Цифровая запись

Для более широкого освещения этой темы см. Цифровое аудио .

Уровни звука отображаются на цифровом диктофоне ( Zoom H4n )

При цифровой записи аудио- представляющих или видеосигнал преобразуется в поток дискретных чисел, изменения во времени давления воздуха для звука или значений цветности и яркости для видео. Этот числовой поток сохраняется на запоминающем устройстве. Для воспроизведения цифровой записи числа извлекаются и преобразуются обратно в исходную аналоговую аудио- или видеоформу, чтобы их можно было услышать или увидеть.

В правильно подобранной паре аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) аналоговый сигнал точно восстанавливается в пределах ограничений теоремы выборки Найквиста-Шеннона , которая определяет частоту дискретизации и квантования. ошибка зависит от аудио или разрядности видео . Поскольку сигнал сохраняется в цифровом виде, при условии правильного обнаружения и исправления ошибок запись не ухудшается в результате копирования, хранения или помех.

Хронология

• 3 октября 1938 года: британский телефонный инженер Алек Харли Ривз подает во Французское патентное ведомство первый патент, описывающий метод, известный сегодня как импульсно-кодовая модуляция (ИКМ). 22 ноября 1939 года Ривз также прибыл в США. Впервые она была предложена как технология телефонии .
• 1943: Bell Telephone Laboratories разрабатывает первую цифровую систему передачи скремблированной речи на базе PCM — SIGSALY . в ответ на перехват немцами военного телефонного трафика во время Второй мировой войны . Двенадцать пунктов передачи были выведены из эксплуатации после войны.
• Июнь 1950 г.: Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (DPCM), разработанная К. Чапином Катлером в Bell Labs.
• 1957: Макс Мэтьюз из Bell Labs записал первую компьютерную музыку - 17-секундную пьесу под названием «Серебряная шкала», написанную его коллегой Ньюманом Гуттманом.
• 1967: Первый коммерческий кодировщик PCM ( монофонический ) был разработан исследовательскими центрами NHK в Японии. 12-битное устройство с частотой 30 кГц использовало компандер (похожий на DBX Noise Reduction ) для расширения динамического диапазона и сохраняло сигналы на видеомагнитофоне .
• 1969: NHK расширяет возможности кодера PCM до двухканального стерео и 13-битного разрешения 32 кГц.
• 1969: Устройство с зарядовой связью , первый датчик изображения, используемый в цифровой визуализации, изобретено Уиллардом С. Бойлом и Джорджем Э. Смитом в Bell Labs. на основе технологии МОП-конденсаторов .
• 1970: Джеймс Рассел патентует первую цифро-оптическую систему записи и воспроизведения. что позже привело к созданию компакт-диска .
• Январь 1971 г.: Используя экспериментальную систему записи PCM компании NHK, доктор Такеаки Аназава, инженер Denon , записывает первые в мире коммерческие цифровые записи « The World Of Stomu Yamash'ta 1 & 2» Стому Ямаш'ты (11 января 1971 г.). и что-то Стива Маркуса и Дзиро Инагаки (25 января 1971 г.). Оба должны были быть записаны вживую, без редактирования. Marcus выпущен первым (на LP в феврале 1972 года), что делает его первой выпущенной цифровой записью . 27 января Ямашта записывает Metempsychosis в студии Nippon Columbia в Токио с перкуссией и духовой секцией.
• 1972: Используя уроки, извлеченные из кодера NHK, Denon представляет настольный 8-канальный PCM-кодер DN-023R, который использует 13-битное разрешение PCM 47,25 кГц и четырехголовочный видеомагнитофон с открытой катушкой для вещания . Первой записью с использованием этой новой системы является Квартет Сметаны, исполняющий Моцарта . струнные квартеты K.458 и K.421 , записанные в Токио 24–26 апреля и выпущенные в октябре того же года как минимум шесть других цифровых пластинок, записанных Denon, включая джаз, классическую и традиционную японскую музыку. В октябре выйдет
• 1973: Адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (ADPCM), разработанная П. Каммиски, Никилом Джаянтом и Джеймсом Л. Фланаганом в Bell Labs.
• 2–3 декабря 1974 года: Камерный оркестр Пайяра записывает первую цифровую запись за пределами Японии , в парижском соборе Парижской Богоматери , используя недавно разработанный Denon компактный компакт DN-023RA второго поколения. » Баха « Музыкальное предложение (BWV 1079) выпущено на пластинке в мае 1975 года.
