Digitális forradalom |
Sajtószemle és kereskedelmi információk után elérkezettnek látjuk
az időt, hogy mélyrehatóbban ismertessük az új hangátviteli technika
lényegét. Cikkünk szerzője a Magyar Hanglemezgyártó Vállalat műszaki
igazgatója. A hangmérnökök az út első felét úgyszólván már az egész
világon megtették: sikerrel digitalizálták a stúdiótechnikát. Ennek
eredménye az úgynevezett hibrid-lemez is, amelynek programját már
digitális módszerrel rögzítik, noha maga a lemez még a régi.
(Változatlanul kíváncsian várjuk az első magyar hibrid-lemezt,
Csajkovszkij és Dvorák vonós szerenádját, a Liszt Ferenc Kamarazenekar
előadásában...)
*
A hetvenes években a hanglemeztechnika általános és folytonos
minőségi fejlődését nem számítva, négy "avantgard" fejlesztési irány
jelentkezett. Ezek hozzávetőleges időrendi sorrendben a következők
voltak: a kvadrofónia; a direkt vágás; a digitális hangfelvétel; a
digitális hanglemez. A lemezgyűjtőkig, hanglemezen az első három
jutott el, a digitális hanglemezt eddig csak kiállításon csodálhattuk
meg.
A kvadrofónia tíz évvel ezelőtt sok szakember és lemezrajongó
fantáziáját mozgatta meg, de az utolsó néhány évben csendesen
jobblétre szenderült. (Lehet, hogy csak Csipkerózsika-álmát alussza?)
A direkt vágással készült hanglemezek szórványosan, de folyamatosan ma
is készülnek. Általános elterjedésük egyetlen akadálya az, hogy
gyártástechnikai okokból csak korlátozott számú hanglemezt lehet
készíteni egy előadásról.
Az első digitális hangfelvételek konvencionális hanglemezen 1975
körül jelentek meg, azonban ilyeneket az első években csak azok a
cégek adtak ki, amelyek képesek voltak saját erőből megkonstruálni és
elkészíteni az ehhez szükséges digitális hangrögzítő berendezéseket.
Az új piaci igényre néhány amerikai készülékgyár mellett főleg a japán
elektronikai ipar figyelt fel; igen intenzív fejlesztő munka nyomán ez
évben már a kereskedelmi forgalomban is megjelentek azok a digitális
stúdiómagnók, amelyek műszaki paramétereikkel forradalmasítják a
hangrögzítés technikáját.
Nagyon egyoldalú volna azt feltételezni, hogy ez az új technika
kizárólag a hangminőség javítása érdekében fog elterjedni. A digitális
hangtechnika csak része annak az óriási fejlődésnek, amelynek a
nyolcvanas években a félvezető integrált áramkörök bonyolultsági
fokának növekedése következtében részesei leszünk. Ez az a momentum,
ami miatt a bevezető elején említett négy irányzat "nincs egy
súlycsoportban", és ami miatt a digitális hangtechnika minden
technikai érdeklődésű ember megkülönböztetett figyelmét érdemli.
Mi az, ami a digitális hangtechnika kifejlesztésének technikai
feltételeit napjainkra megteremtette? A legfontosabbak: az
információelmélet eredményei; a számítás- és adattároló technika
tapasztalatai; a félvezető technika - a már említett nagy
bonyolultsági fokú áramköreivel, egyre precízebb analóg-digitál és
digitál-analóg átalakítóival. Külön ki kell emelni, hogy a digitális
hang- (vagy kép) magnó nem azonos a számítástechnika mágnesszalagos
adattárolóival. Sok mindent felhasznált az adattároló technika
területéről, de azóta már önálló technikává fejlődött, és (életének
első hat évében) műszaki paramétereivel, pl. az egységnyi felületen
rögzített információ mennyiségével, vagy a hibajavítás módszereivel
messze maga mögött hagyta idősebb bátyjának teljesítményét.
