Кіріспе

Цифрлік жазуда дыбыс немесе бейне сигналы, дыбыс үшін ауа қысымының уақыт өте келе өзгеруін, ал бейне үшін түс және жарық мәндерін көрсететін дискретті сандар ағынына түрлендіріледі. Бұл сандар ағыны сақтау құрылғысына сақталады. Цифрлік жазбаны ойнату үшін сандар алынып, олар тыңдау немесе көру үшін бастапқы аналогтық дыбыс немесе бейне түріне қайта түрлендіріледі. Дұрыс таңдалған аналог-цифрлік (ADC) және цифрлық-аналогтық (DAC) түрлендіргіштер жұбында, аналогтық сигнал, Найквист-Шеннон үлгілеу теоремасының шектеулерінде, дыбыс немесе бейне биттерінің тереңдігіне байланысты үлгілеу жиілігі мен кванттау қателігін ескере отырып, дәл қалпына келтіріледі. Сигнал цифрлық түрде сақталғандықтан, егер қателерді анықтау және түзету жүйесі дұрыс жұмыс істесе, жазба көшіру, сақтау немесе сыртқы әсерлерден зардап көрмейді.

Уақыт шкаласы

1938 жылдың 3 қазаны: Британдық телефон инженері Алек Харли Ривз француз патент бюросына бүгін импульстік код модуляциясы (PCM) деп аталатын техниканы сипаттайтын алғашқы патентті тапсырды. 1939 жылдың 22 қарашасында Ривз АҚШ-та да тіркеді. Бұл технология алғаш рет телефон байланысы үшін ұсынылған. 1943 жылы: Bell Telephone Laboratories екінші дүниежүзілік соғыс кезінде әскери телефондық байланыстың неміс тарапынан ұсталып қалуына жауап ретінде SIGSALY атты алғашқы PCM негізіндегі цифрлық шифрланған сөйлеуді беру жүйесін әзірледі. Соғыстан кейін он екі тарату пункті тоқтатылды. 1950 жылдың маусымы: C. Chapin Cutler Bell Labs-те дифференциалдық импульстік код модуляциясын (DPCM) әзірледі. 1957 жылы: Bell Labs-тің Макс Мэтьюс өзінің әріптесі Ньюман Гаттман жазған "Күміс шкала" атты 17 секундтық музыкалық шығарманы жазды. 1967 жылы: Жапониядағы NHK ғылыми-зерттеу орталығында алғашқы коммерциялық PCM кодтаушысы (монофониялық) жасалды. Ол MOS конденсаторлық технология негізінде құрылған. 1970 жылы: Джеймс Расселл алғашқы цифрлық-оптикалық жазу және ойнату жүйесін патенттеді, ол кейіннен компакт-дискінің пайда болуына әкелді. 1971 жылдың қаңтары: NHK-ның тәжірибелік PCM жазу жүйесін пайдаланып, Denon инженері, доктор Такеаки Аназава әлемдегі алғашқы коммерциялық цифрлық жазбаларды жазды: Stomu Yamash'ta-ның "The World Of Stomu Yamash'ta 1 & 2" (11 қаңтар, 1971 ж.). 1973 жылы: P. Cummiskey, Nikil Jayant және James L. Flanagan Bell Labs-те адаптивті дифференциалдық импульстік код модуляциясын (ADPCM) әзірледі. 1974 жылдың 2-3 желтоқсаны: Paillard камералық оркестрі Жапониядан тыс, Париждің Нотр-Дам соборында Denon-ның жаңа екінші буын компакт DN 023RA жүйесін пайдаланып, алғашқы цифрлық жазбаны жасады. Бахтың "Музыкалық құрбандығы" (BWV 1079) 1975 жылдың мамырында LP форматында шықты. 1974 және 1977 жылдар аралығында Denon 250-ден астам PCM жазбасын жасады, олардың көп бөлігі Жапонияда жазылған. 1975 жылдың мамырында Юта университетінің профессоры Томас Стокхэм компьютерлік таспаларды сақтау жүйесі ретінде пайдаланып, өзінің жеке дизайны бойынша PCM цифрлық аудио жазғышын жасады. Ол Soundstream компаниясын құрып, оны коммерциялық түрде ұсынды. 