Płyta Super Audio

Płyta Super Audio

Typ mediów	Dysk optyczny
Kodowanie	Cyfrowy ( DSD )
Pojemność	4,38 GiB / 4,7 GB (jednowarstwowy i hybrydowy) 7,92 GiB / 8,5 GB (dwuwarstwowy)
Przeczytaj mechanizm	Laser 650 nm (780 nm dla warstwy CD płyty hybrydowej)
Standard	Szkarłatna księga
Opracowany przez	Sony i Philipsa
Stosowanie	Przechowywanie dźwięku
Przedłużony od	Cyfrowy dźwięk na płycie kompaktowej
Wydany	1999 ( 1999 )

Super Audio CD ( SACD ) to format dysku optycznego do przechowywania plików audio wprowadzony w 1999 roku. Został opracowany wspólnie przez firmy Sony i Philips Electronics i ma być następcą formatu Compact Disc (CD).

Format SACD obsługuje wiele kanałów audio (tj. dźwięk przestrzenny lub dźwięk wielokanałowy). Zapewnia również wyższą przepływność i dłuższy czas odtwarzania niż konwencjonalna płyta CD.

Płyta SACD jest przeznaczona do odtwarzania na odtwarzaczu SACD. Hybrydowa płyta SACD zawiera warstwę Compact Disc Digital Audio (CDDA) i może być odtwarzana również na standardowym odtwarzaczu CD.

Historia

Format Super Audio CD został wprowadzony w 1999 roku i jest zdefiniowany przez standardowy dokument Scarlet Book . Firmy Philips i Crest Digital nawiązały współpracę w maju 2002 r., aby opracować i zainstalować pierwszą w Stanach Zjednoczonych linię do produkcji hybrydowych płyt SACD, o zdolności produkcyjnej do trzech milionów płyt rocznie. SACD nie osiągnął poziomu wzrostu, jakim cieszyły się płyty kompaktowe w latach 80. i nie został zaakceptowany przez główny nurt rynku.

Do 2007 roku SACD nie zdołało wywrzeć znaczącego wpływu na rynek; konsumenci coraz częściej pobierali pliki muzyczne o niskiej rozdzielczości przez Internet, zamiast kupować muzykę na fizycznych formatach płyt. Pozostał mały i niszowy rynek SACD, służący audiofilskiej .

Treść

Główny artykuł: Lista artystów SACD

Do października 2009 roku wytwórnie płytowe wydały ponad 6000 płyt SACD, z czego nieco ponad połowa dotyczyła muzyki klasycznej . Albumy z muzyką jazzową i popularną, głównie zremasterowane poprzednie wydawnictwa, były dwoma kolejnymi najbardziej reprezentowanymi gatunkami.

Wielu popularnych artystów wydało część lub całość swojego wcześniejszego katalogu na płytach SACD. Album Pink Floyd The Dark Side of the Moon (1973) sprzedał się w ponad 800 000 egzemplarzy do czerwca 2004 roku w wersji SACD Surround Sound. Rock opera Tommy (1969) The Who i Avalon (1982) Roxy Music zostały wydane na płycie SACD, aby wykorzystać możliwości wielokanałowe tego formatu. Wszystkie trzy albumy zostały zremiksowane w systemie 5.1 surround i wydane jako hybrydowe płyty SACD z miksem stereo na standardowej warstwie CD.

Niektórzy popularni artyści wydali nowe nagrania na płytach SACD. Wyniki sprzedaży Stinga Sacred Love (2003) osiągnęły pierwsze miejsce na listach przebojów SACD w czterech krajach europejskich w czerwcu 2004 roku .

W latach 2007-2008 rockowy zespół Genesis ponownie wydał wszystkie swoje albumy studyjne w trzech zestawach SACD. Każdy album w tych zestawach zawiera zarówno nowe miksy stereo, jak i 5.1. Oryginalne miksy stereo nie zostały uwzględnione. Wersje dla USA i Kanady nie używają SACD, ale zamiast tego CD.