A mintavételezés
A "digitális" szó a számszerűségre utal. A folyamatos jelet a
jelből vett minták számértékét ábrázoló kóddal helyettesítjük. Innen a
másik megnevezés: PCM (Pulse Code Modulation) jelrögzítés. Maga az elv
nem új. A nagytávolságú távbeszélő-hálózatok már az ötvenes évek óta
használják beszédátvitel céljára a PCM technikát, a jó minőségű zenei
átvitel technikai feltételei azonban csak a közelmúltban értek meg.
Mi tehát a PCM jelátvitel elve? Az információelmélet szerint egy
folyamatos jelet tetszőleges pontossággal továbbíthatunk, ha nem magát
a jelet, hanem elegendő sűrűn vett mintáit visszük át. A mintavétel
sűrűségét mintavételi frekvenciának nevezzük. Elméletileg a
mintavételi frekvenciát az átvinni kívánt jel legnagyobb frekvenciájú
összetevőjének kétszeresére kell választani, gyakorlati okokból
azonban 2,2-2,5-szörösre választják. Ma a különböző berendezésekben
még igen sokféle mintavételi frekvenciát használnak, de valószínű,
hogy nagyobb jelentősége a későbbiekben már csak az alábbi háromnak
lesz:
rádió-műsorátvitel - 32 kHz,
forgófejes magnó - 44,1 kHz,
állófejes magnó - 50,4 kHz.
A következő lépésben az analóg-digitál átalakító áramkör leméri a
minta nagyságát és egy avval arányos bináris (kettes alapú) számnak a
kódját állítja elő. Ezt a kódjelet visszük tovább illetve
kisebb-nagyobb előkészítés után ezt rögzítjük a mágnesszalagon.
Kövessük végig ezt az 1. ábrán. Az ábra felső részében
felrajzoltunk egy időben folyamatosan változó jelet. Jelenleg használt
berendezéseinkben ezt a jelet igyekszünk a lehető leghívebben követni:
átvinni vagy rögzíteni. Ezért (a különféle célból alkalmazott
korrekciók hatását elhanyagolva) a mikrofon előtti hangnyomást, az
erősítő villamos jelét, a magnószalag mágnesezését vagy a hanglemez
barázdájának kitérését is ugyanolyon alakú görbével ábrázolhatjuk.
Erre való utalással a hangátvitel jelenlegi formáját analóg
technikának nevezzük.
A folyamatos jelből a mintavételi frekvenciával meghatározott
sűrűséggel, egyenletes időközökben mintát veszünk, ezt a vastagon
kihúzott függőlegesek ábrázolják. Mérjük le az egyes minták nagyságát
és kerekítsük a kapott számot a legközelebbi egész számra. Az ábrában
feltüntettük a minták nagyságát megadó decimális és bináris egész
számot. A bináris számokat a berendezésekben két állapotú jelekkel
ábrázoljuk, illetve visszük át. Digitális áramkörökben leggyakrabban a
0-nak 0 Volt, az 1-nek 5 Volt felel meg, a mágnesszalagon a 0-nak az
egyik irányú, az 1-nek a másik irányú mágneses irányt feleltethetjük
meg. Ennek az elvnek megfelelően a mintákat megadó számok sorát az
ábra alján látható villamos vagy mágneses jel ábrázolja.
Mi az előnye az ilyen jelátvitelnek? A legkiemelkedőbb előny az,
hogy a rendszer nem érzékeny a jel kisebb-nagyobb pontatlanságaira. Ha
a magasabb szint 5 Volt helyett csak 4 Volt (20% eltérés!) azért még
jól meg lehet különböztetni a 0 volttól - még akkor is, ha 0 Volt
helyett viszont 1 Volt érkezik.
Az ábrából jól látszik, hogy a viszonylag egyszerű analóg jel
átviteléhez lényegesen sűrűbb váltakozású digitális jelre van szükség.
Ez utóbbinak sűrűsége nyilván függ a korábban már tárgyalt mintavételi
frekvenciától, de függ a bináris számok ábrázolására fenntartott
helyiértékek számától is.
A digitális technikában a helyiértékek számát bitekben adjuk meg.
