Bit-perfect: łyżką czy widelcem?

Jeżeli nie wiesz, co oznacza termin "bit-perfect", dlaczego jest to istotne i jak sprawdzić, czy Twój odtwarzacz spełnia ten warunek, poniższy tekst jest dla Ciebie.

I. Czym jest "bit-perfect"?

W domowym audio korzystamy przeważnie ze źródeł cyfrowych - odtwarzaczy CD, komputerów bądź różnego rodzaju odtwarzaczy plików. Część z tych urządzeń wyposażona jest w wyjście umożliwiające wyprowadzenie sygnału cyfrowego. Wyjście takie jest niezbędne, jeżeli planujemy użycie zewnętrznego przetwornika cyfrowo-analogowego (DAC), cyfrowego procesora dźwięku bądź innego urządzenia, wymagającego doprowadzenia sygnału cyfrowego. Dwa najpopularniejsze rodzaje wyjść cyfrowych to toslink (dane przesyłane są światłowodem) oraz coaxial (połączenie elektryczne, wykorzystujące zazwyczaj zwykłe gniazdo RCA). W obu przypadkach sygnał cyfrowy zgodny jest ze standardem SPDIF.

Odtwarzacz audio, z którego wyprowadzamy sygnał w postaci cyfrowej pełni rolę transportu cyfrowego. Transport cyfrowy powinien spełniać podstawowy warunek: być w stanie zapewnić sygnał "bit-perfect".

"Bit-perfect" (inne nazwy: zgodność bitowa, bit-accurate) oznacza, że dane pojawiające się na wyjściu cyfrowym są identyczne z danymi zapisanymi w odtwarzanym materiale. Innymi słowy, odtwarzacz w żaden sposób nie ingeruje w strumień danych, przekazując na wyjście cyfrowe dokładnie to samo, co odczyta z płyty bądź z pliku.

Ewentualna ingerencja transportu w sygnał audio polega zazwyczaj na:

- resamplingu, tzn. zmianie częstotliwości próbkowania sygnału (np. z 44,1 do 48 kHz);

- zmianie wartości poszczególnych próbek.

Każda z tych modyfikacji może wpływać na jakość dźwięku. Nieduże zmiany strumienia cyfrowego będą praktycznie nieodczuwalne. Efektem poważnych modyfikacji będą jednak znaczne, doskonale słyszalne zmiany brzmienia, niejednokrotnie prowadzące do jego degradacji. Jeżeli zmiany te nie wynikają z celowych operacji na sygnale cyfrowym, w trosce o jakość dźwięku należy dążyć do ich eliminacji - czyli do zachowania przez odtwarzacz zgodności bitowej.

II. Czy mój odtwarzacz jest bit-perfect?

To zależy, czego używasz do odtwarzania. Poszczególne rodzaje urządzeń w różnym stopniu radzą sobie z zachowaniem zgodności bitowej:

1. Odtwarzacze i transporty CD nie mają z tym zazwyczaj żadnych problemów. W ich przypadku niezachowanie zgodności bitowej na wyjściu cyfrowym może wynikać z uruchomienia dość rzadko spotykanych funkcji, w rodzaju regulacji głośności w domenie cyfrowej bądź filtrów cyfrowych uwzględniających resampling. Jeżeli wiesz, jak te funkcje wyłączyć, a Twój odtwarzacz nie nosi wybitnie egzotycznej marki, możesz z dużym prawdopodobieństwem przyjąć, że dysponujesz źródłem bit-perfect.

2. Odtwarzacze DVD: zazwyczaj możliwe jest osiągnięcie zgodności bitowej, ale należy z dużą starannością przyjrzeć się ustawieniom urządzenia. Przejrzyj menu pod kątem korektorów i programów kształtujących brzmienie (wyłącz je wszystkie), ustaw głośność na "100%" (uwaga, niekoniecznie oznacza to głośność maksymalną), powinno być OK. Powinno, ale nie musi: może zdarzyć się DVD, które przy żadnych ustawieniach nie jest w stanie wypuścić sygnału zgodnego bitowo. Jeżeli za transport cyfrowy służy Ci odtwarzacz DVD, na wszelki wypadek przeprowadź test na bit-perfect.