Do sierpnia 2009 443 wytwórnie wydały jedną lub więcej płyt SACD. Zamiast polegać na wsparciu dużych wytwórni, niektóre orkiestry i artyści samodzielnie wydawali płyty SACD. Na przykład Chicago Symphony Orchestra założyła wytwórnię Chicago Resound, aby zapewnić pełne i rozwijające się wsparcie dla hybrydowych płyt SACD o wysokiej rozdzielczości, a London Symphony Orchestra założyła własną wytwórnię LSO Live .

Wiele płyt SACD wydanych w latach 2000-2005 jest już wyczerpanych i jest dostępnych tylko na rynku używanym. Do 2009 roku główne wytwórnie płytowe nie wydawały już regularnie płyt w tym formacie, a nowe wydawnictwa ograniczały się do mniejszych wytwórni.

Technologia

Charakterystyka SA-CD

Charakterystyka	warstwa CD (opcjonalnie)	warstwa SACD
Pojemność dysku	700MB _	4,7 GB
Kodowanie dźwięku	16-bitowa modulacja impulsowo-kodowa	1-bitowy bezpośredni strumień cyfrowy
Częstotliwość próbkowania	44,1 kHz	2822,4 kHz (2,8224 MHz)
Kanały audio	2 ( stereo )	Do 6 ( dyskretny dźwięk przestrzenny )
Czas odtwarzania w trybie stereo	80 minut	110 minut bez kompresji czasu letniego

Płyty SACD mają identyczne wymiary fizyczne jak standardowe płyty kompaktowe. Gęstość powierzchni dysku jest taka sama jak DVD . Istnieją trzy rodzaje dysków:

• Hybrydowe : Hybrydowe płyty SACD mają warstwę SACD o pojemności 4,7 GB ( warstwa HD ), a także warstwę audio CD (Red Book) czytelną dla większości konwencjonalnych odtwarzaczy płyt kompaktowych.
• Jednowarstwowy : Płyta z jedną warstwą SACD o pojemności 4,7 GB.
• Dwuwarstwowa : płyta z dwiema warstwami SACD, łącznie 8,5 GB, bez warstwy CD. Dwuwarstwowe płyty SACD mogą przechowywać prawie dwa razy więcej danych niż jednowarstwowe płyty SACD. Podobnie jak w przypadku większości dwuwarstwowych dysków DVD, spirala danych dla pierwszej warstwy jest kodowana od wewnątrz na zewnątrz, a druga warstwa jest kodowana od miejsca, w którym kończy się pierwsza warstwa, do najbardziej wewnętrznej części dysku. W przeciwieństwie do płyt hybrydowych, zarówno jedno-, jak i dwuwarstwowe płyty SACD są niekompatybilne z konwencjonalnymi odtwarzaczami CD i nie można ich na nich odtwarzać.

Nagranie stereo SACD ma nieskompresowaną szybkość 5,6 Mbit/s , czterokrotnie większą niż szybkość dźwięku stereo CD z Red Book .

Wydania komercyjne zwykle obejmują zarówno dźwięk przestrzenny (pięć pełnozakresowych plus wielokanałowy LFE ), jak i miksy stereo (dwukanałowe) na warstwie SACD. Niektóre reedycje zachowują miksy wcześniejszych formatów wielokanałowych (przykłady obejmują kwadrofoniczny miks Tubular Bells Mike'a Oldfielda z 1973 r . I trzykanałowe nagranie stereo z 1957 r. Wykonane przez Chicago Symphony Orchestra of Musorgsky 's Pictures at an Exhibition , wznowione na SACD odpowiednio w 2001 i 2004 roku).

Odczyt dysku

Płyta Super Audio CD wykorzystuje dwie warstwy i znormalizowaną ogniskową konwencjonalnych odtwarzaczy CD, aby umożliwić odczytywanie danych przez oba typy odtwarzaczy

Obiektywy w konwencjonalnych odtwarzaczach CD mają większą odległość roboczą lub ogniskową niż soczewki przeznaczone do odtwarzaczy SACD. W odtwarzaczach DVD, Blu-ray i Ultra HD Blu-ray obsługujących format SACD czerwony laser DVD służy do odczytu płyt SACD. Oznacza to, że po umieszczeniu hybrydowej płyty SACD w konwencjonalnym odtwarzaczu CD wiązka lasera podczerwieni przechodzi przez warstwę SACD i jest odbijana od warstwy CD w standardowej odległości 1,2 mm, a warstwa SACD jest nieostra . Gdy ta sama płyta zostanie umieszczona w odtwarzaczu SACD, czerwony laser odbija się od warstwy SACD (w odległości 0,6 mm), zanim dotrze do warstwy CD. I odwrotnie, jeśli konwencjonalna płyta CD zostanie włożona do odtwarzacza SACD, laser odczyta ją jako płytę CD, ponieważ nie ma w niej warstwy SACD.