A bit fontos információelméleti fogalom: az információ egysége. Itt
nincs helyünk részletesen kifejteni e fogalom tartalmát, elég ha
annyit jegyzünk meg, egy bináris szám annyi bit hosszúságú, ahány
helyiértéket tartalmaz. A bináris számok tárolására fenntartott
tartományt szónak nevezzük. Eszerint tehát az 1. ábrán négy bit
hosszúságú szavakat biztosítottunk a bináris számok elhelyezésére. Úgy
is mondhatjuk, hogy a rendszer felbontása négy bites.
Sok ez, vagy kevés? Attól függ, hogy milyen pontos átvitelt
akarunk elérni. A négy bites felbontással a 0-15 számok tartományában
16 szintet tudtunk ábránkon megkülönböztetni. Ez azt jelenti, hogy a
legnagyobb jelszint tizenhatodánál kisebb különbségeket már nem tudunk
átvinni. A hangtechnikában azonban már ma is sokkal szigorúbbak a
követelmények, hiszen például a jó erősítők jelátvitelének a
lineáristól való eltérése, a torzítása nem haladja meg az egy
ezreléket. Könnyű kiszámolni, hogy tíz bit szóhosszúsággal éppen 2
10=1024 szintet tudunk megkülönböztetni, azaz a hangtechnikában
legalább tíz, de ennél inkább több bit felbontást kell alkalmazni.
Amennyiben a célt úgy fogalmazzuk meg, hogy a digitális rendszer
valamennyi műszaki paraméterében jobb legyen, mint a jelenlegi
mikrofonok és erősítők, tehát gyakorlatilag ne befolyásolja
észrevehetően vagy mérhetően a hang minőségét, akkor nyilvánvaló, hogy
a felbontásnak 10 bitnél nagyobbnak kell lennie.
Érdemes egy másik átszámítási móddal is megismerkedni! A
hangtechnikában a dinamikát decibelben adjuk meg. Nagyon jó
közelítéssel egy bitnek 6 dB felel meg.
A következő táblázatban összefoglaljuk a digitális készülékek
közelmúltban megjelent különböző kategóriájának felbontását, a
megkülönböztethető szintek számát és a dinamikát:
--------------------------------
Felbontás Szintek Dinamika
bit száma dB
--------------------------------
12 4096 72
14 16384 84
16 65536 96
--------------------------------
Az elmúlt két év folyamán mindhárom kategóriában láthattunk
készülékeket, de elég egyértelműnek látszik, hogy a stúdiótechnika és
a digitális hanglemez a 16 bites rendszert fogja használni. Ennél
nagyobb felbontású rendszer ma még nincs a piacon, mivel a legnagyobb
felbontású 18 bites analóg-digitál átalakító közel ezer dollárba
kerül. Ennél nagyobb felbontású átalakítót ma még nem is gyártanak.
Az eddig elmondottak ismeretében számszerűen is meghatározhatjuk a
digitális hangátvitel információ-sűrűségét: az egy másodperc alatt
továbbítandó bitek számát.
1. ábra
Az analóg jel átalakítása PCM-jellé:
analóg jel - mintavételezés - számszerűsítés (analóg-digitál
átalakítás) - PCM-jel
Egy hangjel digitális átviteléhez szükséges információ-sűrűséget a
mintavételi frekvenciának és a felbontásnak a szorzata adja. Így a
leggyengébb és a jelenlegi legjobb minőségű átvitel
információ-sűrűsége a következő:
--------------------------------
Mintaátvételi Fel- Információ-
frekvencia bontás sűrűség
Hz bit bit/s
--------------------------------
32000 12 384000
50400 16 806400
--------------------------------
Az információ-sűrűség számértéke egyúttal megadja az átviteli
csatorna sávszélesség-igényének a nagyságrendjét is. Ezek szerint a
PCM-hangátvitel digitális szakaszán MHz-nagyságrendű sávszélességre
van szükség. Nem kell bizonygatni, hogy a digitális hangtechnika
egészen más konstrukciós elvek szerint épül fel, mint a hagyományos.
Nézzük például a magnókat.