3. Sprzęt komputerowy: w tym przypadku bit-perfect jest jedną wielką niewiadomą. Sygnał cyfrowy może być modyfikowany w wielu miejscach i na wiele sposobów. Wpływają na niego zarówno czynniki sprzętowe (np. niewyłączalny resampling w wielu modelach kart dźwiękowych) jak i programowe (np. ingerujące w sygnał sterowniki dźwięku w niektórych wersjach Windows). Liczba tych czynników jest na tyle duża, że mimo wszelkich starań nie sposób z góry założyć uzyskania bit-perfect. Nie zapewnią tego ani deklaracje producentów programów bądź komponentów, ani internetowe instrukcje dotyczące konfiguracji komputera "dla audio". W przypadku sprzętu komputerowego jedyną metodą potwierdzenia zgodności bitowej jest przeprowadzenie testu.

4. Odtwarzacze plików: rynek jest na tyle świeży, że spodziewać się można praktycznie wszystkiego. Istnieją modele z potwierdzoną zdolnością do dostarczenia sygnału bit-perfect, istnieją też takie, które mają z tym problemy. Współpraca ze sprzętem komputerowym (np. streaming z zasobów dyskowych) dodatkowo komplikuje sytuację. Jeżeli chcesz mieć pewność, że Twój transport jest bit-perfect, musisz to sprawdzić. Test przeprowadź dla wszelkich sposobów odtwarzania, jakie obsługuje urządzenie, tzn. dla odtwarzania plików z dysku wewnętrznego, z nośnika USB, dla streamingu z sieci domowej itp. Doświadczenie uczy, że wyniki te mogą się różnić!

III. Jak sprawdzić zgodność bitową?

Test na bit-perfect przeprowadzić można na dwa podstawowe sposoby. Oba z nich wymagają dysponowania dodatkowymi urządzeniami. Zawsze jest jednak szansa, że odpowiednie wyposażenie uda się znaleźć - jeśli nie w najbliższym otoczeniu, to np. u kolegi.

1. Test z wykorzystaniem rejestratora sygnału cyfrowego

Idea testu jest prosta: nagrywamy sygnał na wyjściu cyfrowym transportu, porównujemy z oryginałem. Jeżeli oba fragmenty są identyczne, odtwarzacz jest zgodny bitowo.

Jak łatwo zgadnąć, w celu przeprowadzenia tego testu należy dysponować rejestratorem sygnału cyfrowego. Może być to np. komputer z kartą dźwiękową wyposażoną w wejście cyfrowe (ale konieczne będzie zadbanie o zgodność bitową toru rejestrującego). Przydatny może być rejestrator lub odtwarzacz przenośny, o ile posiada odpowiednie wejście (jak np. nieprodukowany już iRiver serii H100). Nagrania dokonać należy podłączając wejście rejestratora do wyjścia cyfrowego badanego transportu.

Do porównania wystarczy zarejestrować krótki, choćby kilkusekundowy fragment sygnału. Materiał odtwarzany oraz nagrany należy odpowiednio przygotować. Oba fragmenty powinny znaleźć się na dysku komputera w postaci plików .wav. Jeżeli odtwarzana była płyta CD, jej właściwy fragment należy zgrać na dysk, np. za pomocą darmowego programu EAC. Jeśli odtwarzany był plik skompresowany (flac, ape, alac), należy go rozpakować do wav. Przed analizą konieczne może być przycięcie obu plików tak, by zaczynały się od tej samej próbki; można to zrobić w edytorze zawartym w EAC. Ten sam program oferuje funkcję porównania dwóch plików - jeżeli będą identyczne, nasz transport pomyślnie przeszedł test. Uwaga: EAC obsługuje pliki stereo 16/44.1. W przypadku badania innych formatów, bądź używania systemu innego niż Windows, konieczne będzie poszukanie innego narzędzia.

Metoda porównywania plików jest pracochłonna (wymaga zgrywania bądź konwersji oryginału, nagrywania, przycinania itp.), pozwala jednak bliżej przyjrzeć się ew. różnicom między materiałem oryginalnym a nagraniem. Jest to możliwe np. dzięki funkcji podglądu wartości poszczególnych próbek, dostępnej w edytorze EAC.

