Celá pravda o Hi-Res: Co skrývají zvukové formáty s vysokým rozlišením / Habr

Jedním z nejzajímavějších pokroků ve světě zvuku v posledních letech je nebývalý nárůst popularity formátů s vysokým rozlišením (Hi-Res). Mezi důvody pro vznik nových formátů v té době byla nespokojenost se zvukovou kvalitou CD, protože na úsvitu éry kompaktních disků všechny gramofonové společnosti spěchaly, aby znovu vydaly svůj analogový katalog na digitálních médiích, o kvalitu se staraly jen pramálo: alespoň plus minus atraktivní zvuk, postrádající všemožné cvakání a jiné drsnosti, už vypadal jako vítězství.

Nebylo to tedy hned, co výrobci zařízení a nahrávací společnosti začali plnit své sliby o nejvyšší kvalitě zvuku CD. V důsledku toho byl formát nenávratně poškozen v myslích mnoha audiofilů a CD se stalo něčím jako digitálním „padouchem“. Při pohledu dopředu však stojí za zmínku, že kompaktní disky dokážou znít naprosto báječně – za předpokladu nejvyšší kvality originální nahrávky a také s náležitou pozorností věnovanou masteringu a produkci. Ale nejdřív.

V poslední době jsme svědky návratu k vinylu a také rostoucího zájmu o digitální soubory ve vysokém rozlišení. Hrozí nám ale, že upadneme do pasti 1970. let, kdy se veškerá pozornost soustředila na technické specifikace? Abychom na tuto otázku odpověděli, zamysleme se nad tím, jak a co přesně slyšíme, a také nad realitou nahrávání ve vysokém rozlišení.

Nejprve se dotkněme technické stránky problému. Formát CD s 16bitovou kvantizací a vzorkovací frekvencí 44,1 kHz umožňuje záznam zvuku ve frekvenčním rozsahu od 0 Hz do cca 22 kHz (tedy o něco širší, než jsou možnosti lidského sluchu) a dynamickém rozsahu cca 95 dB, což je pro naprostou většinu hudebních nástrojů zcela dostačující. 24bitový formát 48 kHz zároveň rozšiřuje dynamický rozsah na 150 dB a horní frekvenci na 24 kHz. Navíc mnoho audiofilů preferuje 24bitové 96 kHz s maximální frekvencí až 48 kHz, stejně jako 24bitové 192 kHz, s maximální frekvencí kolem 96 kHz. Tak vysoké zvukové frekvence jsou daleko za možnostmi lidského sluchu, a tak se nabízí jednoduchá a rozumná otázka: k čemu je to všechno vlastně potřeba?

Někteří zastánci Hi-Res řeknou, že ačkoliv na těchto frekvencích nic neslyší, rozdíl stále „cítí“, často jej prezentují jako vyšší „vzdušnost“ zvuku. Je zajímavé vědět, jakým smyslovým orgánem tuto vzdušnost cítí? Obecně můžeme skutečně „cítit“ velmi nízké frekvence za předpokladu, že působí s vysokou amplitudou az relativně blízké vzdálenosti. Pokud jde o Hi-Res fanoušky, budou pravděpodobně vnímat zvuk jako hladší a soudržnější díky vysoké vzorkovací frekvenci. Navíc ADC a další komponenty používané během 192kHz nahrávání budou pravděpodobně vysoce kvalitní, což samo o sobě ovlivní zážitek z poslechu.

Aby si v praxi vyzkoušel výhody Hi-Res, může si každý provést zajímavý test – poslechnout si několik nahrávek s různou vzorkovací frekvencí v náhodném pořadí na dobrém digitálním audio přehrávači. Zakryjte displej přehrávače něčím šikovným, abyste netušili, v jakém rozlišení se soubor aktuálně přehrává. Vyzbrojte se perem a poznámkovým blokem (nebo aplikací „poznámky“ na vašem smartphonu), poslouchejte všechny nahrávky a poznamenejte si, co přesně slyšíte a která skladba zní lépe. Pokud dokážete přesně detekovat vyšší vzorkovací frekvence, můžete s jistotou říci, že máte mimořádný sluch.