Bezpośredni strumień cyfrowy

Główny artykuł: Bezpośredni strumień cyfrowy

Dźwięk SACD jest zapisywany w formacie Direct Stream Digital (DSD) przy użyciu modulacji gęstości impulsów (PDM), w której amplituda dźwięku jest określana przez zmieniającą się proporcję jedynek i zer. Kontrastuje to z płytami kompaktowymi i konwencjonalnymi komputerowymi systemami audio wykorzystującymi modulację impulsowo-kodową (PCM), w których amplituda dźwięku jest określana przez liczby zakodowane w strumieniu bitów. Obie modulacje wymagają sąsiednich próbek do zrekonstruowania oryginalnego kształtu fali; im więcej sąsiednich próbek, tym niższa częstotliwość, którą można zakodować.

DSD jest 1-bitowe , ma częstotliwość próbkowania 2,8224 MHz i wykorzystuje techniki kwantyzacji z kształtowaniem szumu w celu przesunięcia 1-bitowego szumu kwantyzacji do niesłyszalnych częstotliwości ultradźwiękowych. Daje to formatowi większy zakres dynamiki i szersze pasmo przenoszenia niż CD. Format SACD jest w stanie zapewnić zakres dynamiki 120 dB od 20 Hz do 20 kHz i rozszerzoną charakterystykę częstotliwościową do 100 kHz, chociaż większość dostępnych odtwarzaczy podaje górną granicę 70–90 kHz, a praktyczne ograniczenia zmniejszają to do 50 kHz. Ze względu na charakter przetworniki sigma-delta , DSD i PCM nie mogą być bezpośrednio porównywane. Pasmo przenoszenia DSD może sięgać nawet 100 kHz, ale wysokie częstotliwości konkurują z wysokimi poziomami ultradźwiękowego szumu kwantyzacji . Przy odpowiednim filtrowaniu dolnoprzepustowym można uzyskać pasmo przenoszenia 20 kHz wraz z zakresem dynamiki prawie 120 dB, czyli mniej więcej takim samym zakresem dynamiki jak dźwięk PCM o rozdzielczości 20 bitów.

Bezpośredni transfer strumieniowy

Aby zmniejszyć wymagania dotyczące przestrzeni i przepustowości DSD, używana jest metoda bezstratnej kompresji danych o nazwie Direct Stream Transfer (DST). Kompresja DST jest obowiązkowa dla regionów wielokanałowych i opcjonalna dla regionów stereo. Zwykle kompresuje się o współczynnik od dwóch do trzech, dzięki czemu płyta zawiera 80 minut dźwięku 2-kanałowego i 5.1-kanałowego.

Kompresja Direct Stream Transfer została znormalizowana jako poprawka do standardu MPEG-4 Audio , ISO / IEC 14496-3:2001/Amd 6:2005 (bezstratne kodowanie nadpróbkowanego dźwięku), w 2005 roku. Zawiera definicje DSD i DST zgodnie z opisem w specyfikacji Super Audio CD. MPEG-4 DST zapewnia bezstratne kodowanie nadpróbkowanych sygnałów audio. Docelowymi zastosowaniami DST są archiwizacja i przechowywanie 1-bitowych nadpróbkowanych sygnałów audio i SA-CD.

Referencyjna implementacja MPEG-4 DST została opublikowana jako ISO/IEC 14496-5:2001/Amd.10:2007 w 2007 roku.