Az analóg hangmagnókon a legrövidebb idejű elemi jelnek a 10-15
kHz-es összetevőt tekinthetjük. Ez a mágnesszalagon az 5-20 mikrométer
hullámhossznak felel meg. Ha a digitális jel felírásakor egy bit
elhelyezésére ugyanekkora helyet akarunk biztosítani, akkor a
mágnesszalag sebességét a közel százszorosára kell emelni. Az 5-10 m/s
szalagsebesség azonban még akkor sem volna szerencsés, ha ezt
üzembiztosan meg lehetne oldani, hiszen egy 1000 méteres tekercsen
alig 3 perc volna a műsoridő.
Ebből a szempontból célszerűbbnek tűnik, ha az elemi jel hosszát
csökkentjük annyira, amennyire az technikailag kivihető. Ezért a
digitális berendezésekben a mágnesszalagon és digitális hanglemezen
egyaránt egy bitet 0,5-1 mikrométer hosszúságú szakaszon helyezzük
el. Így a szalagsebesség vagy a "barázda" kerületi sebessége 1 m/s
nagyságrendben lehet.
Ez azonban sajnos azzal a hátránnyal jár, hogy a rögzített jel
hatványozottan érzékeny a külső behatásokra. A bevezetőben ugyan azt
mondtuk, hogy a digitális technika sokkal érzéketlenebb a jel
nagyságának ingadozására, mint az analóg technika - de természetesen
ennek is megvannak a maga határai.
Gondoljuk csak meg, hogy mi egy ujjlenyomat hatása a mágnesszalag
lejátszhatóságára. Az ujjlenyomat tulajdonképpen kb. 1 mikrométer
vastagságú faggyúréteg és kiterjedése legalább 5 mm. A lejátszáskor ez
a réteg elemeli a mágnesszalagot a fejtől. A stúdióberendezések 3-5 µm
résméretű fejeiben ettől nem csökken észrevehetően a jel, de a
digitális berendezések 0,5 µm-es résű fejében már annál inkább. Hamis
kód keletkezik, rendszerint nem is egy, hanem egy egész sor. Ráadásul,
ha a berendezés egyszer már elvesztette a szinkronkapcsolatot a
szalaggal, saját erejéből azt nem képes megtalálni: egy hibasorozat
után nem tudni, hogy hol végződik az egyik szó és hol kezdődik a
másik. Nagyon hasonló a hatása a tiszta levegőben is mindig jelenlévő
és mindenhova lerakódó 1 -10 µm átmérőjű porszemeknek is.
Ezért az üzembiztonság (vagy egyáltalán az üzemképesség) érdekében
a hasznos, informatív jeleken kívül egy sor segédjelet is rögzítünk. E
segédjeleket redundáns jeleknek, tartalmukat redundanciának nevezzük.
A digitális kódszavakat bizonyos rendszerbe foglalva rögzítjük
(vagy továbbítjuk). Nyolc-tizenhat kódszóból blokkot képeznek és
legtöbbször néhányszáz blokkból csoportot alkotnak, amelynek elején
vezérlő blokkot találunk. A bitek, kódszavak, blokkok, csoportok
rendjét összefoglalóan formátumnak nevezik.
Egységes formátumról ma még nem beszélhetünk, de valamennyi
formátum a következő kódjelekből tevődik össze:
Hangkódok
Hibaészlelő kódok
Hibajavító kódok
Időkód
Szinkron jelek (digitális; video)
Felvételi korrekció kódja
Másolás tiltás
(stb.)
A ma ismert digitális hangrögzítőkben a redundancia a hangkódok
számának 100-200%-át is elérheti, és a készülékek legalább
kétcsatornásak. Így az információ-sűrűségük lényegesen több, mint az
egy csatorna "nettó" információ-sűrűsége. Egy 50,4 kHz-es mintavételi
frekvenciájú, 16 bit felbontású, 150% redundanciát tartalmazó sztereó
PCM-magnó információ-sűrűsége:
Ha igaz az, hogy az információ-sűrűség a sávszélesség
nagyságrendjét is meghatározza, akkor ez a 4 MHz-es sávszélesség
közelebb van a televízió 3-5 MHz-es sávszélességéhez, mint a
hangtechnikában eddig megszokott frekvenciákhoz. Ez nem üres hasonlat,
hanem egy fontos felismerés. Azok a berendezések, amelyek analóg
képjelátvitelre alkalmasak, potenciálisan tartalmazzák a digitális
hangátvitel lehetőségét.