1977 және 1980 жылдар аралығында барлығы он сегіз 4 каналды 50 кГц 16 биттік құрылғылар өндірілді, олардың әрқайсысы шамамен 150 000 АҚШ долларына сатылды (1975 жылғы 150 000 доллар қазіргі уақытта шамамен <есептелген сомаға> тең). Оның құралдарында 200-ден астам жазба жасалды, бұл Denon PCM-мен шамалас. 1976 жылы: Soundstream 37.5 кГц, 16 бит, 2 каналды жазғыштың (44.056 кГц, 14 бит) прототипі, алғашқы тұтынушылық PCM кодтаушысы жасалды. Ол үшін үйдегі видеотаспа жазғышын сақтау құралы ретінде пайдалану қажет болды. 1977 жылдың 4-7 қарашасы: 3M Нью-Йорктегі AES конвенциясында 1 дюймдік таспаға 45 айналымда жұмыс істейтін 2 каналды 50.4 кГц 16 биттік цифрлық жазғыштың прототипін көрсетті. 1978 жылдың ақпаны: Soundstream-нің алғашқы коммерциялық релизі, Diahann Carroll With the Duke Ellington Orchestra Under The Direction Of Mercer Ellington – Ethel Waters-қа арналған құрмет, жазылды. 1978 жылдың наурызы: Sony компаниясы кәсіби PCM 1600 жүйесін 40 000 АҚШ долларына (1978 жылғы 40 000 доллар қазіргі уақытта шамамен <есептелген сомаға> тең) сыртқы U-matic таспа дискімен бірге пайдаланып, алғаш рет жазу студияларына цифрлық жазбаны коммерциялық түрде ұсынды. PCM 1610 және PCM 1630 жүйелері де қолданылды. 1978 жылдың 4-5 сәуірінде Telarc Soundstream компаниясының PCM жүйесін Фредерик Феннелл мен оның Истман салғы ансамблінің Густав Холсттың әскери оркестрге арналған сюиталарын және Георг Фридрих Гендельдің Патшалық сауық-түсі үшін музыкасын орындауын жазды. LP форматында шыққан кезде бұл АҚШ-тағы алғашқы классикалық цифрлық релиз болды. 1978 жылдың 2 маусымы: Миннеаполистегі Sound 80 студиясы Сент-Пол камералық оркестрінің Аарон Коплендтің "Аппалачиялық көктем" әнін орындағанын жазды. Бұл сессия тікелей дискіге жазылған, 3M 50.4 кГц цифрлық жазғышының прототипі фондық орындауда болды. Кейбір келіспеушіліктер бар, бірақ нәтижесінде LP жазба (Sound80 Records S80 DLR 101) дискі ацетатына емес, цифрлық резервтік таспалардан алынған сияқты. 1984 жылы сессия ProArte компаниясымен компакт-дискіде қайта шығарылды. Бұл жазба үш Грэмми сыйлығына ұсынылып, "Үйдегі үздік музыка орындау" (1980) сыйлығын жеңіп алды, бұл Грэмми сыйлығын жеңіп алған алғашқы цифрлық жазба болды. 1978 жылдың маусым айының басында: Sound 80 Flim және BB-нің дебюттік өзіндік атаулы альбомын тағы бір тікелей дискіге жаздыру ретінде, 3M эксперименталды жазғышымен фонға түсірді. Ацетат цифрлық резервтік көшірме сияқты жақсы емес деп саналады, сондықтан LP жазба үшін цифрлық мастер қолданылды (Sound80 Records S80 DLR 102). Бұл оны алғашқы классикалық емес АҚШ-тың цифрлық шығарылымы етеді. 6 ай ішінде қолмен жасалған ("өте үлкен және қиын") 3M цифрлық жазғышы бөлшектелді, нәтижесінде стандартты емес мастер таспа ойнатылмайтын болды. Сондықтан, компакт-дискіде шығару мүмкін емес. Сент-Пол камералық оркестрінің жазбасы, осы машинаны қолданған, түсіндірілмейді. 