• 12–19 декабря 1974 г.: Хельмут Риллинг записывает три Баха органных произведения в Мемориальной церкви в Штутгарте, Германия, с помощью DN-023RA. В период с 1974 по 1977 год Denon сделал более 250 записей в формате PCM, большинство из которых записано в Японии.
• Май 1975: Университета Юты Профессор Томас Стокхэм разрабатывает цифровой аудиомагнитофон PCM собственной разработки, используя в качестве системы хранения компьютерные ленточные накопители. Он основывает компанию Soundstream , чтобы предлагать ее на коммерческой основе. В период с 1977 по 1980 год всего было произведено восемнадцать 4-канальных 16-битных устройств с частотой 50 кГц, семь из которых были проданы примерно по 150 000 долларов США (что эквивалентно 849 351 доллару США в 2023 году) каждый. На его оборудовании было сделано более 200 записей, почти столько же, сколько на Denon PCM.
• 1976: Прототип Soundstream 37,5 кГц, 16-битный, 2-канальный рекордер. используется для записи Санта-Фе в оперы Вирджила Томсона опере «Мать всех нас» для установления новых мировых рекордов , что делает ее первой цифровой записью в США . Однако цифровой рекордер является всего лишь резервной копией основного аналогового многодорожечного рекордера , а аналоговая запись считается более качественной и поэтому используется для выпуска пластинок. Цифровая лента с резервной копией была представлена ​​на конференции AES в октябре 1976 года в Нью-Йорке, но так и не была выпущена в продажу.
• Январь 1977 года: Denon разрабатывает меньшую по размеру полностью портативную систему записи PCM DN-034R. Подобно DN-023R и DN-023RA, он записывает 8 каналов с частотой 47,25 кГц на 2-дюймовый видеомагнитофон (VTR), работающий со скоростью 38,1 см/с, но с акцентом использует 14 бит, что делает его эквивалентным 15,5 битам. », что дает соотношение сигнал/шум 89 дБ . Это также позволило осуществлять наложение с использованием второго видеомагнитофона, что имеет решающее значение для профессиональной записи. впервые
• Сентябрь 1977 г.: Sony представляет аудиоблок PCM-1 (уличная цена 4400 долларов США, что эквивалентно 6985 долларам США в 2019 году). (44,056 кГц, 14 бит), первый потребительский кодировщик PCM. Для хранения потребовалось использование домашнего видеомагнитофона.
• 4–7 ноября 1977 г.: компания 3M прототип двухканального 16-битного цифрового рекордера с частотой 50,4 кГц, работающим на 1-дюймовой ленте со скоростью 45 кадров в секунду демонстрирует на Нью-Йоркской конференции AES . Поскольку настоящих 16-битных преобразователей не было, для создания 16-битной производительности были объединены отдельные 12-битные и 8-битные преобразователи.
• 28 ноября 1977 года: Denon привозит свой DN-034R в нью-йоркскую студию Sound Ideas Studios и записывает Арчи Шеппа альбом On Green Dolphin Street , что делает его первым в Америке выпущенным коммерческим альбомом, записанным в цифровом формате . В следующие два дня, 29–30 ноября, Фрэнк Фостер записывает Manhattan Fever , который выходит в апреле 1978 года. Еще пять джазовых альбомов записаны на DN-034R в Нью-Йорке, прежде чем он вернется в Японию в декабре.
• первый коммерческий релиз Soundstream, Дайанн Кэрролл с оркестром Дюка Эллингтона под руководством Мерсера Эллингтона – дань уважения Этель Уотерс . Февраль 1978: Записывается
• профессионального уровня Март 1978 г.: Sony представляет PCM-1600 по прейскурантной цене 40 000 долларов США (что эквивалентно 186 857 долларам США в 2023 году). используется с внешним стримером U-matic , что впервые делает цифровую запись доступной для студий звукозаписи. Далее следуют PCM-1610 и PCM-1630.
• 4–5 апреля 1978 года: Telarc использует систему PCM Soundstream для записи Фредерика Феннелла и его духового ансамбля Eastman, исполняющих Густава Хольста » «Сюиты для военного оркестра и Джорджа Фридриха Генделя «Музыку для королевского фейерверка» . Выпущенный на LP, он стал первым цифровым классическим релизом, записанным в США .
• 2 июня 1978 года: студия Sound 80 в Миннеаполисе записывает Камерным оркестром Святого Павла исполнение Аарона Копленда » «Аппалачской весны . Этот сеанс настроен как запись непосредственно на диск прототип цифрового записывающего устройства 3M , при этом в фоновом режиме работает с частотой 50,4 кГц. Есть некоторое разногласие, но похоже, что полученная LP-запись (Sound80 Records S80-DLR-101) была взята с цифровых резервных лент, а не с ацетатной пленки, предназначенной для прямой записи на диск. В 1984 году сессия переиздана на компакт-диске компанией ProArte. Эта запись была номинирована на три премии «Грэмми» , получив награду « Лучшее исполнение камерной музыки » (1980). что сделало его первой цифровой записью, получившей Грэмми .