Ochrona przed kopiowaniem

SACD ma kilka funkcji ochrony przed kopiowaniem na poziomie fizycznym, co utrudniało kopiowanie cyfrowej zawartości dysków SACD aż do jailbreaka PlayStation 3 . Zawartość można kopiować bez jakości SACD, korzystając z otworu analogowego lub zgrywając konwencjonalną warstwę 700 MB na dyskach hybrydowych. Schematy ochrony przed kopiowaniem obejmują fizyczną modulację dołu i 80-bitowe szyfrowanie danych audio, z kluczem zakodowanym w specjalnym obszarze płyty, który może być odczytany tylko przez licencjonowane urządzenie SACD. Warstwa HD płyty SACD nie może być odtwarzana w komputerowych napędach CD/DVD, a płyty SACD mogą być produkowane wyłącznie w zakładach replikacji płyt w Shizuoce i Salzburgu . Niemniej jednak PlayStation 3 z napędem SACD i odpowiednim oprogramowaniem układowym może użyć specjalistycznego oprogramowania do wyodrębnienia kopii DSD strumienia HD.

Jakość dźwięku

Zobacz też: Dźwięk w wysokiej rozdzielczości § Kontrowersje

Parametry jakości dźwięku osiągalne przez formaty Red Book CD-DA i SACD w porównaniu z granicami ludzkiego słuchu są następujące:

CD

: 90 dB; 120 dB (z ditheringiem kształtowym ); zakres częstotliwości: 20 Hz—20 kHz

SACD

Zakres dynamiki: 105 dB; zakres częstotliwości: 20 Hz — 50 kHz

Ludzki słuch

Zakres dynamiki: 120 dB; zakres częstotliwości: 20 Hz—20 kHz (młodzież); 20 Hz — 8–15 kHz (dorosły w średnim wieku)

We wrześniu 2007 roku Audio Engineering Society opublikowało wyniki całorocznego badania, w którym poproszono szereg osób, w tym profesjonalnych inżynierów dźwięku, o rozpoznanie różnicy między źródłami dźwięku o wysokiej rozdzielczości (w tym SACD i DVD - Audio ) a kompaktowa konwersja audio (44,1 kHz/16 bitów) tego samego materiału źródłowego w warunkach testu podwójnie ślepej próby. Z 554 prób było 276 poprawnych odpowiedzi, co daje 49,8% wskaźnika sukcesu, co odpowiada prawie dokładnie 50%, których można by się spodziewać po przypadkowym zgadnięciu sam. Gdy poziom sygnału wzrósł o 14 dB lub więcej, badani byli w stanie z łatwością wykryć wyższy poziom szumów pętli jakości CD. Autorzy skomentowali:

Obecnie bardzo trudno jest na podstawie wyników negatywnych udowodnić niesłyszalność danego zjawiska czy procesu. Zawsze istnieje niewielka możliwość, że inny system lub lepiej dostrojona para uszu ujawniłaby różnicę. Zebraliśmy jednak wystarczająco dużo danych, korzystając z wystarczająco zróżnicowanych i wydajnych systemów oraz słuchaczy, aby stwierdzić, że ciężar dowodu został przeniesiony. Dalsze twierdzenia, że ​​ostrożne kodowanie 16/44,1 w słyszalny sposób degraduje sygnały o wysokiej rozdzielczości, muszą być poparte odpowiednio kontrolowanymi testami z podwójnie ślepą próbą.

Po krytyce, że pierwotnie opublikowane wyniki badania nie były wystarczająco szczegółowe, AES opublikował listę sprzętu audio i nagrań użytych podczas testów. Od czasu badania Meyer-Moran w 2007 roku opublikowano około 80 badań dotyczących dźwięku o wysokiej rozdzielczości, z czego około połowa obejmowała ślepe testy. Joshua Reiss przeprowadził metaanalizę 20 opublikowanych testów, które zawierały wystarczające szczegóły i dane eksperymentalne. W artykule opublikowanym w AES Journal z lipca 2016 r., Reiss mówi, że chociaż poszczególne testy dały mieszane wyniki, a efekt był „mały i trudny do wykrycia”, ogólny wynik był taki, że wyszkoleni słuchacze byli w stanie rozróżnić hi -nagrania w rozdzielczości i ich odpowiedniki na płytach CD w warunkach ślepych: „Ogólnie rzecz biorąc, istniała niewielka, ale statystycznie istotna zdolność do rozróżnienia między dźwiękiem o standardowej jakości (44,1 lub 48 kHz, 16 bitów) a dźwiękiem o wysokiej rozdzielczości (powyżej standardowej jakości). byli przeszkoleni, umiejętność rozróżniania była o wiele bardziej znacząca”. Hiroshi Nittono zwrócił uwagę, że wyniki w artykule Reissa pokazały, że zdolność do odróżnienia dźwięku o wysokiej rozdzielczości od dźwięku o jakości CD była „tylko nieznacznie lepsza niż przypadek”.