Ezt a potenciális lehetőséget többféleképpen lehet kihasználni. A
képlemez és a lejátszófej külméreteiben azonos lehet a PCM
hanglemezzel és lejátszófejjel, csak a lemezen levő jel és az
elektronikus áramkörök fognak különbözni egymástól. Elvileg semmi
akadálya nincs, hogy egy lejátszó berendezés mindkét lemez
lejátszásához szükséges áramkörökkel el legyen látva, de ez még a
(talán nem is olyan távoli) jövő lemeze...
Vajon használhatjuk-e a képmagnót PCM-hang rögzítésére? Ennek
sincs akadálya, csak a képmagnó "ne vegye észre". Az magnó ugyanis
csak olyan jeleket képes rögzíteni, amelyek tartalmazzák a
televíziótechnikában nélkülözhetetlen sor- és képszinkron jeleket. A
fényességjel alakja akármilyen lehet. Tehát készíteni kell egy olyan,
úgynevezett PCM-processzort, amely előállítja a video-szinkronjeleket
(ne tévesszük össze a digitális szinkronjelekkel), és a fényességjel
helyén egy megfelelő, a videojelhez illeszkedő blokkformátummal
elhelyezi a redundanciát is tartalmazó PCM-jeleket.
A hibajavítás
Az előzőekben már utaltunk arra, hogy a PCM hangrögzítés
biztonságát csak hatékony hibajavítási képességekkel rendelkező
rendszer tudja garantálni. A számítástechnikában a rögzítő közeg
nagyobb sebessége, a felírás és kiolvasás ismételhetősége és az elemi
jelnek a nagyobb méretei miatt avval is megelégszünk, ha egy blokkon
belül csak néhány hibás bit javítására képes a rendszer. A PCM
berendezések hibajavító rendszerétől elvárjuk, hogy hibacsomó - azaz
10-100 kódszó kimaradása - esetén is hibátlanul reprodukálni tudja a
kimaradt információt.
A hibajavítás lényegét röviden a következőkben lehet
összefoglalni. Egy blokkon belül csak annyi hibát tudunk kijavítani,
ahány hibajavító kódszót a blokkhoz hozzáfűztünk. A mai berendezések
blokkonként két hibajavító kódnál többet nem használnak. Ezek
ugyanolyan hosszúak, mint az eredeti kódszavak, tehát 12, 14 vagy 16
bitesek.
A hibajavító kódszavak képzésére az információelmélet speciális
matematikai-logikai módszereket dolgozott ki (például modulo n
algebra, polinom algebra), de ezek ismertetése túl messzire vezetne.
Az egyszerűség kedvéért itt csak a közönséges algebrát fogjuk
használni.
Alkosson egy blokkot hat adat: három egymás utáni adat a bal (B0,
B1, B2), és ezek párjai a jobb (J0, J1, J2) csatornából. Adjuk össze
ezeket az adatokat és jelöljük ezt a hibajavító kódot P0-val:
P0 = B0+B1+B2+J0+J1+J2
A második hibajavító kódot valamilyen más kombinációval kell
képezni. Például lehet úgy, hogy minden második összeadás helyett
kivonást írunk:
Q0 = B0-B1+B2-J0+J1-J2
Ez a módszer a valóságban azért nem használható, mivel így a
hibajavító kódok ábrázolására a 16 bit nem mindig lenne elegendő, de
ezt most hagyjuk figyelmen kívül. A teljes blokk eszerint már nyolc
kódjelet tartalmaz és a következőképpen néz ki:
B0 J0 B1 J1 B2 J2 P0 Q0
A rögzítés előtt azonban e blokk szavait nem egymásután, hanem
egymástól távol helyezzük el, összekeverjük a megelőző és az ezután
következő blokkok kódszavaival. Pl. az előző számban már megemlített
SONY PCM 100 típusú készülékben a rögzített blokkokban a kódszavak a
következő sorrendben vannak elhelyezve:
Az ábrán kiemeltük az első három adatpár és a hozzájuk tartozó P0,
Q0 hibajavító kódok helyzetét és a későbbiek szempontjából érdektelen
adatok helyét csak jeleztük. Jól látszik, hogy a blokkok hossza egy
további hibajelző kódszóval, a CRC (Cyclic Redudancy Code) kóddal
növekedett. Így egy blokk hat informatív, illetve három redundáns,
hibajavító és jelző kódot tartalmaz. Az időben egymáshoz tartozó
kódszavak megtartották a blokkban elfoglalt sorszámukat, de egymást
tizenhat blokknyi távolságra követik.
