A digitális zenei állományok területén az egyes médiák tárolókapacitása és jel-átviteli sebessége vonatkozásában sok a tisztázatlan kérdés. Cikkünkkel megpróbálunk vázlatosan és közérthetően eligazítást nyújtani a bitek és byte-ok, valamint a lemez- és fájlformátumok világában.
A DIGITAL AUDIO, mint fogalom a hangjelek digitális tárolása és átalakítása. Általában a hang digitális kóddá alakításakor a mintavétel másodpercenként 44100-szor történik, s minden mintát egy 16 bites szám ír le.
A CD-lemez. 1980-ban a Philips és a Sony a formátum specifikációit a Red Book szabványban rögzítette. A „Red Book” írja le az audio kompakt-lemez (CD) összes ismérveit és innen eredeztethetjük az összes egyéb CD formátum alapját. A Compact Disc gyártása 1982-ben kezdődött, amikor a Philips és a Sony bevezette a Compact Disc Digital Audio szabványt.
A CD 747 Mbájt kapacitása és 74 perc játékideje úgy érhető el, ha az adatok tárolására az összes szektor minden byte-ját felhasználja. Az Audio-CD az összes byte-ot használja hangadatainak tárolására, a CD-ROM a szektorok egyes byte-jait a szektor azonosítására, fejlécek, szektormódok, időadatok azonosítására használ fel. Mivel az audio lemezeket a Red Book-ban leírt ajánlás szerint gyártják a világ minden táján, minden audio-CD lejátszható CD-lejátszóval, ez a kompatibilitás alap a zene-iparban.
Ezen belül, pl.: tartalomjegyzék írja le, hogy a lemezen egy vagy több szám szerepel. Egy sáv általában egy dal. Ezeket a sávokat további szektorokra osztjuk, ahol egy szektor hossza 1/75 másodperc, és 2352 byte audio adatot tartalmaz digitális formában. Maximum 99 audio sáv helyezhető el egy normál CD-lemezen (pl.: hangminták mérés, tesztelés céljára).
Az analóg hanganyagból 44,1 kHz-es frekvenciával (azaz másodpercenként 44 100-szor) vesznek mintát, és ezt 16 biten tárolják el. Ez utóbbi 65 536 különböző értéket (feszültségértéket) jelenthet. Fontos paraméter emellett, hogy a PCM-formátum tömörítetlenül tárolja a jeleket, azaz semmilyen kódolást nem alkalmaz, minden jel változatlan formában kerül fel a hordozóra. A technológia azonban számos kompromisszum elfogadását is megkívánta, így a 20 kHz feletti hangtartomány levágását vagy a 100 dB-nél alacsonyabb dinamikát.
A 2352 byte audio adathoz a Red Book hozzáad egy kétszintű hiba ellenőrző és javító kódot. A CD a Cross Interleave Reed-Solomon Code (CIRC) szolgál a hibák kijavítására. Ha a lemez karcos vagy piszkos, és a lézer nem tudja kiolvasni az adatokat, a CD-játszó a CIRC-t alkalmazza a hibák helyreállítására.
A kapacitás (DATA CAPACITY) az az adatmennyiség, ami felvihető és gyártható egy CD-lemezen. Egy lemez normál kapacitása 654.7 Megabyte (MB), ami megfelel 335250 2K szektornak, ez megfelel 74 perc 30 másodpercnek. Az adatmennyiség több tényező függvénye: sávemelkedés, forgási- és szögsebesség stb. El kell fogadni, hogy a gyártó nem tehet a lemezre több adatot a „normál” kapacitásnál mint amit a „Red Book” megenged, mivel sok lejátszó nem tudná ezeket az adatokat kiolvasni.
A CD-DA, azaz Compact Disc – Digital Audio, röviden CD, legfeljebb 74perc 30másodperc hifi-sztereó hanggal. Ez a 12 cm átmérőjű műanyag korong tulajdonképpen egy miniatűr hanglemez, de csak az egyik oldala tartalmaz felvételt. A CD közvetlen hozzáférésű eszköz, tartalma bármilyen sorrendben lejátszható.
A hanglemezzel ellentétben, ahol a lemez alapanyaga tartalmazza a „belevésett hangot”, a CD a felvételt digitálisan, apró gödröcskék sorozatának formájában, egy átlátszó, védő, műanyag réteg alatt tárolja. A barázdákban való vibráció helyett, a CD-játszóban lézerfény világítja meg a gödröcskéket, s a visszaverődő fényből egy bináris kód (1-0, igen-nem) képződik.
