Hi-Fi Skolen del 4

I sidste afsnit skrev vi om de klassiske analoge signalkilder. Men selvom pladespilleren har oplevet en imponerende renæssance, er det meste af den lyd, som sendes gennem stereoanlægget, digital.

Da Sony CDP-101 som den første CD-afspiller blev lanceret i oktober 1982, var der ikke blot tale om et nyt medie, men om et helt nyt paradigme indenfor musikdistribution. Alle lydmedier før den havde været analoge, hvilket vil sige, at det der var en umiddelbar proportionalitet mellem originallyden og det lagrede signal. Ved digital lagring omsættes lydsignalet til binære talkoder – lange sekvenser af nuller og ettaller. Og man kan ikke ved at studere de mange hundrede millioner af talkoder på en CD afgøre, om den indeholder Beethovens niende symfoni eller Encylopedia Britannica.

Digitalt fra ende til anden

I virkeligheden er stort set al musik i dag digital fra ende til anden. I CD’ens barndom kunne man på CD’er finde den såkaldte SPARS-kode, der bestod af tre bogstaver, der enten var A for analog eller D for digital. Første bogstav fortæller, om optagelsen er analog eller digital. Næste bogstav handler om miksningen, mens sidste bogstav gælder masteringprocessen. En CD mærket med DDD er altså optaget, mikset og masteret digitalt, mens en digitalisering af en gammel optagelse, hvor der blot er lavet en ny digital master, vil være mærket AAD.

I dag hører det til sjældenhederne, at der overhovedet indgår analog behandling i produktionen. Alt, fra optagelse til mastering, foregår ”i maskinen,” og i mange tilfælde er ikke engang instrumenterne fysiske, men apps og plug-ins.

For at tilføje en smag af analogt nærvær kan det dog ske, studieteknikeren sender signalet en tur gennem en spolebåndoptager, inden det viderebehandles digitalt. For så til sidst at blive udsendt i en digital udgave til streaming. Og naturligvis også i og en udgave på vinyl – nu med den autentiske, analoge lydkvalitet.

Samplefrekvens og opløsning

Når et signal digitaliseres, sker det ved at sample (måle) niveauet mange gange i sekundet. Jo flere gange, desto højere frekvenser kan gengives.

På en musik-CD er samplefrekvensen 44,1 kHz og nøjagtigheden 16-bit. Det betyder, at CD’er har et frekvensområde, der i teorien går til 22,05 kHz. I praksis skæres der skarpt over 20 kHz. Bitdybden er et udtryk for den nøjagtighed, som det digitale signal følger den analoge lyd med. En bitdybde på 16 bit vil sige, at der kan være 65,536 signalniveauer. Fra absolut stilhed til fuld udstyring.

CD er blevet kritiseret for at have et begrænset dynamikområde sammenlignet med den professionelle verdens 24 bit. 16 bit giver et maksimalt dynamikområde på 96 dB. Men da støjniveauet i normale boliger ligger på 35-40 dB eller højere, og smertegrænsen ligger på 120 dB, er det mere end rigeligt. Til sammenligning er dynamikområdet på vinylplader 60-70 dB.

Oversampling

For at adskille lydsignalet fra samplefrekvensen på 44,1 kHz på CD er det nødvendigt at filtrere signalet med et stejlt filter. Selvom filteret først sætter ind lige over 20 kHz, giver det fasedrej og ringning, der er hørbar.

En måde at komme – mere eller mindre – udenom begrænsningerne ved den stejle filtrering er oversampling. Ved oversampling samples signalet ved en flere gange højere frekvens end den reelle i signalet. Hermed flyttes uønskede frekvenskomponenter højere op i frekvens og bliver dermed nemmere at bortfiltrere. Det nødvendige analoge filter kan også gøres mindre stejlt – og mere ørevenligt.

CD-afspilleren

Som signalkilde til den klassiske analoge forstærker er CD-afspilleren nem at have med at gøre. Alle analoge linjeindgange kan bruges – uanset om der står CD, AUX eller noget helt tredje på knappen. I praksis leverer CD-afspilleren normalt et noget kraftigere signal end for eksempel en tuner. Så der skal ikke skrues så højt op for lydstyrken for at udstyre forstærkeren helt.

Bedre CD-afspillere har en eller flere digitaludgange, hvor det digitale signal ledes uden om den indbyggede digitalkonverter. Hvis din forstærker har en digitalindgang, eller du har investeret i en separat digitalkonverter (DAC), vil du sandsynligvis få en bedre lydkvalitet ad den vej. En ny digitalkonverter kan være en måde at forlænge livet for en stabil, men ældre CD-afspiller.