• Начало июня 1978 года: Sound 80 записывает Flim and the BB дебютный одноименный альбом как еще одну запись непосредственно на диск с экспериментальным записывающим устройством 3M на заднем плане. Опять же, ацетат не так хорош, как цифровая резервная копия, поэтому для записи LP используется цифровой мастер (Sound80 Records S80-DLR-102). Это делает его первым неклассическим цифровым релизом в США . В течение 6 месяцев собранный вручную («очень громоздкий и привередливый») цифровой магнитофон 3M разбирается, в результате чего нестандартная мастер-лента становится непригодной для воспроизведения. Поэтому компакт-диска выпуск невозможен. Выпуск компакт-диска Камерного оркестра Святого Павла, который использовал ту же машину, не объяснен.
• 8 марта 1979 года: первый прототип проигрывателя компакт-дисков демонстрируется компанией Philips в Эйндховене , Нидерланды . Компакт-диски-прототипы, воспроизводимые на этом устройстве, представляли собой версию Антонио Вивальди в Le quattro stagioni исполнении Витторио Негри и Берлинского камерного оркестра (Philips 9500 100, аналог, записанный в 1976 году) и Йозефа Гайдна ( струнный квартет № 31 ?). Третий диск-прототип на Archiv Produktion изображен, но детали неразборчивы. Текст указывает на то, что это может быть « Франца Шуберта » Неоконченная симфония . Герберта фон Караяна и Берлинской филармонии Запись Рихарда Штрауса » «Eine Alpensinfonie также упоминается как претендент на первое пробное издание компакт-диска. но это не было зарегистрировано до 1–3 декабря 1980 г.
• 11 июля 1979 года: первый записанный в США LP популярной музыки (с вокалом) « Bop Till You Drop» гитариста Рая Кудера был выпущен на лейбле Warner Bros. Records . Альбом был записан в Лос-Анджелесе на 32-дорожечной цифровой машине, построенной корпорацией 3M .
• 27 августа 1979 года: Джорджио Мородера , E=MC² Выходит первая электронная пластинка в цифровом формате , записанная на Soundstream PCM.
• 4 сентября 1979 года: Начинается озвучивание саундтрека к фильму «Звездный путь», записанного на многодорожечный аналоговый формат и мастерингованного на цифровую стереоленту для выпуска LP, приуроченного к дебюту в кино 6 декабря 1979 года.
• 12 октября 1979 года: альбом Fleetwood Mac 's Tusk выходит на пластинке. Он и Live 8 декабря 1980 года были мастерингованы на Soundstream PCM из аналоговых мультитреков.
• 30 октября 1979 года: Стиви Уандер выпускает свой альбом саундтреков Journey Through «The Secret Life of Plants», записанный на U-matic с использованием цифрового адаптера Sony PCM-1600 и собранный в форму альбома с помощью контроллера цифрового редактирования. видеокассеты
• одноименный альбом Кристофера Кросса 1 декабря 1979 года: Выходит , удостоенный премии Грэмми. Альбом Кросса становится первым альбомом, записанным в цифровом формате, попавшим в чарты (записанным в системе 3M) в Соединенных Штатах, и в конечном итоге выиграл 5 премий Грэмми. Цифровая запись сейчас стала мейнстримом.
• 1980: Стандарт Красной книги (44,1 кГц, 16 бит) установлен для компакт-дисков Digital Audio .
• 1980: Mitsubishi Electric представляет X-80 ProDigi с открытой катушкой , 1/4 дюйма, 15 дюймов в секунду , 50,4 кГц, 16-битный цифровой рекордер (5000 долларов, что эквивалентно 18 489 долларам в 2023 году). По всему миру продано всего 200 штук.
• 1980: Soundstream объединяется с Digital Recording Corporation, превращаясь в DRC/Soundstream, для разработки и продажи записи PCM с частотой 50 кГц на оптическую карту. Впоследствии это затмило появление компакт-дисков с частотой 44,1 кГц , и после 1983 года компания прекратила свою деятельность.
• 1981: Sony выпускает цифровой аудиопроцессор PCM-F1 (1900 долларов США, что эквивалентно 6368 долларам США в 2023 году) (44,056 кГц, 16 бит) и соответствующий видеомагнитофон SL-2000 Betamax (700 долларов США, что эквивалентно 2346 долларам США в 2023 году) как полностью доступное портативное устройство (с дополнительным батарейки) домашняя цифровая записывающая система
• 1981: Technics выпускает цифровой аудиорекордер SV-P100, подходящий как для профессиональной (цифровой мастеринг), так и для бытовой (домашнего использования) записи. Он использовал 14-битную запись PCM на кассету формата VHS, в результате чего получилась программа двухканальной стереозаписи продолжительностью до 3 часов.