A hang digitális kóddá alakításakor a mintavétel másodpercenként 44100-szor történik, s minden mintát egy 16 bites szám ír le, így minden másodpercnyi hifi-sztereó hang közel másfél millió bit-ből áll. Ettől tiszta a digitális hang, s az elektronika ezt a nagy-mennyiségű számot alakítja vissza analóg jellé és a többi elektronika zenévé.
A DVD-lemez. 1995-ben a Matsushita, a Toshiba, a Philips, a Sony, a Time Warner, a Mitsubishi, a Pioneer, a Hitachi, a Thomson és a JVC egy akkor példa-nélküli konzorciumot alkotott, hogy létrehozzanak egy, az eddigieknél nagyobb kapacitású fizikai adathordozót, amelynek materiális paraméterei megegyeznek a CD-lemezével. A DVD, (Digital Versatile Disc) nagy kapacitású optikai tároló, amely főként mozgókép és jó minőségű hang, valamint adat tárolására alkalmas és használatos.
Típusai szerint:
DVD–5 egyrétegű egyoldalas lemez, 4,7GB kapacitással
DVD–10 egyrétegű kétoldalas lemez 4,7×2, azaz 9,4GB kapacitással
DVD–9 kétrétegű egyoldalas lemez 8,5GB kapacitással
DVD–18 kétrétegű kétoldalas lemez, 8,5GBx2, azaz 17GB kapacitással.
| CD | DVD | |
| Külső átmérő | 120 mm | 120 mm |
| Belső átmérő | 46 mm | 46 mm |
| Lemez vastagsága | 1,2 mm | 2×0,6 mm |
| Lyukak hossza | 0,83 mm | 0,4 – 0,44 mm |
| Tárolókapacitás | 740 Mbyte | 4,7 – 17 Gbyte |
A DVD-Audio. Mint már említettük, a DVD jóval nagyobb tárolókapacitása lehetőséget adott a mintavételezési frekvencia és a tárolási pontosság növelésére, végeredményben a minőség nagyarányú javítására. Ez főképp a jel-zaj viszony javulásában, a dinamikában és a magas hangok reprodukciója terén számottevő. Bár a CD minősége átlagosan megfelelőnek mondható, ám a frekvencia növelésével azok a hangok tarthatók meg, melyek ugyan a fül számára közvetlenül már nem érzékelhetők, de meglétük nagyban elősegíti a különböző hangszerek jobb megkülönböztetését, és a térben való elhelyezkedésének érzékelhetőségét. Emellett pedig számos további kiegészítő információ helyezhető el az audiosávok mellé.
A DVD Forum a DVD-Audio formátumot – hasonlóan a többi, általuk készített szabványhoz – jogdíjmentesen bocsátotta rendelkezésre, szemben a korábban a CD-lemezeknél alkalmazott licensz-eljárással, mely szerint a Sony és a Philips minden elkészült CD-lemez után jogdíjra jogosult.
A DVD-Audio lemez kizárólag az erre a formátumra felkészített lejátszókban olvasható, de készültek olyan lemezek is, melyek az anyagot DVD-Video formátumban is tartalmazzák, hogy a lemez hagyományos DVD-lejátszóval is lejátszható legyen. Készülnek továbbá mindkét formátum lejátszására alkalmas berendezések is.
Míg a CD-szabvány kidolgozásakor a másolásvédelem nem kapott túlságosan nagy hangsúlyt, a DVD-Audio esetében ez már az ajánlás egyik leglényegesebb részévé vált. Kidolgozásához olyan cégeket hívtak segítségül, mint az IBM, az Intel vagy a Toshiba. A szabvány szerint a lemeznek tartalmaznia kell egy vízjelet, illetve egyéb másolásvédelmi jelzéseket, amelyeknek széles körben paraméterezhetőnek kell lenniük. A vízjel alapján azonosítható a lemez készítője. A másolásvédelmi eljárások engedélyezhetik, hogy a lemez tulajdonosa készítsen egy másolatot a lemezéről, de a másolatról már ne készülhessenek további kópiák.
A DVD-Audio minőségi paramétereit is széles határok között lehet megadni a lemezkészítés során. Az így elért flexibilitás biztosítja, hogy a stúdiók eldönthessék, milyen minőségben kívánják elkészíteni felvételeiket. A DVD-Audio lemezen lehetőség van sztereó, és több csatornás hang rögzítésére, sőt ezek kombinálhatók is. A 9,6 Mb/s adatátviteli sebesség miatt azonban a több csatornás felvételnél a mintavételezési frekvencia 96 kHz-ben lett limitálva, míg sztereó felvételnél ez az érték 192 kHz. A DVD-Audio szabvány szerint az egyoldalas, egyrétegű lemezre a legjobb minőség mellett 68 percnyi műsor fér el, tehát nem érhető el a CD-k 74 perces játékideje, ezért alkalmazzák az angol Meridian által kifejlesztett tömörítő eljárást (MLP – Meridian Lossless Packing). A választás azért esett erre az eljárásra, mert megfelel a DVD-Audioval szemben támasztott minőségi követelményeknek. A két legfontosabb ezek közül az, hogy ez az eljárás veszteségmentes, azaz a kitömörített jel teljesen azonos az eredeti jellel, és minimális a számítási teljesítmény igénye.
