Почему звукозаписывающие компании утверждают, что винил звучит лучше, так как он аналоговый, в то время как большая часть современного звукозаписывающего оборудования – цифровая? Нет ли потери информации при преобразовании сигнала из цифрового в аналоговый?
Конечно, сегодня ещё есть группы (например, Foo Fighters), которые записывают музыку на аналоговые магнитные пленки. Это возможно. И, как по мне, довольно бессмысленно. Конечно, аналоговый звук может звучать великолепно. Но и цифровой может звучать не хуже. Однако аналоговый метод – довольно дорогостоящий и требует работы узкоспециализированных мастеринг-инженеров, чтобы звучать качественно. Если вас зовут Дэйв Грол, то вы, скорее всего, можете себе это позволить. Но цифровой метод дает хорошее качество лишь за малую долю от той цены, которую придется заплатить за аналоговую запись.
Давайте посмотрим, как происходит аналоговая запись.
У меня нет под рукой всего необходимого оборудования… Только этот двухдорожечный магнитофон Sony, который в 2017 для звукозаписи на более или менее серьезном уровне не подходит. Лучшей подойдет 24-дорожечная аналоговая дека, например, как этот Ampex ATR-124!
Да, с таким способом связана определенная потеря данных, но незначительная. Так что, допустим, я хочу сделать аналоговую запись моей музыки. Я буду использовать 12 дорожек: 4 для вокала, 4 для ударных, 1 для электрогитары, 1 для акустической гитары, 1 для баса и 1 для губной гармошки. Будем надеяться, что каждая из этих дорожек запишется на нужном уровне громкости (то есть, пики громкости не заходят выше 0dbFS). С помощью 24-дорожечного магнитофона, я могу записать на одну катушку 15 минут музыки со скоростью 30 ips (дюймов в секунду). Цена одной катушки сегодня составляет около $200. Оставшиеся дорожки пригодятся для дополнительных дублей, но тогда с ними придется повозиться во время сведения. Опять же, такой метод дает не лучшее качество из возможных, но для домашней студии с минимальным набором оборудования подойдет.
Аналоговая пленка сама по себе не гарантирует идеального качества записи. Во многом она будет зависеть от типа пленки, скорость записи, шумности проигрывателя, детонации (которая минимальна на профессиональных многодорожечных магнитофонах, но все же присутствует). Аналоговый динамический диапазон 24-дорожечного магнитофона составляет около 72 Дб, а частота выходного аналогового сигнала около 35-28 кГц.
При сведении двух дорожек с пиками громкости в пределах 0 dbFS, я объединяю вместе два канала, которые вместе могут производить громкость с пиками в пределах 6 dbFS. Это повысит громкость, но, естественно, я не свожу каждый трек на полной громкости. По мере того, как дорожки становятся громче, я буду урезать громкость, что она сохранялась в пределах 0 dbFS. Это в свою очередь увеличивает отношение сигнал/шум. Шум возникает случайным образом и не равномерен на каждом канале, в отличие от сигнала. Когда я закончу, у меня на руках будет микс с частотой сигнала около 35-28 кГц и отношением сигнал/шум 90-100 Дб. Что неплохо, даже для цифровой записи на CD.
В процессе сведения в микшер загружаются все 24 дорожки. С помощью достаточно технологичного микшера, я получаю информацию о дорожках и могу задать череду необходимых настроек, которые будут применены во время финального сведения всех дорожек в одну. Если же модель микшера такого не позволяет, то все это придется делать вручную и возиться с каждой дорожкой (которые выглядят как небольшие отрезки магнитной ленты) по отдельности. Так и работали в 80-ых!
Теперь попробуем записать ту же музыку, но цифровым методом. У меня на руках есть 16-дорожечный Tascam US-1800, в который встроены 8 предусилителей для микрофона, а также 4 входных канала с ламповыми предусилителями. Частота дискретизации записи будет составлять 96 кГц, а разрядность – 24 бит. В пересчете на аналоговый звук, это 20-40 кГц частоты звуковых частот (с учетом фильтров сглаживания и реконструкции) с отношением сигнал/шум 144 Дб.
Для сведения буду использовать стоечный 1U компьютер со слотом на передней панели для 3.5” HHD или SSD. Я потрачусь на жесткий диск Seagate с 2 Тб и 7200 об/мин примерно за $100. У меня гигабитное интернет-подключение с внешним жестким диском на 16 Тб, что можно было на всякий случай сохранить копию всех записанных данных.