Tételezzük fel, hogy a 32. rögzített blokk valamilyen hibát
tartalmaz. A hiba lehet egyetlen bit vagy akár több szóra is
terjedhet, beleértve a hibajavító és jelző kódokat is. A blokk hibája
a hozzátartozó CRC 32 hibaészlelő kóddal megállapítható. Természetesen
az ellenőrzés csak azt mutatja ki, hogy a blokk hibás. Azt, hogy a
hiba milyen méretű, ebből nem lehet megállapítani. Ezért az áramkör
hibásnak tekinti a blokkban elhelyezkedő valamennyi adatot, így többek
között a bennünket közelebbről érdeklő B1 adatot is. Ez azonban nem
jelent katasztrofális meghibásodást, mert a kiolvasott adatokat
visszarendezve az eredeti sorrendbe:
B0 J0 X J1 B2 J2 P0 Q0
a hiányzó B1 adatot kiszámíthatjuk a P0 felhasználásával.
(Hipotetikus rendszerünkben a P0-ból ki kell vonni a hibátlan
informatív adatok összegét.)
Még hét másik blokkban keletkezett más-más helyen hiba (B96, J48
stb.), de az öt hiányzó informatív adat a saját hibajavító kódjával
hasonlóan javítható, a hibás P192 hibajavító kódra pedig úgy sincs
szükség, mivel visszarendezés után a saját adatai hibátlanok.
Mi történik, ha a 33. blokk is tartalmaz hibát? A visszarendezés
után a B0-Q0 blokkban további hiba nem jelentkezik. Belátható, hogy a
33. blokk hiányzó adatai (a hiba miatt ennek a blokknak is minden
adatát töröltük) a visszarendezés után már csak egyedi hibák, és a
visszarendezett blokk P hibajavító kódjával hibamentesen javíthatók.
Legalább 17 blokknak kell ahhoz sérülni (de a 32-nek és a 48-nak
feltétlenül), hogy fenti kiszemelt blokkunkban két hiba keletkezzék. A
két hibát, mindkét hibajavító kód felhasználásával, a kétismeretlenes
egyenletrendszerek mintájára lehet meghatározni és hibátlanul
javítani.
Az adatok fent leírt keverését a csomókban jelentkező hibák
szétszórása céljából az angol szakirodalom interleaving technikának
nevezi.
Fentiek alapján tizenhat hiányzó blokk, vagyis 96 hiányzó adat
azaz 1 ms kiesés esetén egyszeres hibajavítással, 2 ms kiesésnél (192
hiányzó adat!) kettős hibajavítással az eredeti információ hiba nélkül
helyreállítható.
Ha a kiesés ennél nagyobb, de a hiányzó adatok szomszédjai a
visszarendezés után hibátlannak bizonyulnak, akkor még mindig lehet
interpolációval, a szomszéd adatok számtani átlagával helyettesíteni a
hiányzó adatot. Ilyenkor átmenetileg a sávszélesség a felére csökken,
szórványos előfordulása nem hallható meg.
Még több hiba esetén a berendezések automatikusan némítják a
kimenetet, a készülék elhallgat. A hibajavítás jellegéről (javítás,
interpoláció) a készülékek előlapján elhelyezett fénydiódák
tájékoztatják a kezelőt.