A DVD-Audio hangspektrumának felső frekvenciahatára 96 kHz, szemben a CD 20 kHz-es limitjével, a minták tárolása 16 bit helyett 20 biten történik, tehát 256-szor finomabb felbontást ad, dinamikája 144 dB (míg a CD 96 dB). A PCM formátumú hangsáv mellett lehetséges tömörített formátumok elhelyezése is, mint a Dolby Digital vagy a DTS formátum.
A Super Audio CD. A Sony és a Philips már a CD kidolgozásával a maga útját járta és nem is szándékoztak támogatni a DVD-Audio szabványát. Ennek fő oka az volt, hogy a DVD Forum a szabványt nyílttá tette, azaz nem szándékozott jogdíjat szedni érte. Ez nagy érvágás lett volna a két vállalatnak, hiszen megcsappant volna a CD-lemezek jogdíjbevétele, a már említett CD licenszelési rendszer miatt. Ezért kezdtek saját fejlesztésbe, remélve, hogy az SACD fog győztesként kikerülni a nagy-felbontású audiorendszerek vetélkedéséből.
Az SACD eltér a korábbi digitális audiorendszerektől, mivel szakított a PCM-el, és teljesen más módszer szerint digitalizált jelfolyamot támogat.
Ez az új digitalizálási eljárás a DSD (Direct Stream Digital). Az eljárás lényege, hogy nem a meghatározott időközönként mintavételezett analóg jel feszültségértékét tárolja, hanem az analóg jel változását. Ezt minden mintavételnél 1 biten teszi meg. Az 1 bit kevésnek tűnhet, de tekintve, hogy a mintavételezés 2 822 400 Hz-en (2,822400 GHz-en) történik, az analóg jel ilyen rövid időköz alatt nem is képes nagyobb változásra. Ezzel az eljárással nagyjából a 200 kHz-en mintavételezett PCM technológiával egyenértékű minőséget lehet kapni (CD 44, 1 kHz).
A digitális jel hallhatóvá tételéhez nincs is szükség D/A (digitális-analóg) konverterre, egy egyszerű szűrőáramkör is elegendő. Az egy bites kódolás miatt a jel kisebb frekvenciára is könnyen lekeverhető. A rendszer hátránya, hogy új – és drága – stúdió felszerelést igényel. Az SACD hívők szerint az SACD hallhatóan jobb minőséget produkál, mint a DVD-Audio.
Az SACD rendszer is támogatja a sztereó jel mellett a több csatornás felvételeket, és egyéb multimédiás kiegészítőket. Ezek helyét a lemezen a szabvány meghatározza. Belülről kifelé haladva először a TOC (a lemez különböző adatait rögzítő adatbázis), utána a 2 csatornás sztereó jel, majd a többcsatornás surround adatfolyam, végül a multimédiás adatokat tartalmazó rész következik. Ha valamely extra adatokra nincs szükség, a hely felhasználható a lejátszási idő növelésére.
Összehasonlítva az Audio CD 74 perces játékidejével az SACD 68 perce problémát okozott, mindössze 6 perc játékidő kinyeréséért – akár a DVD-Audionál – itt is szükség volt tömörítésre. Megvalósításához a DST (Direct Stream Transfer) eljárást választották, mely szintén veszteségmentes tömörítést tesz lehetővé, azaz kitömörítéskor az eredeti jelfolyamot kapjuk vissza. Így egy lemezre 74 percnyi sztereó hang és annak több csatornás, surround változata is elhelyezhetővé vált.
Az SACD további tulajdonsága a DVD többrétegű lemezkészítési technológiájának felhasználásával kialakított második réteg, melyre hagyományos Audio CD formátumban is felkerül a hanganyag, így az SACD lemezek azok számára is elérhetőek, akik csak később szándékoznak beruházni egy SACD hangrendszerbe, viszont hagyományos CD játszóval rendelkeznek. Ez marketingszempontból is ügyes ötlet, hiszen aki ilyen lemezt vásárol, előbb-utóbb megveszi az SACD lejátszót.
Az SACD-lemezen rögzített hanganyag frekvenciatartománya 100 kHz-ig terjed, jel-zaj viszonya 120 dB, a dinamikatartománya 120 dB.
Legközelebb a fájl-formátumokkal foglalkozunk.