В данном случае, 16 дорожек выглядит совершенно непохоже на то, с чем мы имели дело при записи на пленку. На самом деле, у меня в распоряжении практически бесконечное количество дорожек, но с имеющимся оборудованием я могу записывать только 16 дорожек за раз. Вообще это не проблема, но если бы я использовал полную барабанную установку, то только на неё у меня бы ушло не менее 8 дорожек.
Когда все записано, самое время запустить программу для сведения полученных звуковых дорожек типа Sonar или Vegas (Vegas с 22 дорожками открыт на картинке выше). Загружаем каждую основную дорожку, затем все дополнительные дубли каждой дорожки чтобы можно было быстро переключаться между ними во время сведения. Когда цифровой сигнал записан, он не подвергается никаким изменениям до тех пор, пока не будет преобразован обратно в аналоговый и проигран. Однако при сведении мы сталкиваемся с теми же проблемами, что и при сведении аналогового сигнала. При сведении двух 24-битных дорожек мы получаем одну 25-битную, и, конечно же, формируя виртуальное звуковое пространство (что включает в себя изменение громкости различных инструментов, выведения моего голоса не передний план и т. д.), я буду менять стереопозицию дорожек и добавлять дилэи для создания качественного стереофонического образа. Нелинейная суть процесса подразумевает, что я могу свободно перепрыгивать с дорожки на дорожку. Это в разы удобнее и быстрее, чем возиться с магнитными пленками. И потому на CD часто можно увидеть маркировку ADD – то есть, запись была проведена аналоговым методом, но сведена цифровым. Конечно, качественный цифровой магнитофон по характеристикам превосходит многие аналоговые… Но результат получается и близко не таким крутым.
Как и в случае с аналоговым сведением, здесь присутствует некоторая потеря данных, мне приходилось урезать частотный диапазон некоторых дорожек для получения ровного микса. Но в результате мы получили аудиодорожку с частотой дискретизации 96 кГц и разрядностью 24 бит.
Запись CD
В обоих случаях, нам придется проделать большую работу для записи полученного сигнала на CD. Нам придется оцифровать аналоговый микс, подготовить цифровой мастер с частотой дискретизации 44.1 кГц и разрядностью 16 бит. Это тоже приведет к определенной потере данных (в частности, в плане высоких частот), так как аналоговые проигрыватели могут выдавать звук с частотой до 28 кГц, а CD – до 20 кГц. Повлияет ли это ограничение на итоговый звук? Да. Но только эти изменения по большей части затронут частоты выше уровня восприятия человеческого уха.
Для цифровой версии, мне придется снизить частоту дискретизации с 96 кГц до 44.1 кГц и разрядность с 24 до 16 бит. В процессе появятся шумы в 8-битной разрядности, но если попробовать их просто обрезать, то в звуке появятся странные шероховатости. Однако их можно скрыть, специально подмешивая шум со специально подобранным спектром (т. н. дизеринг). Звучит странно, но если все сделать правильно, это сделает шум, возникший при оцифровке (или квантовании) более ровным и, как следствие, менее заметным. По окончании мастеринга, мы получаем 16-битный сигнал с частотой дискретизации 44.1 кГц. Чисто технически, потери данных довольно заметные. Но, опять же, все эти потери относятся к частотам вне человеческого восприятия. То есть, они находятся выше 20 кГц. Более того, у большинства записей отношение сигнал/шум не превышает 60 Дб, так как разницу выше этого показателя услышать очень сложно.
Проблема с коммерческими CD заключается в другом. А именно, в сильной компрессии динамического диапазона. Делается это ради того, чтобы песни звучали громче на радио. И с каждым годом ситуация становилась все хуже (сравните 3 разных сигналограммы одной и той же песни на картинке выше). Но такое происходило не всегда, все зависит от звукозаписывающей компании, занимавшейся мастерингом CD. И, опять же, в небольшой и уместной компрессии нет ничего плохого. Но это… После такой компрессии запись с хорошим мастерингом и отношением сигнал/шум запросто превращается в 8-битный сигнал. Часто такой подход приводил к выходу совершенно неслушабельных релизов.
