Analog versus Digital

Co je tedy lepší?

Digitální hodinky, digitální fotoaparát, digitální vysílání jsou namátkou jen některá mocná sousloví, která zaplňovala, či stále zaplňují inzertní kanály. Slovo digitální zde téměř jako nějaké magické zaklínadlo povyšuje běžný přístroj na zcela novou kvalitativní úroveň, a staré zařízení se stejným názvem a funkcí nemilosrdně přesouvá do hlubin zapomnění a opovržení. Je tomu ale skutečně tak? Přináší digitální technika jenom samá pozitiva? Nejsou stále ještě oblasti, kde analogová technologie tu digitální předčí?

Tento článek je nekonzistentní směsicí úryvků a zamyšlení dotýkajících střetu těchto dvou technologických přístupů přes více oblastí a hodnotících perspektiv. Ačkoliv se článek pokouší být nestranný, chtěl by autor čtenářům přinejmenším přenést sdělení, že slovo digitální není jednoduše synonymem slovu kvalitnější.

První letmé porovnání

Výhody digitálního signálu

Digitální signál zjednodušeně reprezentuje ten analogový a to tak, aby byl stále schopný přenést klíčovou informaci v požadované kvalitě. I když tedy informativně vykoná stejnou práci, udělá ji s menším datovým tokem, rychleji, přesněji a opakovatelně s ověřitelně stejným výsledkem.

Digitální signál funguje skvěle v kabelech hluboko pod mořem, kde by analogový signál utrpěl nedůstojnou porážku. Skvěle si rozumí s textem a obecně se všemi informacemi, které jsou už sami o sobě symbolické a konečné. Problém nastává v místech, kde se digitální informace střetává s člověkem. Střet je bolestnější s mírou složitosti interpretované informace a mírou jejího digitálního zjednodušení. Učebnicovými představiteli jsou obraz a zvuk. Ve své nekonečné rozmanitosti jsou bezztrátově nezjednodušitelné.

Další známou předností je nízká hladina šumu, která je tvořena pouze šumem samotné nahrávky a ne šumem média. Tato signálová stálost bez dalších šumových aditiv a vzniknuvší nelinearit umožňuje nekonečnou reprodukovatelnost potažmo kopírovatelnost. To je u analogového záznamu zcela vyloučené.

Vysoce hodnoceným kladem je snadná manipulovatelnost a zpracovatelnost. Všechny operace jsou rychlejší a méně náročnější na výpočet. Jen co se týče hudby, můžu zmínit: přeskakování skladeb, mazání skladeb, práce s místem na mediu, skladování atd. A to vůbec nezmiňuji editaci, použití efektů atd.

Výhody analogového signálu

Zdá se, jako by na analogový signál již mnoho výhod nezbylo. Veškeré výhody stojí vratce na subjektivních pocitech a abstraktních pojmech. Digitálnímu signálu se vyčítá suchá přesnost, studenost a tvrdost. Analogový signál se naopak pojí s výrazy jako vřelost, teplost a měkkost. Říci ale takto bez důkazu, že ho máme zkrátka tak nějak radši by bylo v technickém článku výsměchu-hodné. Nechme to tedy na další rozbor.

Psychologický pohled

Ať už to je zkostnatělost či melancholie, staré je bráno jako něco pevného, správného a dobrého. Je to již zavedené, léty odzkoušené a potvrzené. Nové je podezřelé a budí u konzervativců nedůvěru a skepsi.

Analogový signál psychologizuje. Přidává do nahrávky zkreslení daného nahrávacího zařízení, média i reprodukčního zařízení. Přenášena a uchovávána tak není jenom samotná zvuková nahrávka, ale i informace o použité technice a tedy potažmo i době, v které byla nahrána. Posluchač je posléze dojat nejen zvukovým obsahem, ale i formou zkreslení nahrávky, na které byl v dané době uvyknut, a která se mu podvědomě vybavuje. Ať už si pouštíte VHS, audio kazetu nebo LP, vše obnáší svůj vlastní rituál. Vše má své vyhraněné zařízení, přes které se dá medium přehrát a tedy i vlastní specifické kouzlo. Pustit si kupříkladu hudbu z gramofonu namísto z mp3 v počítači je v příměru stejné jako pít víno z broušené sklenice namísto z umělohmotného skládacího hrnku. Gramofon má zkrátka styl a svojí vznešenost. Kdo si večer rozhodne, že si pustí gramofon, tak má večer jistě již naplánovaný. Namísto zvukové kulisy pro zkrácení jiné činnosti, se plně oddá soustředěnému poslechu a bude odměněn intenzivnějším a procítěnějším hudebním prožitkem. Avšak právě tento pohled může podvědomě nabádat k tomu, že silnější prožitek je spojen s lepší kvalitou zvuku. Čímž však ani já nechci říct, že tomu tak nemusí být.