1979 жылдың 8 наурызы: Philips компаниясы Нидерландыдағы Эйндховен қаласында алғашқы компакт-дискі ойнатқышының прототипін көрсетті. Прототиптік CD-лерде Витторио Негри мен Берлин камералық оркестрі орындаған Антонио Вивальдидің "Төрт маусым" және Иозеф Гайднның Квартет №31(?) ойнатылды. 1979 жылдың 11 шілдесі: Warner Bros. Records компаниясымен шығарылған гитарист Ри Кудердің "Bop Till You Drop" альбомы, әйел вокалы бар алғашқы АҚШ-тағы цифрлық жазылған LP болды. Альбом 3M корпорациясы жасаған 32 тректік цифрлық машинада Лос-Анджелесте жазылды. 1979 жылдың 27 тамызы: Джорджо Мородердің "E=MC²" альбомы шықты, бұл Soundstream PCM-де жазылған алғашқы электрондық тікелей цифрлық LP. 1979 жылдың 4 қыркүйегі: "Star Trek: The Motion Picture" саундтрекіне ұпай қою басталды, ол көп тректік аналогқа жазылды және LP шығарумен сәйкес келу үшін стерео цифрлық таспаға мастерленді. 1979 жылдың 12 қазаны: Fleetwood Mac-тің "Tusk" альбомы LP форматында шықты. Ол және 1980 жылдың 8 желтоқсанында шыққан "Live" альбомдары Soundstream PCM-де аналогтық көп тректік жазбалардан мастерленді. 1979 жылдың 1 желтоқсаны: Грэмми сыйлығын жеңіп алған Кристофер Кросс альбомы шықты. Кросс альбомы АҚШ-та цифрлық жазылған алғашқы альбом болып табылады (3M жүйесінде жазылған), соңынан 5 Грэмми сыйлығын жеңіп алды. Цифрлық жазу енді кең таралды. 1980 жылы: Compact Disc Digital Audio үшін "Қызыл кітап" стандарты (44.1 кГц, 16 бит) белгіленді. 1980 жылы: Mitsubishi Electric X 80 ProDigi ашық рулондағы 1/4" таспа 15 50.4 кГц 16 биттік цифрлық жазғышын ($5000, 1980 жылғы 5000 доллар қазіргі уақытта шамамен <есептелген сомаға> тең) ұсынды. Әлем бойынша барлығы 200 дана сатылды. 1980 жылы: Soundstream Digital Recording Corporation компаниясымен бірігіп, DRC/Soundstream болып, 50 кГц PCM жазуын оптикалық картаға дамыту және сату үшін құрылды. Бұл кейіннен 44.1 кГц Compact Disc-тің пайда болуымен жойылды және компания 1983 жылдан кейін жұмысын тоқтатты. 1981 жылы: Technics SV P100 цифрлық аудио жазғышын шығарды, ол кәсіби (цифрлық мастерлеу) және тұтынушылық (үйге пайдалану) жазуға жарамды. Ол VHS форматты кассеталық таспаға PCM 14 биттік жазуды пайдаланды, нәтижесінде 2 каналды стерео жазудың 3 сағатқа дейін бағдарламасын жасауға болды. 1982 жылы: Sony PCM 501ES PCM адаптерін (44.1 кГц, 16 бит) ($895 тізімдік бағасы) шығарды, ол сыртқы VHS немесе Betamax бейне жазғышымен қолданылады. 1982 жылдың 17 тамызы: Клаудио Арраудың 1979 жылғы наурызда жазылған аналогтық жазбасы, Фредерик Шопен вальсі (Philips 400 025), алғашқы классикалық компакт-дискі болып саналды. Ол Германияның Хановер облысындағы Лангенхагендегі Philips зауытында жасалған. Арраудың өзі өндірісті бастау үшін батырманы басуға шақырылды. Бұл CD 1983 жылға дейін шығарылмады, сондықтан өндірістік проблемалар болды (төмендегі ABBA шығарылымы сияқты). 1982 жылдың 17 тамызы: Алғашқы танымал компакт-дискі, ABBA-ның 1981 жылғы "The Visitors" альбомы ("көбінесе цифрлық жазылған") сол зауытта өндірілді. Алайда, өндірістік проблемаларға байланысты үшінші нұсқасы 1983 жылдың наурызына дейін дүкендерге жетпеді. 1982 жылдың 5 қыркүйегі: Питер Гэбриел өзінің "Four..." альбомын шығарды.

