.
В чем трагедия ситуации?
В реальном, аналоговом мире невозможно мгновенно остановить машину, летящую на скорости 300 км/ч. Ей нужен длинный тормозной путь. Если тормозить плавно — мы заденем полезную музыку, срезав высокие частоты, и звук станет глухим.
Цифровой мир предлагает решение — фильтр, который называют «Кирпичная стена» (Brickwall). Это «магический тормоз». Он позволяет машине нестись на полной скорости до самой последней миллисекунды, а потом, на крошечном отрезке в 2000 Гц, остановить её в ноль.
Цена мгновенной остановки: Звон
Но, друзья мои, физику не обмануть. Ничто в природе не может остановиться мгновенно без последствий. Представьте, что этот магический тормоз сработал. Машина встала как вкопанная за долю секунды. Что произойдет внутри? Пассажиров швырнет вперед, корпус автомобиля содрогнется от перегрузки. В звуке эта «вибрация кузова» называется Ringing (звон). Когда фильтр работает слишком резко, он создает паразитные колебания вокруг резких звуков.
- Удар по барабану теряет хлесткость.
- Транзиенты или атаки звука размазываются во времени.
- Звук становится «стеклянным», ватным, теряется микродинамика.
Мы слышим не ошибку цифры как таковой, мы слышим работу этого экстремального тормоза.
Зачем же нам High-Res?
И тут мы подходим к главному. Скептики восклицают: «Я не летучая мышь, я не слышу ультразвук, зачем мне эти огромные файлы 96 кГц?» Ответ прост и изящен. High-Res нужен не для того, чтобы записывать звуки для дельфинов. Он нужен, чтобы отодвинуть «Кирпичную стену» за горизонт. Смотрите, что происходит при частоте 96 кГц:
Предел записи теперь — 48 кГц. Наше ухо по-прежнему слышит только до 20 кГц. Но теперь у фильтра есть гигантская «взлетная полоса» — от 20 кГц до 48 кГц — чтобы затормозить плавно, нежно и интеллигентно. Нам больше не нужен экстренный тормоз. Мы используем мягкий фильтр.
- Нет резкого удара — нет и «звона» (ringing).
- Временны́е характеристики сигнала становятся точными.
- Барабаны звучат естественно, атаки — четко.
Еще раз подведу итог: High-Res — это технология, единственная реальная цель которой (для конечного слушателя) позволить нам использовать правильный, «музыкальный» фильтр. Это решение удлинить гоночную трассу в два раза. Потому что полоса длинная, пилоту (ЦАПу) больше не нужно бить по тормозам (использовать «Кирпичную стену») в конце пути, чтобы не упасть в обрыв. Он может просто отпустить педаль газа и плавно, комфортно остановиться. Смысл High-Res заключается в работе восстанавливающего фильтра.
Есть резонный вопрос “ Получается High-Res виртуально добавляет эти кГц?”
Сразу отвечу НЕТ. Чтобы понять, откуда берутся эти лишние килогерцы, нам нужно вернуться в самое начало в студию звукозаписи, к микрофону. Представьте, что у вас есть миллиметровая линейка. CD (44.1 кГц) — это линейка, где деления нанесены только через каждые 2 см. Вы можете измерить большие предметы, но мелкие детали (меньше 2 см) вы либо пропустите, либо измерите с ошибкой. Так вот High-Res (96 кГц) — это та же линейка, но деления на ней нанесены через каждый 1 мм. Для этого в студии стоит прибор — АЦП (Аналого-цифровой преобразователь) у него внутри есть очень точные часы (Clock), когда мы пишем для CD, часы тикают 44 100 раз в секунду, в каждый тик прибор делает замер (снэпшот) звука, а вот когда мы пишем в High-Res, мы просто говорим часам: «Тикайте быстрее!». И они начинают тикать 96 000 раз в секунду. Поскольку мы делаем замеры чаще, мы физически способны «поймать» и записать более быстрые колебания воздуха (те самые ультразвуковые частоты до 48 кГц), которые более медленная система просто не заметила бы. Так что эти частоты реальны. Они были в комнате с музыкантами (обертоны скрипки, тарелок, шум усилителя), и мы их честно записали. Поэтому настоящий High-Res — это не компьютерный трюк. Это более подробная фиксация реальности в момент записи. Благодаря этому мы захватываем реальный спектр частот до 48 кГц (вместо 22 кГц).
Вы платите гигабайтами места на диске не за ультразвук. Вы платите за то, чтобы ваш цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) работал в расслабленном, а не в стрессовом режиме. И эта свобода слышна как большая естественность, воздух и легкость звучания.
Слушайте хорошую музыку, друзья, всем удачи.