Většina lidí starších než středního věku slyší tóny maximálně do 15 kHz. Ve věku 60 let může tato frekvence u průměrného muže klesnout na přibližně 12-13 kHz (a může být o něco vyšší u žen). Zvukový signál 96 kHz má tedy malý význam pro vnímání zvuku. Je však pravděpodobné, že mnoho posluchačů zažije extra hladkost a soudržnost ve středním pásmu, kterou se může pochlubit Hi-Res. Kvalitu zvuku nahrávek však ovlivňuje i mnoho dalších faktorů, z nichž některé hrají velmi důležitou roli.

Mohlo by vás například zajímat, jaké zařízení se používá k nahrávání. Koneckonců, ironicky, mnoho profesionálních kondenzátorových mikrofonů od Sennheiser, Beyerdynamic, AKG, Neumann, Shure, Rode a Audio Technica má frekvenční odezvy, které rychle klesají hned po 20 kHz. Navíc některé oblíbené mikrofony mají znatelný roll-off po 18 kHz, takže je nepravděpodobné, že by zachytily něco na 48 nebo 96 kHz, což je ve většině případů dobrá věc, protože ve skutečnosti nechcete do svého mixážního řetězce zavádět vysokofrekvenční šum.

Abyste tedy mohli nahrávat zvuk se skutečně „vysokým rozlišením“, budete nejprve potřebovat speciální mikrofony, které dokážou zachytit velmi vysoké frekvence, aniž by vnesly příliš mnoho vlastního šumu. Dále potřebujeme mikrofonní předzesilovače a mixpulty s rozšířenou frekvenční odezvou a ultra nízkým šumem a také špičkový analogově-digitální převodník. Předpokládejme, že máme mikrofony s plochou frekvenční charakteristikou od 20 Hz do 96 kHz a ultra nízkou hladinou šumu, připojené speciálními audio kabely k ultra-nízkošumovému předzesilovači. Dále pošleme tento signál do směšovací sekce a špičkového analogově-digitálního převodníku, který dodává audio signál s vysokým rozlišením do digitálního rekordéru nebo počítače s podobně pokročilými funkcemi.

A obecně, ano, to vše je opravdu proveditelné. Navíc při nahrávání houslového sóla tímto způsobem při 24 bitech 96 kHz si lze všimnout, že v nejvyšších tónech dosahují některé harmonické frekvence přibližně 28 kHz. Sopránová flétna také dokáže produkovat podobné harmonické, ale zda jsme schopni je slyšet, je jiná, neméně zajímavá otázka. Koneckonců, prakticky veškerý zvukový signál, který má význam pro naše uši v nahrávce sólových houslí, může být dobře obsažen na 16bitovém CD s frekvencí 44,1 kHz.

Dvojnásob překvapivé je, že i celý orchestr s jeho širokým dynamickým rozsahem lze zaznamenat v 16 bitech za předpokladu, že úrovně jsou zpočátku správně nastaveny (bez použití komprese). Samozřejmě stojí za to připomenout, že je zcela možné generovat elektronické zvuky, které jsou mimo frekvenční rozsah lidského sluchu a dynamický rozsah 100 dB. To vše ale zůstává zpravidla v teoretické rovině.

Závěrem se sluší podotknout, že vzhledem k vyšší plynulosti a splynutí zvuku ve středofrekvenčním rozsahu jsou Hi-Res nahrávky rozhodně hodné pozornosti posluchačů, ovšem pouze za podmínky, že audio systém umožňuje všechny tyto nuance reprodukovat.

Je zajímavé, že mnoho audiofilů má oblíbené nahrávky klasické hudby pořízené koncem 50. a začátkem 60. let. Hudba totiž nejsou jen technické vlastnosti, ale určujícím faktorem je často výkon a profesionalita zvukaře, která umožňuje pořídit kvalitní nahrávku i s minimální sadou mikrofonů. A při poslechu některých jazzových nahrávek z počátku 60. let si nelze nevšimnout, že znějí velmi živě a muzikálně: snad ani tolik nevadí, že nejsou v Hi-Res.