• 1982: Sony выпускает PCM- адаптер PCM -501ES (44,1 кГц, 16 бит) (прейскурантная цена 895 долларов), который используется с внешним VHS или Betamax . видеомагнитофоном
• 17 августа 1982 года: , сделанная Клаудио Аррау аналоговая запись вальсов Фредерика Шопена в марте 1979 года (Philips 400 025), становится первым классическим компакт-диском, когда-либо выпускаемым на коммерческой основе . Он производится на заводе Philips в Лангенхагене , Ганноверский регион, Германия . Самому Аррау было предложено нажать кнопку, чтобы начать производство. Этот компакт-диск фактически не был выпущен до 1983 года, поэтому, по-видимому, он столкнулся с производственными проблемами, как и выпуск ABBA (ниже).
• 17 августа 1982 года: первый популярный компакт-диск, когда-либо выпущенный , альбом ABBA 1981 года The Visitors (выбран потому, что он «в основном записан в цифровом формате»). производится на том же заводе. Однако из-за производственных проблем третья версия поступила в магазины только в марте 1983 года.
• 5 сентября 1982 года: Питер Гэбриэл выпускает свой четвертый студийный альбом (под названием Security в Северной Америке и Peter Gabriel IV в других местах). Выпущенный на компакт-диске в октябре 1984 года, он стал первым полностью цифровым выпуском DDD . Он был записан на цифровой студии Sony Mobile One. и смикширован на Sony PCM-1610.
• 1 октября 1982 г.: Первые компакт-дисков проигрыватели продаются компаниями Sony (CDP-101, 900 долларов, что эквивалентно 2842 долларам в 2023 году) и Philips (CD-100, 700 долларов, что эквивалентно 2210 долларам в 2023 году).
• 1 октября 1982 года: Билли Джоэла аналогово-записанный альбом «52nd Street» становится первым компакт-диском, вышедшим на рынок Японии, обойдя « The Visitors» группы ABBA и «Вальсы Шопена» Клаудио Аррау. В тот же день в Японии выходит еще сорок девять компакт-дисков, включая Тото Turn Back , Pink Floyd и Wish You Were Here Off Майкла Джексона the Wall .
• Октябрь 1982: New England Digital предлагает опцию записи на жесткий диск с возможностью записи на жесткий диск Synclavier , первой коммерческой на жесткий диск . системы записи
• 26–28 ноября 1982 года: Flim & the BB записывают свой второй студийный альбом Tricycle . Выпущенный в начале 1983 года, он стал первым выпущенным неклассическим полностью цифровым компакт-диском . (Позже получил код SPARS DD).
• 2 марта 1983 года: проигрыватели компакт-дисков и 16 компакт-дисков от CBS Records представлены в Соединенных Штатах.
• Сентябрь 1984: Брюса Спрингстина » « Born in the USA становится первым компакт-диском, выпущенным в США.
• 12 ноября 1984 года: американской певицы Мадонны второй студийный альбом Like a Virgin выходит . Он стал первым альбомом, записанным в цифровом формате, который возглавил чарт Billboard 200 .
• 13 мая 1985 года: английской рок-группы Dire Straits пятый студийный альбом Brothers in Arms выходит . Он стал самым продаваемым альбомом 80-х, записанным в цифровом формате, и первым альбомом, продажи компакт-дисков которого превысили продажи пластинок.
• 1987: Sony разрабатывает цифровую аудиокассету .
• 1989: В Великобритании начались тестовые трансляции цифрового стереозвука NICAM для телевещания.
• 1990: начинается цифровое радио В Канаде с использованием L-диапазона .
• 1991: Цифровая аудиокассета Alesis ( ADAT ) — это формат ленты, используемый для одновременной записи восьми дорожек цифрового звука на магнитную ленту Super VHS — формат, аналогичный тому, который используется в бытовых видеомагнитофонах . Продукт был анонсирован в январе 1991 года на выставке NAMM Show . Первые записывающие устройства ADAT были отправлены год спустя, в феврале или марте 1992 года.
• 1993: Цифровой аудиорекордер с произвольным доступом ( RADAR ) — первое одноблочное устройство, используемое для одновременной записи 24 дорожек цифрового звука на жесткие диски. Продукт, производимый Creation Technologies, был анонсирован в октябре 1993 года на конференции AES в Нью-Йорке. Первые регистраторы RADAR были отправлены в августе 1994 года.
• 1996: Оптические диски и DVD-плееры начинают продаваться в Японии.
• 1999: » Рикки Мартина « Livin' la Vida Loca становится первым синглом № 1, полностью записанным, отредактированным и микшированным на цифровой звуковой рабочей станции . Продюсеры Чарльз Дай и Десмонд Чайлд с использованием Pro Tools .