Svou neopomenutelnou roli sehrává i marketing. Snahou prodejce je vzbudit pocit u zákazníka, že to co má je již nevyhovující, a že bezpodmínečně potřebuje něco nového. Pocit nespokojenosti je tedy žádoucí a ne málokrát je vyvolán poťouchlým našeptáváním zištného prodejce. Jakmile se vyčerpají možnosti nového, musí se hledat na opačné straně a je nutné oprášit znovu třeba to staré.

Ve vzduchu se rovněž stále vznáší otázka, zdali souboj analog vs. digital není pouhou rozmařilou pózou v opozici se vyžívajících audiofilů. Ti šíří negaci a posměch nad vším mainstreamovým, jen aby se odlišili, popřípadě povýšili. Poslech analogové nahrávky tak v sobě může falešně ukrývat nafoukaný snobismus, posedlost audiofilní pedanterie nebo v lepším případě kus omluvitelné melancholie.

Technický pohled

Existence vícera možností vždy vybízelo bádavé jedince k jejich zkoumání, porovnávání a nalezení té nejlepší volby, jejíž parametry objektivně předčí ostatní konkurenty.

Pokusme se tedy shrnout známé technické odlišnosti.

Digitální signál je zjednodušenou formou toho analogového. Má přesně definované možné stavy vycházející ze spočetné množiny. Tím se otevírá obrovské množství snadno realizovatelných operací. Zjednodušení dosáhneme diskretizací ve dvou rovinách.

• Vzorkování – diskretizace v čase; Nižší vzorkovací frekvence způsobí, že nebude slyšet celé slyšitelné spektrum původní nahrávky, nebo budou vyšší frekvence již zkreslené.
• Kvantizace – diskretizace v amplitudě; Jemnost kvantizace neboli bitová hloubka, ovlivňuje dynamiku nahrávky a množství digitálního šumu.

To vše je v každém případě ztráta informace, která musí nezbytně vést k degradaci signálu a ponížení digitálního signálu pod úroveň toho analogového. Hned z následujícího obrázku je patrné, že digitální signál vypadá prostě jinak.

Digitalizace je nelineární proces, a proto je tedy zpětně nevratná. Prokazatelně může ve větší či menší míře způsobit následující jevy: ztrátu vyšších frekvencí v důsledku filtrace dolní propustí na vstupu AD převodníku, vznik parazitních produktů jako aliasing a kvantizační chybu. Digitalizace vnáší do signálu navíc jistou pravidelnou složku, která má nešumový charakter a je korelovaná s užitečným signálem. Je patrná a obtěžující čím je signál nižší.

Vzorkovací frekvence

Nyquistův-Shannonův teorém říká, že přesná rekonstrukce spojitého, frekvenčně omezeného, signálu z jeho vzorků je možná tehdy, pokud byl vzorkován frekvencí alespoň dvakrát vyšší, než je maximální frekvence rekonstruovaného signálu. To znamená, že při běžné vzorkovací frekvenci 44,1kHz u CD je maximální přenášená frekvence 22 kHz, která i s rezervou pokryje horní limit slyšitelnosti. Jenže… Jedna věc je matematická teorie a druhá skutečná realizace. Za prvé nejsme schopni realizovat takto kolmý filtr, a tak v lepším případě přijdeme o část vyšších frekvencí, v tom horším dojde k aliasingu a v nahrávce se objeví slyšitelné pazvuky. Za druhé, tento teorém řeší věc spíše z již zmíněného aliasingu a nedívá se na přesnou rekonstrukci z hlediska člověka.

Pojďme se na věc podívat trošku školácky. Nakreslíme-li si navzorkovaný sinusový tón o frekvenci 15kHz při vzorkovací frekvenci 44,1kHz zjistíme, že na vykreslení jedné periody disponujeme pouhými třemi vzorky a místo hladké sinusovky nám zbude nepojmenovatelný klikyhák. To se bude týkat i nižších frekvencí, i když už ne tak významně.

Po tomto záměrném vystrašení musím vzápětí uvést věc na pravou míru. S použitím vysokoškolského přístupu je po chvíli patrné, že zkreslení na vyšších frekvencích lidskému vnímání nevadí. Toto lineární zkreslení způsobí výskyt vyšších harmonických násobků, které jsou ale nad hranicí sluchu, a tak je už nevnímáme. Jakýkoliv tón nad 10kHz vnímáme jako chudý sinusový pískot. Nejsme schopni určit jeho barvu. To ale nemění nic na tom, že k deformaci dochází. U nižších frekvencí je zkreslení menší, ale narůstá riziko, že se vzniknuvší pazvuky objeví ve slyšitelné oblasti. Závažnější a nevyvratitelný je však již fakt, že s výskytem vyšších harmonických dochází rovněž ke změně energetických poměrů, jejímž důsledkem bude snížení slyšitelnosti ostatních harmonických.

Bitová hloubka

Další parametr charakterizující digitální signál je bitová hloubka. Je spoluodpovědná za dynamiku nahrávky a množství digitálního šumu. Mezi 16 a 24 bity je na kvalitním audio-systému ještě postřehnutelný rozdíl. Vyšší bitrate nemá z hlediska posluchače smysl a může se uplatnit už jen jako mezistupeň v celkovém řetězci zpracování.