Sprzeczne wyniki stwierdzono podczas porównywania formatów DSD i PCM o wysokiej rozdzielczości. Podwójnie ślepe testy odsłuchowe w 2004 roku między nagraniami DSD i 24-bitowymi, 176,4 kHz PCM odnotowano, że wśród badanych nie było słychać znaczących różnic. Zwolennicy DSD i producenci sprzętu nadal zapewniają poprawę jakości dźwięku powyżej 24-bitowego PCM 176,4 kHz. Badanie z 2003 roku wykazało, że pomimo rozszerzonych odpowiedzi częstotliwościowych obu formatów, ludzie nie byli w stanie odróżnić dźwięku z informacjami powyżej 21 kHz od dźwięku bez treści o tak wysokiej częstotliwości. Jednak w badaniu z 2014 roku Marui i in. stwierdzili, że w warunkach podwójnie ślepej próby słuchacze byli w stanie rozróżnić formaty zapisu PCM (192 kHz/24 bity) i DSD (2,8 MHz) lub DSD (5,6 MHz), preferując cechy jakościowe DSD, ale nie byli w stanie odróżnić dwa formaty DSD.

Sprzęt do odtwarzania

Odtwarzacz Sony SCD-1 został wprowadzony równolegle z formatem SACD w 1999 roku w cenie około 5000 USD. Ważył ponad 26 kilogramów (57 funtów) i odtwarzał tylko dwukanałowe płyty SACD i Red Book CD. Producenci elektroniki, m.in. Onkyo , Denon , Marantz , Pioneer czy Yamaha mają w swojej ofercie odtwarzacze SACD. Sony stworzyło samochodowe odtwarzacze SACD.

Aby odtwarzać cyfrowo zawartość SACD bez żadnej konwersji, niektóre odtwarzacze mogą oferować wyjście przesyłające zaszyfrowane strumienie DSD, albo przez IEEE 1394 , albo częściej przez HDMI .

Odtwarzacze SACD nie mogą oferować wyjścia zawierającego niezaszyfrowany strumień DSD.

Pierwsze dwie generacje konsoli do gier Sony PlayStation 3 były w stanie odczytywać dyski SACD. Począwszy od trzeciej generacji (wprowadzonej w październiku 2007 r.), Usunięto odtwarzanie SACD. Jednak wszystkie modele PlayStation 3 będą odtwarzać format DSD Disc. PlayStation 3 było w stanie przekonwertować wielokanałowy DSD na stratny DTS 1,5 Mbit / s w celu odtwarzania przez S / PDIF przy użyciu oprogramowania systemowego 2.00 . Kolejna wersja usunęła tę funkcję.

Kilka marek wprowadziło (głównie wysokiej klasy ) odtwarzacze Blu-ray Disc i Ultra HD Blu-ray , które mogą odtwarzać płyty SACD.

Nieoficjalne odtwarzanie obrazów płyt SACD na komputerze PC jest możliwe za pomocą darmowego odtwarzacza audio foobar2000 dla systemu Windows przy użyciu rozszerzenia wtyczki typu open source o nazwie SACDDecoder. Oprogramowanie muzyczne macOS Audirvana obsługuje również odtwarzanie obrazów płyt SACD.

Zobacz też

• DSD-CD
• Podwójny dysk
• Płyta kompaktowa o rozszerzonej rozdzielczości (XRCD)
• Cyfrowy kompatybilny z High Definition (HDCD)
• Oś czasu formatów audio

Bibliografia

• Janssen, E.; Reefman, D. „Super-audio CD: wprowadzenie”. Magazyn Signal Processing, IEEE tom 20, wydanie 4, lipiec 2003, s. 83–90.

Linki zewnętrzne

• Płyta kompaktowa Super Audio: propozycja techniczna , Sony (archiwalny plik PDF)
• SA-CD.net Recenzje wydań SACD i forum dyskusyjne.