Процесс

Запись

1. Аналоговый сигнал передается от устройства ввода на аналого-цифровой преобразователь (АЦП).
2. АЦП преобразует этот сигнал, многократно измеряя мгновенный уровень аналоговой (аудио) волны, а затем присваивая каждой точке измерения двоичное число с заданным количеством бит (длиной слова). Чем больше длина слова, тем точнее представление исходного уровня звуковой волны.
3. Частота, на которой АЦП измеряет уровень аналоговой волны, называется частотой дискретизации или частотой дискретизации. Чем выше частота дискретизации, тем выше верхняя звуковая частота оцифрованного аудиосигнала.
4. АЦП выводит последовательность цифровых аудиосэмплов, которые составляют непрерывный поток 0 и 1.
5. Эти двоичные числа хранятся на носителях записи, таких как магнитная лента , жесткий диск , оптический привод или в твердотельной памяти .

Воспроизведение

1. Последовательность чисел передается из хранилища в цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).
2. ЦАП преобразует числа обратно в аналоговый сигнал, объединяя информацию об уровне, хранящуюся в каждой цифровой выборке, восстанавливая таким образом исходную аналоговую форму сигнала.
3. Этот сигнал усиливается и передается на громкоговорители .

Запись битов

Методы записи на коммерческие носители

Для цифровых кассет головка ленты движется вместе с лентой, обычно в конфигурации спирального сканирования , чтобы поддерживать достаточно высокую скорость, чтобы поддерживать биты приемлемого размера.

В технологиях записи оптических дисков, таких как CD-R , лазер используется для изменения оптических свойств слоя красителя носителя. Для считывания этих рисунков используется более слабый лазер.

Параметры производительности

Размер слова

Количество бит, используемых для представления аудиосигнала, напрямую влияет на результирующий шум или искажения в записи.

Частота дискретизации

Как утверждается в теореме выборки Найквиста-Шеннона , чтобы предотвратить наложение спектров , аудиосигнал должен дискретизироваться со скоростью, по крайней мере, в два раза превышающей частоту самой высокочастотной составляющей в сигнале. Для звука музыкального качества 44,1 наиболее распространены частоты дискретизации и 48 кГц.

Основная запись может выполняться с более высокой частотой дискретизации (т. е. 88,2, 96, 176,4 или 192 кГц). Записи PCM высокого разрешения были выпущены на DVD-Audio (также известном как DVD-A), DualDisc (с использованием слоя DVD-Audio) или High Fidelity Pure Audio на Blu-ray. Кроме того, можно выпустить запись с высоким разрешением в виде несжатого файла WAV или сжатого без потерь FLAC. файла (обычно 24 бита) без понижающего преобразования . Остаются споры о том, приносят ли более высокие частоты выборки какую-либо поддающуюся проверке пользу потребительскому продукту.

Если компакт-диск ( стандарт CD Red Book — 44,1 кГц, 16 бит) должен быть создан из записи с высоким разрешением, запись должна быть преобразована с понижением частоты до 44,1 кГц. Это делается в рамках процесса мастеринга .

Начиная с 1980-х годов музыка, записанная, сведенная или сведенная в цифровом формате, часто маркировалась с использованием кода SPARS, чтобы описать, какие процессы были аналоговыми, а какие — цифровыми. Поскольку цифровая запись стала почти повсеместной, коды SPARS теперь используются редко.

Исправление ошибок

Одним из преимуществ цифровой записи перед аналоговой является ее устойчивость к ошибкам. Когда сигнал находится в цифровом формате, он не подвержен потерям при копировании. Вместо постепенной деградации, наблюдаемой в аналоговых медиа, цифровые медиа подвержены эффекту обрыва .

См. также

• Телефонное наблюдение