A gyakorlati tapasztalatok szerint a jó állapotban tartott
készülékeken, gondosan kezelt szalagok lejátszása közben néhány
másodpercenként jelentkezik kódhiba, de ezt a készülékek hibátlanul
javítják. A hibajavítás hatékonyságára jellemző, hogy ilyen
hibasűrűséggel a javíthatatlan hibák előfordulásának valószínűsége
évszázadonként egy(!). (No persze ezt még nem volt idő a gyakorlatban
is ellenőrizni.) Másodpercenként legalább száz hibának kell
előfordulnia ahhoz, hogy óránként legalább egyszer interpolációra
legyen szükség.
Normális körülmények között a némítást jelző fénydióda csak a
felvétel elején és végén villan fel. Így a PCM-magnókon a felvétel
indításának és kikapcsolásának zörejeit egyáltalán nem lehet hallani.
Az időkód
A sokféle redundáns segédkód közül legérdekesebb talán az időkód
feladata. Ez nem teljesen új fogalom, a film- és videotechnika már
régóta alkalmazza a kép- és hangberendezések szinkronfuttatásának
vezérlésére.
Az időkódot a felvevő berendezésben az időkód-generátor állítja
elő. A generátor másodpercenként huszonötször képzi az indítás óta
eltelt időtartam hosszát századmásodperc pontossággal, és azt vagy
külön mágnescsíkra írja fel, vagy megfelelő helyen a PCM-jelek közé
iktatja. Az időkód segítségével a felvétel bármelyik időpontja
automatikusan azonosítható. Felhasználásával két kétcsatornás
berendezés szinkronban járatásával négycsatornás rendszert hozhatunk
létre. Lehetőség van sokcsatornás berendezések párhuzamos járatására,
és evvel a csatornaszám szinte korlátlan növelésére. Az időkód
bebillentyűzésével a készülék automatikusan beállítható a szalag
megjelölt helyére. Nélkülözhetetlen az időkód a digitális felvételek
stúdióban történő montírozásánál, összevágásánál is.
Egyszer majd a digitális lemezek lejátszásakor is az időkód
közvetlen vagy közvetett felhasználásával fogunk utasítást adni a
készüléknek, ha a lejátszást nem a műsor elején akarjuk kezdeni.
A PCM-hangmagnók
Ma e rendszerek két nagy csoportja van kialakulóban: a mágneses
rögzítők és a lemeztechnika. Egyelőre a munkamegosztás egyértelmű a
két csoport között: a mágneses tárolást a stúdiók alkalmazzák, a
lemeztechnika feladata pedig a nagy sorozatban történő sokszorosítás
és a közönség, a vevők műsorral való ellátása. Lényeges kiemelni, hogy
(szemben a jelenlegi helyzettel) a digitális lemeztechnika a
hangminőség tekintetében egyenértékű a stúdióberendezésekkel.
A mágneses rögzítőknek két jellegzetes típusa van: az állófejes és
a forgófejes berendezések.
Az állófejes magnó külsőleg alig különbözik analóg elődeitől. A
futómű, a kezelőgombok gyakorlatilag azonosak. A szalagon
rendszerint több mágnescsík van, vagy azért, hogy a kétcsatornás
berendezés szalagsebessége minél kisebb lehessen (jelenleg a legkisebb
szalagsebesség 38cm/s), vagy azért mivel a berendezés sok (16, 24, 32)
hangcsatornát rögzít.
A forgófejes rendszer ferdecsíkos képmagnót használ rögzítésre. A
képmagnó részére a PCM-processzor állítja elő a videoszabványoknak
megfelelő pszeudo-videojelet. A proceszzor feladata lejátszáskor a
videojelből kihámozni a digitális hangkódot.
