Как воспроизводятся
компакт-диски?
При воспроизведении звуковой
компакт-диск вращается с постоянной линейной скоростью (Constant Linear
Velocuty - CLV), при которой скорость дорожки относительно воспроизводящей
головки приблизительно равна 1.25 м/с. Система стабилизации скорости вращения
поддерживает ее на таком уровне, чтобы обеспечить скорость считанного
цифрового потока равной 4.3218 Мбит/с, поэтому в зависимости от длины питов и
промежутков действительная скорость может изменяться. Угловая скорость диска
при этом изменяется от 500 об/мин при чтении самых внутренних участков дорожки
до 200 об/м на самых внешних. Для считывания информации с диска используется
полупроводниковый лазер с длиной волны около 780 нм (инфракрасный диапазон).
Луч лазера, проходя через фокусирующую линзу, падает на отражающий слой,
отраженный луч попадает в фотоприемник, где происходит определение питов и
промежутков, а также проверка качества фокусировки пятна на дорожке и его
ориентации по центру дорожки. При нарушении фокусировки происходит перемещение
линзы, работающей по принципу диффузора громкоговорителя (voice coil -
звуковая катушка), при отклонении от центра дорожки - перемещение всей головки
по радиусу диска. В сущности, системы управления линзой, головкой и
шпиндельным двигателем в приводе являются системами автоматической регулировки
(САР) и находятся в режиме постоянного слежения за выбранной дорожкой.
Полученный от фотоприемника сигнал в коде 8/14 демодулируется, в результате
чего восстанавливается результат кодирования по CIRC с добавленными субкодами.
Затем производится отделение субкодных каналов, деперемежение и декодирование
CIRC на двухступенчатом корректоре (C1 - для одиночных ошибок и C2 - для
групповых), в результате чего обнаруживается и исправляется большая часть
ошибок, внесенных нарушениями при штамповке, дефектами и неоднородностью
материалов диска, царапинами на его поверхности, нечетким определением
пита/промежутка в фотоприемнике и т.п. В итоге поток "чистых" звуковых
отсчетов направляется на ЦАП для преобразования в аналоговую форму. В звуковых
проигрывателях после корректора имеется также интерполятор различной
сложности, приближенно восстанавливающий ошибочные отсчеты, которые не удалось
исправить в декодере. Интерполяция может быть линейной - в простейшем случае,
полиномиальной или с использованием сложных гладких кривых. Для выполнения
деперемежения любое CD-читающее устройство имеет буферную память (стандартный
объем - 2 кб), которая заодно используется для стабилизации скорости цифрового
потока. Для декодирования может использоваться несколько различных стратегий,
в которых вероятность обнаружения групповых ошибок обратно пропорциональна
надежности их коррекции; выбор стратегии отдается на усмотрение разработчика
декодера. Например, для CD-проигрывателя с мощным интерполятором может
выбираться стратегия с упором на максимальное обнаружение, а для CDP с простым
интерполятором или привода CD-ROM - на максимальную коррекцию.
Каковы параметры звукового сигнала на
CD?
Стандартные параметры оцифровки - частота
дискретизации 44.1 кГц и разрядность отсчета 16 - определяют следующие
теоретически вычисленные характеристики сигнала:
- Диапазон частот: 0..22050 Гц
- Динамический диапазон: 98 дБ
- Уровень шума: -98 дБ
- Коэффициент нелинейных искажений: 0.0015% (на максимальном уровне
сигнала)
- В реальных устройствах записи и воспроизведения CD верхние частоты
нередко обрезаются на уровне 20 кГц для создания запаса по крутизне АЧХ
фильтра. Уровень шума может быть как меньше 98 дБ в случае линейного ЦАП и
шумного выходного усилителя, так и больше - в случае передискретизации на
более высокой частоте с использованием ЦАП типа Delta-Sigma, Bitstream или
MASH и малошумящих усилителей. Коэффициент нелинейных искажений сильно
зависит от применяемого ЦАП выходных цепей и качества источника питания.