2. Test z wykorzystaniem dekodera DTS

Metoda prostsza i dająca wyniki natychmiastowe, niepozwalająca jednak na analizę ew. niezgodności. Wymaga dysponowania dowolnym urządzeniem, które ma wejście cyfrowe i dekoduje (bądź przynajmniej rozpoznaje) sygnał DTS. Może to być amplituner kina domowego, "kombajn" KD (byle akceptował sygnał z zewnątrz), samodzielny dekoder DTS itp.

Potrzebne będzie także nagranie DTS-wav, czyli audio z zakodowanym sygnałem DTS. Przykładowe pliki dostępne są na stronie http://www.kellyindustries.com/sounds.html (należy pobrać DTS WAV 44.1kHz 16 bit stereo). Z plików tych można stworzyć płytę CD-audio, ważne jedynie by podczas nagrywania nie stosować normalizacji ani żadnych efektów DSP. Uwaga: pliki te nie są przeznaczone do odtwarzania w zestawach bez dekoderów DTS. Odtwarzanie da się uruchomić, ale w głośnikach słychać będzie jedynie szum.

Metoda wykorzystuje fakt, że sygnał DTS zostanie rozpoznany i zdekodowany jedynie wtedy, gdy nie zostanie uprzednio poddany żadnym modyfikacjom. Przekształcenie pliku - na przykład podczas odtwarzania w transporcie niezachowującym zgodności bitowej - uniemożliwi odczytanie zakodowanej zawartości. Z głośników dobiegać będzie szum, tak samo jak przy odtwarzaniu niezdekodowanego sygnału DTS.

Sama procedura jest banalna: testowany transport należy podłączyć cyfrowo do dekodera DTS, następnie wystarczy uruchomić odtwarzanie materiału DTS-audio. Jeżeli dekoder rozpozna sygnał DTS (zapali się odpowiednia kontrolka, w głośnikach zabrzmi muzyka), urządzenie jest bit-perfect. Łatwo sprawdzić, że dowolna modyfikacja sygnału cyfrowego - np. zmiana głośności w odtwarzaczu bądź w programie - powoduje utratę tej cechy.

IV. Uwagi końcowe

Niezależnie od wyboru metody, w pierwszej kolejności warto sprawdzić poprawność konfiguracji i procedury testowej. Najlepiej przetestować w tym celu urządzenie zachowujące zgodność bitową, np. odtwarzacz CD znanej marki. Jeżeli test zostanie zaliczony, można brać się za sprawdzanie innych urządzeń. Jeśli nie - należy poszukać błędu w konfiguracji sprzętu lub sposobie przeprowadzania testu.

Test na bit-perfect jest jedyną pewną metodą przekonania się, czy posiadany transport cyfrowy zachowuje zgodności bitową z odtwarzanym materiałem. Ani zapewnienia producenta, ani przeprowadzenie konfiguracji według szczegółowej instrukcji, ani też gorąca wiara, że źródło jest bit-perfect, nie zastępują przeprowadzenia testu i nie się z nim tożsame.

Bit-perfect to podstawa cyfrowego audio. Jeżeli Twój odtwarzacz nie zachowuje zgodności bitowej (i nie jest to efekt przez ciebie zamierzony), postaraj się doprowadzić go do takiego stanu. Przeszukaj menu, wyłącz niepotrzebne opcje wpływające na sygnał, zmień konfigurację programową. Jeżeli mimo to nie jesteś w stanie otrzymać sygnału bit-perfect, a Twoim priorytetem jest jakość brzmienia, sprzęt – lub pewne jego elementy – nadaje się do wymiany.

A czy bit-perfect to wszystko, o co chodzi w cyfrowym audio? O tym w kolejnym wpisie – już wkrótce.

***

Powyższy tekst miał być możliwie prosty i przystępny, stąd celowe pominięcia lub uproszczenia dotyczące m.in. części formatów cyfrowych (SACD, DVD, streaming), przypadków zamierzonego odchodzenia od wierności bitowej (DSP, cyfrowa korekcja itp.), transmisji wielokanałowej, sygnałów A/V oraz kilku innych tematów. Zainteresowanych zachęcam do dyskusji na forum.

Autor: Teo