Celé toto povídání by mohlo zavádět k domněnce, že použijeme-li vyšší vzorkovací frekvenci a bitovou hloubku, odstraníme veškerá úskalí digitálního signálu. SACD a DVD-audio se svými naddimenzovanými parametry tyto nedostatky skutečně odstraňují, avšak digitální úskalí se neuskromňují pouze na proces vzorkování.

Další dvě odlišnosti již nejsou tak zřejmé a často zmiňované. Nejedná se již o odlišnosti přímého převodu analogového signálu na ten digitální, ale jedná se spíše o povahu celého řetězce, na jehož konci je gramofonová deska popřípadě CD.

Masterizace

Způsob finalizace nahrávky a její masterizace je poplatná době v které vznikala. Zatímco starší nahrávky byly masterizovány s ohledem na high-endový poslech, dnešní cílovou skupinou jsou bohužel spíše nenároční náctiletí pouštějící si hudbu na svém telefonu v metru. Taková hudba je pak „poslouchatelná“ na přenosných multifunkčních zařízeních plných technologických kompromisů, ale na poctivé reprosoustavě vyzní přeslazeně v detailech a mdle v celku.

Zatímco analogové nahrávky se kvůli všudypřítomnému šumu upravovaly co nejméně a z mixu šly téměř hned na médium, ty digitální se „zkrášlují“ až nadměrečně. Hlasitost je trendy, a hlasité může trumfnout jen hlasitější. Touto tendencí se zcela zdeformoval pohled na kvalitně masterovanou nahrávku. Více se s maximální hlasitostí jít nedá, a tak se posunuje i střední hlasitost, čímž skladba ztrácí kontrast a křičí i šepot. Dynamický rozsah, který je dán poměrem mezi maximální a střední hlasitostí, se ztenčil na minimum a z repráků se valí jednolitý blok unavujícího průvanu.

Tento bod považuji v celém digitálním řetězci za nejkritičtější a viním ho za fádní vyznění výsledné nahrávky.

Vřele doporučuji znamenitý článek: http://www.audiodrom.cz/RoadToHell.html

Záznamová média

Nelineární charakteristika záznamového média

Prozkoumejte zvětšeninu následujícího obrázku.

Prozkoumáváme-li staré fotografie, zjistíme, že mají specifickou obrazovou kvalitu, které bychom nedosáhly prostým převedením digitálního snímku do černobílé. Pomiňme nyní obsah fotografie, který již sám o sobě nostalgizuje a jehož historické vyobrazení otupuje naše nároky na obrazovou kvalitu. Kromě toho, že je fotografie ostrá ve svých detailech, působí příjemným měkkým dojmem ve svém celkovém vyznění. Stíny i světla jsou plně prokreslené a prakticky zde neexistují přepálená či podexponovaná místa.

Na následujícím obrázku je porovnání přenosové charakteristiky kinofilmu a digitálního snímače, z něhož je ihned patrné, že kromě toho, že má kinofilm větší dynamický rozsah zobrazitelných jasů, má jeho charakteristika navíc nelineární povahu bránící saturaci ve svých krajních hodnotách. To způsobuje, že je v analogovém snímku ukryto více informací a snímek je jakoby komprimován. Tato komprimace ale pracuje s nekonečnými informacemi reálného světa oproti běžné kompresy, která pracuje již s omezenou spočetnou množinou diskrétních dat. Proto se jedná o kvalitativně rozdílné procesy a emulací analogové křivky digitální technikou bychom dosáhli jen přibližných výsledků vykazující pouze náš úmysl.

Podobné chování, byť trochu hůře představitelné, můžeme očekávat i u zvukové techniky. Nelineární povaha analogového materiálu je zkrátka lidskému vnímání bližší než upjatá digitální korektnost.

Závěr

Porovnání analogové a digitální nahrávky by nemělo zahrnovat pouze konverzi analogového signálu na digitální. Analog a digital jsou dva odlišné světy, dvě odlišná pojetí, na které je nabaleno mnoho dalších souvislostí, které nejsou na první pohled zcela zřejmé.

Proces digitalizace, není ve své podstatě to, co by významně posluchačsky degradovalo hudební signál. Mnohem větší podíl má masterizace nahrávky na digitální médium a uším lahodící nelineární povaha analogových nosičů. Paradoxně se analogová nedokonalost stává ctností a chladná digitální přesnost jen suchopárnou interpretací informace.

Digitální signál, potažmo CD jako jeho nosič, není ve své podstatě špatný. Špatnou reputaci mu způsobují necitlivá zacházení v podobě datových a dynamických kompresí. Datové kompresy se vyhneme snadno, že jí jednoduše nebudeme používat. Té dynamické, která je součástí masterizace nahrávky však již nikoliv a musíme skutečně sáhnout po staré nahrávce, kde byla skladba v původním znění.

▉ Telotone | 20/02/2011; aktualizace 15/04/2013