High-Resolution Audio: valóban a zene új dimenziója?



2018.06.08.

A legújabb őrület a 'High-Resolution Audio' vagy röviden a 'Hi-Res Audio', mely a zene eddig nem hallott dimenziójába repít. Ám ha egy kicsit a reklámok mögé tekintünk és elmélyedünk a digitális hangtechnika és az emberi hallás világában, akkor hamar rájövünk, hogy az egész felhajtás nem más, mint egy újabb ügyes marketing fogás. Míg a hangfelvételek készítésénél valóban van értelme a nagyobb felbontásnak és gyorsabb mintavételezésnek, otthoni zenehallgatásra a High-Resolution Audio teljesen felesleges.


High-Resolution audio (Hi-res audio): Valóban a zene új dimenziója, ahogyan a reklámok sugallják?



Mit jelent a High-Resolution Audio?

A High-Resolution Audio (nagy felbontású audio) kifejezés arra utal, hogy a CD szabványhoz képest nagyobb mintavételezési frekvenciát és felbontást (bit mélységet) használnak (CD szabvány: 16-bit/44,1 kHz). A Hi-Res Audio fájlok mintavételi frekvenciája általában 96 kHz vagy 192 kHz és 24 bites vagy 32 bites felbontással rendelkeznek.

High-Resolution Audio-t azzal reklámozzák, hogy egy Hi-Res hanganyag megfelelő rendszeren meghallgatva részletesebb és sokkal közelebb áll az eredeti felvételhez, mintha egy hagyományos CD lemezt hallgatnánk. Na tessék, most dobhatjuk ki az összes cédénket?!

High-Resolution Audio körüli felhajtás nem új, gondoljunk csak az SACD-re vagy a DVD-Audio-ra.



44,1 kHz-nél magasabb mintavételezési frekvenciával kapcsolatos ellenérvek

Az emberi hallás által lefedett frekvencia-tartomány körülbelül a 20 Hz-20 kHz közötti intervallumba esik. Az életkor előrehaladtával és a hallás romlásával a magas frekvenciájú hangokat egyre kevésbé érzékeljük: 18 évesen még elképzelhető, hogy halljuk a 18 kHz-es hangokat, 30 évesen a felső határ már csak 16-17 kHz.

Mintavételezett digitális jelből az eredeti analóg jel visszaállítható, ha a mintavételezési frekvencia az eredeti jel sávszélességének (vagy legmagasabb frekvenciájú komponensének) legalább a kétszerese. Ez azt jelenti, hogy 20 kHz-es tartomány 'digitalizálásához' 40 kHz-es mintavételezési frekvenciára van szükség. Mivel a 40 kHz-es mintavételezési frekvencia csak ideális aluláteresztő szűrővel valósítható meg, a CD-szabvány megalkotásakor gyakorlati okokból 44,1 kHz-et választottak.

A mintavételezés csak a felső határfrekvenciáját befolyásolja, az időbeli felbontásra nincs hatással. Egy mintavételezett jel időbeli felbontása (fázisa) ugyanaz mint az analóg jelé. Azaz, egy 192 kHz-en mintavételezett jel időbeli felbontása nem jobb, mint egy 44,1 kHz-en mintavételezett jelé.

44,1 kHz-es mintavételezési frekvenciát használva az eredeti analóg jel 20 kHz alatti része amplitúdó- és fázishelyesen reprodukálható.

A 44,1 kHz-nél nagyobb mintavételezési frekvenciájú hangfájlok több részletet tartalmazhatnak az ultrahang tartományban, a hallható tartomány felett. A 96/192 kHz-es hangfájl nem részletesebb, nem tartalmaz több információt a hallható tartományban, ezért nem is szólhat közelebb az eredeti felvételhez, mint egy hagyományos CD lemez.

Megjegyzés: Létezik a CD-szabványnál is régebbi és egy kicsivel magasabb - szintén szabványos - mintavételezési frekvencia (48 kHz), amelyet manapság a digitális videó formátumoknál használnak, a kettő között azonban nincs hallható eltérés. Egy 48 kHz-es tömörítetlen audio fájl (PCM wav) tárhely igénye csak 8%-al több egy 44,1 kHz-es wav-hoz képest, ami nem számottevő.



A 24/32 bites felbontással kapcsolatos ellenérvek

Az emberi hallás nem csak a frekvenciaskálán, hanem a hangerősség (hangintenzitás) skálán is korlátozott. A még elviselhető legnagyobb intenzitású hang és teljes csendben éppen észlelhető hang intenzitása közötti különbség az emberi hallás dinamikatartománya (másképpen a maximális jel-zaj viszony). A maximális jel-zaj viszony és a dinamikatartomány a digitális hangrögzítésre is értelmezhető: lineáris PCM kódolásnál a bitek száma egyértelműen meghatározza a maximális jel-zaj viszonyt.