Коммерциялық құралдарға жазу әдістері

Цифрлық кассеталар үшін таспа басы да, таспа да қозғалады, әдетте спиральді сканерлеу конфигурациясында, биттерді басқаруға ыңғайлы өлшемде ұстау үшін жеткілікті жылдамдық сақтау мақсатында. CD-R сияқты оптикалық дисктерге жазу технологияларында ортаның бояу қабатының оптикалық қасиеттерін өзгерту үшін лазер қолданылады. Осы үлгілерді оқу үшін одан әлсіз лазер пайдаланылады.

Сөздің өлшемі

Аудио сигналды көрсету үшін қолданылатын биттердің саны жазбадағы шу немесе бұрмалауға тікелей әсер етеді.

Үлгілеу мөлшері

Найквист-Шеннонның үлгілеу теоремасында айтылғандай, псевдо-аллиазингтің алдын алу үшін аудио сигналды сигналдың ең жоғары жиіліктік компонентінен кемінде екі есе жоғары жылдамдықпен үлгілеу қажет. Музыкалық сападағы аудио үшін 44,1 және 48 кГц үлгілеу жиіліктері ең көп қолданылады. Бас жазу жоғары үлгілеу жылдамдығымен (яғни, 88,2, 96, 176,4 немесе 192 кГц) жасалуы мүмкін. Жоғары ажыратымдылықтағы PCM жазбалары DVD Audio (DVD A деп те аталады), DualDisc (DVD Audio қабатын пайдалана отырып) немесе Blu-ray дискісінде High Fidelity Pure Audio форматында шығарылды. Сонымен қатар, жоғары ажыратымдылықтағы жазбаны қысылмаған WAV немесе жоғалмайтын қысылған FLAC файлы (әдетте 24 бит) түрінде төмендетпей шығаруға болады. Үлгілеу жылдамдығының жоғарылауы тұтыну өнімі үшін нақты пайда әкеле ме деген мәселе әлі де даулы. Егер жоғары ажыратымдылықтағы жазбадан компакт-диск (CD Red Book стандарты 44,1 кГц 16 бит) жасалатын болса, жазба 44,1 кГц-ке төмендетілуі керек. Бұл мастерлеу процесінің бір бөлігі болып табылады. 1980 жылдардан бастап, цифрлық түрде жазылған, араластырылған немесе мастерленген музыка көбінесе SPARS кодын пайдаланып, қай процестер аналогты, ал қайсысы цифрлық екенін көрсету үшін белгіленді. Цифрлық жазу кеңінен таралғандықтан, SPARS кодтары қазір сирек қолданылады.

Қателерді түзету

Цифрлық жазудың аналогтық жазуға қарағандағы бір артықшылығы – қателерге төзімділігі. Сигнал цифрлық форматқа ауысқаннан кейін, көшіру кезінде сигналдың сапасы төмендемейді. Аналогтық медиада байқалатын біртіндеп нашарлаудың орнына, цифрлық медиада сапа күрт нашарлауы мүмкін.