- Динамический диапазон в 98 дБ определяется для CD, исходя из разницы
между минимальным и максимальным уровнем звукового сигнала, однако на малом
сигнале значительно возрастает уровень нелинейных искажений, отчего реальный
динамический диапазон, внутри которого сохраняется приемлемый уровень
искажений, обычно не превышает 50-60 дБ.
Коэффициент детонации в
системе "компакт-диск" лишен смысла, поскольку нестабильность скорости
вращения диска напрямую никак не связана с нестабильностью выходного сигнала,
которая практически целиком определяется задающими генераторами. Однако
"тонкая" зависимость звука от работы механических и электронных систем CDP
может проявляться благодаря распространению помех по цепям питания, наводкам
между сигнальны ми линиями, микрофонному эффекту отдельных деталей и прочим
паразитным воздействиям на звуковой тракт. В частности, помехи по питанию
вызывают дрожание фазы (jitter) опорных генераторов, приводящее к такому же
дрожанию фазы цифрового сигнала, поступающего на ЦАП, что в итоге нарушает
фазовые характеристики звукового сигнала, ощущаемые на слух как "размывание" и
потеря локализации источников звука в пространстве.
Что такое jitter?
Джиттер
- быстрое по отношению к длительности периода дрожание фазы цифрового сигнала,
когда нарушается строгая равномерность следования фронтов импульсов. Такое
дрожание возникает из-за нестабильности тактовых генераторов, а также в местах
выделения синхросигнала из комплексного сигнала методом PLL (Phase Locked Loop
- петля с захватом фазы, или фазовая автоподстройка частоты - ФАПЧ). Такое
выделение имеет место, например, в демодуляторе сигнала, считанного с диска, в
результате чего образуется опорный синхросигнал, который путем коррекции
скорости вращения диска "подгоняется" к эталонной частоте 4.3218 МГц. Частота
синхросигнала, а следовательно - его фаза и фаза информационного сигнала - при
этом непрерывно колеблются с различной частотой. Дополнительный вклад может
вносить неравномерность расположения питов на диске, порожденная, например,
некачественным прессованием или нестабильной записью. Однако неравномерности
сигнала с диска полностью компенсируются входным буфером декодера, так что
любое дрожание и детонация, возникшие до помещения сигнала в буфер, на этом
этапе уничтожаются. Выборка из буфера управляется стабильным генератором с
фиксированной частотой, однако таким генераторам тоже присуща определенная,
хотя и гораздо меньшая, нестабильность. В частности, она может быть вызвана
помехами по цепям питания, которые, в свою очередь, могут возникать в моменты
срабатывания САР и коррекции скорости диска или положения головки/линзы. На
дисках низкого качества эти коррекции происходят чаще, давая ряду экспертов
повод напрямую связывать стабильность выходного сигнала с качеством диска,
хотя на самом деле причиной является недостаточно хорошая развязка систем CDP.
Что означают аббревиатуры AAD, DDD, ADD?
Буквы этой аббревиатуры отражают формы
звукового сигнала, использованные при создании диска: первая - при исходной
записи, вторая - при обработке и сведении, третья - конечный мастер-сигнал, с
которого формируется диск. "A" обозначает аналоговую (analog) форму, "D" -
цифровую (digital). Мастер-сигнал для CD всегда существует только в цифровой
форме, поэтому третья буква аббревиатуры всегда "D". И аналоговая, и цифровая
формы сигнала имеют свои достоинства и недостатки. При записи и обработке
сигнала в аналоговой форме наиболее полно сохраняются его "тонкие элементы", в
частности - высшие гармоники, однако возрастает уровень шума и искажаются
амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики (АЧХ/ФЧХ). При обработке
в цифровой форме высшие гармоники принудительно обрезаются на половине частоты
дискретизации, а часто и еще ниже, однако все дальнейшие операции выполняются
с предельно возможной для выбранного разрешения точностью. Сигнал, прошедший
аналоговую обработку, ряд экспертов оценивает, как более "теплый" и "живой",
однако многие современные методы обработки сигнала приемлемо реализуются
только в цифровом варианте.
