Digital lyd

REPUBLISERT: Digital lyd er blitt en selvfølge. Nesten all lyd vi hører i forskjellige media har vært innom ett eller flere stadier som data i en maskin på veien til våre ører. Men hvordan fungerer det egentlig?

Vi hører ofte om ”digital lyd”. Men lyd er bølgebevegelser i luft som registreres av ører, og den kan ikke være annet enn analog.

Analog betyr i denne sammenhengen ”kontinuerlig, ikke trinnvis”. Lydbølger, uansett hva de kommer fra, beveger seg kontinuerlig – lyden er ikke delt opp verken i faste toner eller styrkegrader.

Analoge lydopptak

Selve lyden kan ikke lagres. Det eneste vi kan gjøre er å registrere den mens den foregår og så forsøke å gjenskape den senere.

Dette ble først gjort i forrige århundre, ved å tegne av lydbølgene på en voksrull. Dette ble gjort ved å fange opp lyden i en stor trakt som endte opp i et membran som ble satt i bevegelse. Det var festet en nål på membranen som tegnet opp en kurve på en voksrull som ble dreiet rundt.

Denne kurven var analog med lydbølgene, og ved å dreie voksrullen kjørte prosessen baklengs. Membranen ble satt i bevegelse og det kom lyd ut av den store trakten.

Dette var den mekaniske lydopptakeren.

Etter at elektronikken kom inn i bildet, og mikrofoner, båndopptakere, forsterkere og høyttalere ble oppfunnet, kunne lyden gjøres om til elektrisitet. I mikrofonen ble lydbølgene gjort om til svake elektriske svingninger, og disse ble gjort om til tilsvarende magnetiske mønstre på et bånd med et magnetiserbart belegg – lydbåndet.

Vinylplatene bruker det samme opprinnelige prinsippet som voksrullen, men teknikken er blitt utviklet et godt stykke videre.

Analoge problemer

Selv om lydkvaliteten på lydbånd og vinylplater kan være helt glimrende, er det mange praktiske problemer som er en del av denne teknologien.

De største problemene er høy følsomhet for skader på mediene (hakk i plata), støy og forringelse ved kopiering.

Digitale lydopptak

Digital betyr ”delt opp i trinnvise verdier som kan telles” - en sklie er analog, mens en trapp er digital.

Prinsippet for digitale lydopptak kan sammenlignes med film. Alle vet at film er mange bilder som blir tatt rett etter hverandre. Når disse spilles av igjen er øyet såpass tregt at vi oppfatter filmen som kontinuerlig, analog, bevegelse.

Synet blir tilstrekkelig ”lurt” ved 25 bilder i sekundet. Da kan vi snakke om en visuell samplingsfrekvens på 25, siden hvert bilde er et ”sample” (en prøve).

Når det gjelder lyd behøver vi ikke lagre store bilder, men vi må til gjengjeld lagre mange flere for hvert sekund.

Frekvens = tonehøyde

Vi trenger minst 2 samplings-punkter for å kode en gitt frekvens
Vi trenger minst 2 samplings-punkter for å kode en gitt frekvens Vis mer

Mesteparten av informasjonen i vårt lydmiljø ligger i området 100 – 4000 Hz, men nyanser som gir det totale lydbildet karakter og egenart ligger en del høyere.

Mennesker kan i prinsippet høre opptil 20.000 Hz (Hertz = svingninger) i sekundet. I praksis er det svært individuelt hvor den øvre grensen går, dessuten minsker følsomheten med årene.

Hva som er viktig informasjon i et lydbilde varierer sterkt med sammenhengen, men valget av de parametrene som ble den etablerte standarden for CD-plater er ikke helt tilfeldig.

Med en samplingsfrekvens på 44.100 Hz kan det gjengis tonehøyder så vidt over det vi regner som det hørbare området. Vi trenger minimum to samplinger for hver svingning, derfor blir den teoretiske øvre frekvensen 22.050 Hz. I en praktisk konstruksjon vil resultatet bli litt lavere.

Dynamikk = decibel (dB)

Flere bits - flere nyanser
Flere bits - flere nyanser Vis mer

Med hver måling representert med et 16-bits tall (signalspenningen måles med en ”linjal” delt inn i 65 536 verdier) har vi et dynamisk område på 96dB. Dette betyr ikke noen absolutt lydstyrke, men forholdet mellom svakeste og sterkeste lyd som kan beskrives.

Fullstendig stillhet finnes ikke i praksis. Selv om vi går inn i et ekkofritt fullstendig dempet og lydisolert rom, vil vi fremdeles høre både våre egne hjerteslag og suset fra blodårene.

Regner vi bakgrunnsstøyen i omgivelsene til ca 35 dB så ender vi opp med et totalt dynamisk område på over 130 dB. Dette dekker lydnivåer fra rusegropa på en flyplass til et stille soverom i en hytte på fjellet.

Analoge aspekter ved det digitale

Selv om vi har tvunget virkeligheten inn i et rutemønster, hvor frekvensen er den ene aksen og dynamikken er den andre, så er vi likevel ikke helt i mål. Forutsetningen for at teknologien skal fungere optimalt er at alle rutene faktisk er like store.

De viktigste komponentene er konverterne, som konverterer fra analog til digital og vice versa. Hvis ikke hver eneste ’bit’ som måles er like nøyaktig, vil ikke systemet være lineært. Da får vi forvrengning.

Dagens konvertere er svært nøyaktige, og introduserer svært lite forvrengning. Også klokkingen av bit'ene er svært presis, tidligere var "jitter" som er varierende pulslengde et problem i billige kretser.

I tillegg sørger avanserte algoritmer i overføringsprotokollene for feilkorrigering dersom det skulle oppstå små avbrudd i datastrømmen.

Den analoge delen, som vi fremdeles har i alle forsterkertrinnene, er også viktig. Mikrofonforsterkere, linjeforsterkere, kraftforsterkere og høyttalere er fremdeles analoge konstruksjoner. I de billiste apparatene er det fremdeles disse som står for de største hørbare forskjellene mellom produkter, i form av støy og forvrengning.

Men lyden fra et par kasser med papptrakter vil uansett aldri bli like kompleks og detaljrik som lyden fra en mengde forskjellige instrumenter eller gjenstander - eller levende vesener - som beveger seg i et rom.

Hva er viktigst?

Lydkvalitet er svært subjektivt. For noen teller bare innholdet og budskapet, og ikke detaljene i gjengivelsen. For andre er det omvendt.

Noen ser fram til Blu-ray basert surround-lyd med 192 kHz samplerate og 24-bits dynamikk, andre klarer seg lenge med MP3 og multimediahøyttalere.