Az elektronikus rész lényegesen bonyolultabb, mint a hagyományos
magnóké. A felvevő és lejátszó csatorna többszáz közepes és nagy
bonyolultsági fokú integrált áramkört tartalmaz. Mind a felvevő, mint
a lejátszó áramkörben megtaláljuk a memóriát a digitális kódok
tárolására. Miért is van erre szükség? A felvételnél két okból:
1. A hangkódokon kívül a segédkódokat is el kell helyezni a
mágnesszalagon. E segédkódok és különösen (a forgófejes
berendezéseknél) a képszinkron jelek rögzítése alatt a folyamatosan
érkező hangjeleket tárolni kell. Ez egyúttal azt is jelenti, hogy a
tényleges rögzítés a mintavételi frekvenciánál nagyobb frekvenciával
történik.
2. A felírás és tárolás közben esetleg keletkező hibacsomók
szétszórására az adatokat nem a beérkezés sorrendjében, hanem
meghatározott rend szerint keverve rögzítjük, ezért addig kell tárolni
az adatokat, míg összegyűlnek az egy blokkba tartozók.
Lejátszáskor a két fenti feladat megfordításához szükséges
memóriaigényen kívül további memóriaterület kell: a futási
egyenlőtlenség miatt a lejátszófej kimenetén ingadozik az
információsebesség. Az analóg magnókon ez hangmagasság-ingadozást
(nyávogást) okoz. A PCM-berendezésekben elegendő számú adat
tárolásával (pufferolással) a belső órajel ütemében, a beérkezési ütem
ingadozásától függetlenül, egyenletesen adhatjuk ki a hangkódokat a
berendezés kimenetén. Így teljesen megszüntethető a
hangmagasság-ingadozás.
Műszaki adatok
Tekintsük át a fenti elvek alapján felépített berendezések
fontosabb műszaki adatait:
Sávszélesség: 20-20000 Hz
A frekvencia-karakterisztika ingadozása: 1 dB
Dinamika:
12 bit 72 dB
14 bit 84 dB
16 bit 96 dB
Túlvezérlési tartalék (dinamikán belül): 10-20 dB
Torzítás (harmonikus): 0,05 %
Hangmagasság-ingadozás: nem mérhető
Amplitúdó-ingadozás: nem mérhető
Sztereó áthallás: nem mérhető
Átmásolódás: nem mérhető
Másolási veszteség: nem mérhető
A felsorolt adatok önmagukért beszélnek. Nem lehet azonban eléggé
hangsúlyozni, hogy a digitális technika a hangminőség javuláson kívül
olyan lehetőségeket is magában rejt, amelyeket az analóg technika
egyáltalán nem nyújtott. Ezért arra lehet számítani, hogy előbb-utóbb
az egész stúdiótechnika (legalábbis a zenei stúdiókban)
digitalizálódik. Már fejlesztik azokat a keverő berendezéseket,
amelyek a hangjelet a mikrofonerősítő kimenetén digitalizálják és
valamennyi beavatkozást (szintszabályozást, hangszínszabályozást,
zengetést stb.) digitális áramkörökkel hajtanak végre. Mit hall
mindebből a lemezvásárló, aki egyelőre a digitális felvételt
konvencionális analóg lemezen hallgatja? Észrevehető különbségre
természetesen csak akkor lehet számítani, ha a lánc analóg tagjai, a
lemezjátszó, az erősítő és a hangszóró kiemelkedően jó minőségűek. Az
igényesség azonban nem csak a vevő oldalán, hanem a felvétel és a
gyártás oldalán is elengedhetetlen. A PCM-technika fokozottan kiemeli
az előadás hangszerkezelési hibáit (helyesebben: nem fedi azokat el),
ezért a gondos munkát nem csak technikai, hanem művészi szempontból is
méginkább meg kell követelni, mint eddig.
Az eddig meghallgatott lemezeken szerzett tapasztalatok azt
mutatják, hogy a digitális felvétel a hagyományos hanglemezen is
észrevehető javulást eredményez. Élethűbb a hangszerek hangja;
különösen a megszólalásuk tisztább. Ez logikus következménye annak,
hogy az analóg magnók leggyengébb pontja a tranziens átvitel. Teljes
értékű hangvisszaadást természetesen csak akkor fogunk élvezni
otthonunkban, ha már a hanglemez és a lemezjátszó is digitális
rendszerű lesz.
Dr. Takács Ferenc