На аудиофильских релизах такого обычно не происходит. Когда впервые появился формат SACD от Sony, на каждый диск альбом записывался в двух разных версиях. Первая – качественная DSD-запись, а вторая – стандартная CD версия, в основном для проигрывания в машине (чего я никогда не делал, впрочем). И тут обзорщики начали замечать странную вещь: CD-версия на SACD звучала лучше, чем на стандартных CD-релизах. Начали ходить слухи, что в SACD использует какие-то более продвинутые технологии, чем обычные CD. Но всё оказалось проще: просто для SACD версии проводился более качественный мастеринг, не нацеленный на масс-маркет.
Запись пластинки
Мастеринг – важнейший этап в записи пластинки, и вот почему. На винил нельзя записать басы в их изначальном виде, иначе они будут занимать слишком много пространства, и на пластинку получится записаться от силы 10 минут музыки. Кроме того, тонарм будет слишком далеко отклоняться влево и вправо, что приведет к потере высоких частот. В этом плане LP – не лучший формат, и чтобы вместить на него достаточный объем музыки, сперва нужно проделать немало работы.
В процессе мастеринга к сигналу применяется RIAA-эквализация. В допотопные времена, как по земле бродили динозавры, а пластинки на 78 оборотов проигрывались только в режиме моно и печатались на шеллаке, в большинство усилителей были встроены собственные эквалайзеры для выравнивания исходящего сигнала из проигрывателя. И все пластинки шли со своими частотными характеристиками, которые задавались в процессе мастеринга. Но потом RIAA (Американская ассоциация звукозаписывающей промышленности) ввела стандартизированную кривую АЧХ. Согласно ей, при мастеринге частота 20 Гц урезается на 20 Дб, а 20 кГц усиливается на 20 Дб. Без изменений остается только частота 1 кГц. Это частично урезает басы, чтобы те потом вместились на пластинку при записи. Впоследствии при проигрывании сигнала применяется обратный фильтр, убирающий эти изменения, но потерянных в процессе обработки басов уже не вернуть.
Обычно пластинки поддерживают более высокие частоты по сравнению с CD, вплоть до 28 кГц в случае аналогового сигнала и до 48 кГц в случае цифрового. Но станок-резак для записи винила может повреждаться при записи частот выше 20 кГц, потому диапазон частот большей части LР-мастеров ограничен 20 кГц. При записи на половине скорости, станки выдерживают до 40 кГц. Но большая часть оборудования просто не способна отразить такие высокие частоты, либо по причине массы картриджа, либо из-за паразитарной емкости, возникающей между картриджем и предусилителем.
Стандартные виниловые издания имеют отношение сигнал/шум в 60 Дб. Но если музыка на пластинке действительно динамичная (то есть, имеет как очень громкие, так и очень тихие отрезки), то на неё можно добавить немного компрессии для сохранения низких частот. Пластинки с более качественной записью имеют отношение сигнал/шум около 70-75 Дб. Во всяком случае, до первого проигрывания.
Так что при мастеринге LP мастеринг-инженеры обязаны смотреть на сигналограмму записи чтобы убедиться, что он будет проигрываться на виниле корректно. И иногда низкие частоты немного подчищают, что те поместились на пластинку. Но при этом винил нельзя пережать также сильно, как CD (даже с учетом более узкого динамического диапазона первого), и потому хипстеры часто твердят, что пластинки звучат гораздо лучше CD. Однако тут дело все не в техническом превосходстве одного формата над другим, а в мастеринге, который на виниле обычно лучше, чем на CD.
Здесь даже не имеет значения, каким методом была проведена оригинальная запись – цифровым или аналоговым. Чрезмерная компрессия проявляется одинаково на любом мастере. Звукозаписывающая компания не будет специально записывать аналоговый сигнал только на винил, а цифровой – только на CD. Исходный сигнал будет одним и тем же, на мастеринг для разных форматов различаться. И так как в силу технических особенностей винил нельзя слишком сильно пережать, то он и продвигается как формат с «лучшим звучанием». Но на деле это далеко не всегда так.
Заблуждения по поводу цифрового сигнала
И да, многие плохо понимают, как вообще работает цифровой сигнал. Например, в сети часто можно встретить такие графики:
И можно сказать, что автор этой картинки вообще не понимает, о чем говорит. Так как реконструированный через цифро-аналоговый преобразователь сигнал с ограниченным спектром частот будет звучать точно так же, как и оригинал. Нет никаких резких переходов и «ступенек». Это одно из основных заблуждений по этому поводу.