Az emberi hallás dinamikatartománya 130 dB (decibel). Az alsó határértéket abszolút hallásküszöbnek hívják, ami a 0 dB-es hangnyomás-szintnek felel meg (1 kHz-en). Hallásunk felső határértékét a fájdalomküszöb jelenti 130 dB-nél. Egy nagyon csendes hangfelvételi stúdió 10-20 dB-es alapzajjal rendelkezik. Egy szimfonikus zenekar kb. 120 dB maximális hangnyomásszintre képes. Ebből következik, hogy a legnagyobb dinamikájú zeneművek visszaadásához maximum 110 dB dinamikatartományra van szükség. Szerencsére a CD 16 bites felbontásában ennél jóval több van...

audio cd (pcm wav, 44,1 kHz 16 bit) és az emberi hallás: frekvencia, időbeli felbontás, dinamika jel-zaj snr

Lineáris PCM kódolásnál a maximális jel-zaj viszony (SNR) meghatározható klasszikus mérnöki módon (SNR = 6 * bitek_száma, 16 bites lineáris PCM kódolásnál SNR = 96 dB) és meghatározható úgy is, hogy figyelembe vesszük azt a tényt, hogy az egyenletes eloszlású zaj (fehér zaj) szubjektív hangossága frekvenciafüggő.

Az egyes hallósejtek a kvantálási zaj töredékét, a teljes sávnak csak egy keskeny részét érzékelik. Kis frekvenciákon a egyenletes eloszlású fehér zajt halkabban haljuk, mint magasabb frekvenciákon, ezért a kvantálási zaj hangossága csak az ún. Bark-skálán számítható. Így a 16 bites audió zajszintje dithering (zajmoduláció) nélkül 20 Hz és 1 kHz között -120 dB, 1 kHz és 10 kHz között -100 dB és 10 kHz felett -110 dB. Formázott dithering kódolást és 16 bites felbontást alkalmazva a teljes hallható tartományban elérhető a -120 dB-es zajszint, azaz a 120 dB-es dinamikatartomány. Ez több 110 dB-nél.

Megjegyzés: A közhiedelemmel ellentétben az MP3 tömörítők nem változtatják meg a zene dinamikáját. Azaz egy 'wav' vagy audio CD dinamikatartománya MP3-ra konvertálva nem változik.



Hol van értelme a nagy felbontásnak és mintavételezési frekvenciának?

Például hangfelvételek készítésnél fontos, hogy a lehető legmagasabb minőségben tárolják a hanganyagot. Ennek az az oka, hogy 24 biten az effektek, szűrők, mixelés által okozott kerekítési hibák jóval kisebbek (32 biten pedig nincs szükség kerekítésre), ezenkívül elkerülhető a folyamatos fel-le konvertálás.

Stúdiókban az egyik nagy előnye a 24 bites A/D konvertereknek, hogy nagyobb szabadságot adnak a hangmérnöknek a felvétel készítése során. Ha az analóg és a digitális eszközök közötti illesztés nem tökéletes (pl. a mikrofon jelszintje nem elég magas), akkor sem történik tragédia, mert elveszik mondjuk 3 bit, ami egyébként sem hallható mikrofon zajt és konverter zajt tartalmaz. Egy nagy dinamikájú felvételnél, 16 bites analóg-digitális konvertert alkalmazva 3 bit veszteség már okozhat némi háttérzajt a halk részeknél.



Ha nincs értelme a 'High Resolution Audio'-nak, akkor miért ez a felhajtás?

Bizonyos iparágak arról szólnak, hogy az új jobb mint a régi, csakhogy ez nem teljesen igaz... A 80-as évek elhozta a CD-t, a 90-es évek a DVD-t, PC-s zenelejátszást, az MPEG hangtömörítést és az 5.1-es hangrendszert, a 21. század első évtizede pedig az előző technológiák hibáin javított.

A számítógépes zenehallgatás és a hordozható zenelejátszók minősége kb. 2010-re eljutott arra a szinte, amit már nem lehet tovább fejleszteni. Szinte mindegyik laptopban egy Intel HD Audio szabványnak megfelelő (általában Realtek) hangkártya dolgozik, ami megfelel bármilyen szintű zenehallgatáshoz. Tömörített zenék dekódolásához mai szemmel nézve nincs szükség nagy teljesítményű processzorra: MP3 lejátszáshoz egy 100 MHz-es 32 bites processzor elegendő.

Tehát egyfelől ott van az újítás kényszere, másfelől az újítás határa (ami ebben az esetben az emberi hallórendszer).

High-resolution audio nem más, mint egy régi hi-end marketing trükk: megoldást kínálni nem létező hangtechnikai problémákra. Ami viszont tényleg új, az az hogy, korábban a komolyabb, nagy múltú és nagy nevű cégekre nem volt jellemző az a fajta hozzáállás, ami kimondottan a kisméretű cégek által uralt high-end piacra jellemző.

Ami valóban különbség a Hi-Res Audio és a CD formátum között az az, hogy a High-Resolution Audio zenék mérete nagyobb a CD-hez képest, azonban ez nem jelent jobb hangminőséget. Szóval nem kell bedőlni a reklámoknak és nem kell kidobni a CD lemezeinket. Hi-Res zenelejátszó helyett pedig érdemes egy jó fejhallgatóra beruházni.

Horváth Csaba

Facebook    Google

Ugrás a kezdőlapra

www.000webhost.com