Могут ли два одинаковых диска звучать
по-разному?
Прежде всего, необходимо
убедиться, что диски действительно содержат идентичный цифровой звуковой
сигнал. Полное двоичное совпадение двух дисков на уровне конфигурации питов и
промежутков практически невозможно за счет мелких дефектов материала и
искажений при обработке матриц и прессовании, однако благодаря избыточному
кодированию подавляющее большинство этих ошибок исправляется при
декодировании, обеспечивая один и тот же цифровой поток "высокого уровня".
Сравнить цифровое содержимое дисков можно путем чтения их в приводе CD-ROM,
поддерживающем режим Read Long или Raw Read - считывания "длинных секторов",
которые на самом деле являются сверхкадрами CD-DA объемом 2352 байта каждый.
Подробнее об этом можно прочитать в FAQ по CD-ROM или в руководстве к
программам считывания звука (CD-DA Grabbers/Rippers). Сравнить диски можно
также на студийной аппаратуре, умеющей читать диски в цифровом виде на
DAT-магнитофон. Причин для возникновения цифровых различий между похожими на
слух дисками может быть несколько. Некоторые приводы CD-ROM и другие аппараты
цифрового чтения CD-DA могут в целях недопущения прямого копирования вносить в
сигнал малозаметные на слух искажения (например, применяя сглаживающие
полиномы), а большинство приводов, поддерживающих команды чтения полных
кадров, делают это неаккуратно и неточно. При изготовлении копий (перепечаток)
звуковых дисков, особенно пиратским способом, они нередко копируются с
передискретизацией на другую частоту (например, 48 кГц в DAT) с последующей
передискретизацией на исходную, либо вовсе через аналоговый тракт с двойным
преобразованием цифра/аналог. Ряд версий записывающих программ для CD-R также
намеренно или случайно искажает исходные данные, так что копия не совпадает с
оригиналом. Если цифровое содержимое двух дисков совпадает, они тем не менее
тоже могут давать различное звучание на одном CDP. Возможными причинами этого
могут быть:
- Недостаточно надежная система считывания и декодирования во многих
дорогих CDP, преднамеренно рассчитанная на столь же редкие и дорогие диски.
Это косвенно подтверждается тем, что нередко диски низкого качества, успешно
считываемые дешевыми CDP, крайне плохо воспроизводятся проигрывателями
класса High End.
- Применение в декодере CIRC стратегий, ориентированных на обнаружение
ошибок, нежели на их исправление, в результате чего безошибочно считываются
только очень качественные диски, а большая часть обычных порождает ошибки,
маскируемые интерполятором.
- Недостаточно полное подавление помех, создаваемых механической системой
CDP, которая при плохом качестве сигнала с диска работает с большей
нагрузкой и создает помехи большей интенсивности.
- Различные коэффициенты отражения/преломления луча, глубина/форма питов,
неровность дорожки, а также прочие особенности дисков, влияющие на
интенсивность отраженного луча и форму сигнала, создаваемого им в
фотоприемнике. Даже если восстановленный при декодировании цифровой сигнал в
обоих случаях будет одинаковым, тем не менее электрические процессы,
происходящие в CDP, в общем случае будут различны. Отголоски этих процессов
в виде паразитных помех могут проникать в схему ЦАП и влиять на выдаваемый
им звуковой сигнал.
Надо отметить, что даже если цифровое содержимое
двух дисков совпало при их сравнении в некоторой системе (CD-ROM, специальные
устройства для сравнения оригинала/копии и т.п.), это вовсе не означает, что
на том или ином CDP с них также будут декодироваться идентичные цифровые
сигналы. Поэтому наиболее надежным способом выяснения причины различий в звуке
будет использование CDP с цифровым выходом, с которого во время прослушивания
обоих дисков ведется запись на какое-либо устройство хранения. Последующее
цифровое сравнение полученных сигналограмм покажет, в каком месте
проигрывателя в сигнал вносятся слышимые ухом изменения. Разумеется, перед
сравнением оригинала и копии таким способом необходимо убедиться в
повторяемости результатов многократного считывания одних и тех же дисков.
Различные цифровые сигналограммы в этом случае могут свидетельствовать о
ненадежном считывании диска или плохой работе цифровых интерфейсов (приемник,
передатчик, кабель, разъемы). Идентичность цифровых данных при повторных
воспроизведениях нескольких дисков можно считать достаточным признаком
надежности как самих дисков, так и систем считывания, декодирования и
межмодульной передачи. Слуховое сравнение звучания дисков должно быть
корректным - наиболее признанным является двойной слепой тест (double-blind
test). Суть метода состоит в том, что эксперт (слушатель) не должен видеть
манипуляций с аппаратурой и производящего их человека, а сам этот человек,
произвольным образом меняющий диски, не должен знать особенностей их
содержимого. Таким образом максимально исключаются любые влияния, в том числе
"тонкие" и неизученные, людей на аппаратуру и друг на друга, а мнение эксперта
считается предельно непредвзятым.
Что такое HDCD?
High
Definition Compatible Digital - "сверх-система" кодирования звука на CD,
использующая стандартный формат CD-DA. Звуковой сигнал с более высокой
разрядностью и частотой дискретизации подвергается цифровой обработке, в
результате которой из него выделяется основная часть, кодируемая, как обычно,
методом PCM, а дополнительная информация, уточняющая мелкие детали, кодируется
в младших битах отсчетов (LSB) и маскируемых спектральных областях. При
проигрывании диска HDCD на обычном CDP используется только основная часть
сигнала, а при использовании специального CDP со встроенным декодером и
процессором HDCD из цифрового кода извлекается вся информация о сигнале.
Как обращаться с компакт-дисками?
Избегая механического повреждения любой из
поверхностей, попадания на диск органических растворителей и прямого яркого
света, ударов и перегибов диска. Надписи на записываемых дисках допускается
делать только карандашами или специальными фломастерами, исключая нажим и
использование шариковых или перьевых ручек. При извлечении диска из коробки
следует остерегаться его перегиба. Один из удобных и безопасных методов
требует участия двух рук - большой палец левой руки слегка нажимает на
фиксатор, ослабляя его, в то время как другая рука снимает диск с фиксатора.
Метод с использованием одной руки, когда указательный палец ослабляет
фиксатор, а большой и средний снимают диск, требует более точного согласования
усилий, без которого легко перегнуть диск или сломать лепестки фиксатора.
Загрязненный диск можно мыть теплой водой с мылом или неагрессивным
поверхностно-активным веществом (шампунь, стиральный порошок), либо специально
выпускаемыми жидкостями. Неглубокие царапины на прозрачном слое можно
заполировать - полирующими пастами, не содержащими органических растворителей
и масел, или обычной зубной пастой.
Что такое "зеленый фломастер" и зачем он
нужен?
Это фломастер, наполненный специальным
составом, хорошо поглощающим инфракрасное излучение. Им закрашивается внешняя
кромка диска с целью ослабить отражения луча от ее внутренней поверхности, и
тем самым снизить помехи от паразитных отражений на основной луч. Многие
пользователи и эксперты утверждают, что обработанный таким образом диск дает
более чистое звучание в аппаратах высокого класса, приписывая это более
точному считыванию цифровой информации с диска, который в своем исходном виде
якобы не может быть достоверно считан в большинстве приводов. Однако тщательно
выполненная система (привод и декодер) в состоянии правильно считывать не
только необработанные диски, но и диски среднего качества, и даже слегка
загрязненные и поцарапанные, поэтому возможные причины улучшения звучания
следует искать не в диске. Наиболее вероятными объяснениями этого феномена
представляются те же факторы, которые создают различное звучание совпадающих
по цифровому содержимому экземпляров дисков.