”Den perfekte, fejlfrie lyd”

Da CD-mediet blev introduceret, blev CD’en promoveret som det perfekte lydmedie uden nogen fejl. Lyden ville til enhver tid være komplet fri for støj og forvrængning. Også selv om man i mellemtiden havde brugt den sølvskinnende skive som frisbee eller lagkagekniv. Det sørgede systemets indbyggede fejlkorrektion for,

Det er rigtigt, at CD-skiverne ikke lider af overfladestøj, men de var ikke helt så robuste, som reklamerne påstod. Fingeraftryk er ikke et problem, men selv små ridser i overfladen kan føre til udfald i lyden eller klik-lyde. Især hvis ridserne går på tværs og dermed giver lange huller i datastrømmen.

Streameren

For de fleste er streaming blevet afløseren for både vinyl, CD og andre fysiske medier. Musiktjenester som Tidal og Qobuz tilbyder dig adgang til over 100 millioner musiknumre med et par tryk på mobilskærmen. I samme kvalitet som CD eller endda højere. Kan man nøjes med lavere lydkvalitet, er YouTube og Spotify billigere eller gratis alternativer.

Der er flere måder at få den streamede musik ind i anlægget på. Mange moderne forstærkere har indbyggede netværkstjenester med support for de største streamingtjenester.

Netværksstreameren kan også være et separat apparat, der kan placeres i stereostakken, hvor den også kan bruges til at afspille musikfiler fra en netværksserver (NAS) eller en USB-tilsluttet harddisk.

Ligesom CD-afspilleren kan en separat streamer kobles til en hvilken som helst analog linjeindgang på forstærkeren. Eller tilsluttes digitalt, hvis forstærkeren har indbygget DAC.

Bluetooth

Den simpleste og mest primitive måde at få digital musik ind i forstærkeren er via Bluetooth. Bluetooth har – med rette – et ry for at levere dårlig lydkvalitet, da signalet i næsten alle tilfælde må komprimeres hårdt. Men det er praktisk og nemt, og selv de mindst teknisk anlagte kan streame musik fra mobilen til forstærkeren på samme måde som de ville gøre det til en bærbar højttaler eller et par trådløse hovedtelefoner.

Imens netværksfunktioner lægger en del på prisen på en forstærker, er Bluetooth-kredsløbet billigt, så mange forstærkere uden netværksstreaming tilbyder stadig mulighed for Bluetooth. Det gælder både de allerbilligste og kostbare high end-forstærkere, hvor audiofile købere ville rynke på næsen over at spilde penge på netværksstreaming – men stadig godt vil have det lidt nemt, når der skal lyd på festen.

TV

Stereoanlægget kan bruges til andet end at spille musik. Og når fjernsynet alligevel skal stå og fylde op midt på stuevæggen, ville det være synd og skam ikke at udnytte anlægget til at få bedre lyd på ”Yellowstone.” Lyden fra fjernsyn er udelukkende digital, og den bedste løsning er at bruge forstærkerens HDMI-indgang, hvis den findes. Alternativt har de allerfleste fjernsyn også en optisk digitaludgang.

Fordelen ved at bruge HDMI er, at den giver adgang til at styre lydstyrken via TV’ets fjernbetjening. Og hvis billede og lyd ikke er helt synkrone, kan man normalt justere forsinkelsen af lyden i TV’ets opsætning. Disse muligheder giver den optiske udgang ikke.

Digitalkonverteren

Digitalkonverteren – eller DAC’en – kan alt efter udgangspunkt betragtes som både en signalkilde og en forlængelse af forstærkeren.

Som navnet siger, er digitalkonverterens opgave er at omdanne det digitale signal fra for eksempel en CD-afspiller eller en streamer til et analogt lydsignal. Udgangssignalet fra en DAC kan tilsluttes til en hvilken som helst analog linjeindgang på forstærkeren.

Hvis DAC’en har indbygget volumenkontrol, kan den i mange tilfælde helt erstatte en forforstærker. I så fald kan den sluttes direkte til en effektforstærker eller til et sæt aktive højttalere. Kombinationen af DAC og hovedtelefonforstærker er også ret udbredt.

Stik og signaler

Som modtager af signaler fra digitale enheder er det vigtigt, at konverteren understøtter de signaltyper og forbindelser, der bruges i anlægget. Hvis den har RCA-indgange for koaksiale signaler, Toslink for optiske signaler samt en HDMI-indgang til lyd fra fjernsynet, er man normalt dækket ind. En USB-B-port gør det muligt at afspille lyd fra en computer. I dette tilfælde fungerer DAC’en som et eksternt lydkort.

Den koaksiale forbindelse, der mere korrekt kaldes S/PDIF for Sony/Philips Digital Interface, understøtter signaler med en samplingfrekvens op til 48 kHz og op til 24 bits dybde.

Den optiske Toslink-forbindelse har samme opløsning som den koaksiale, når den bruges til stereo, men der er en del forvirring, eftersom samme stik- og kabeltype i professionelt lys kan bruges til flere kanaler og højere samplefrekvens (op til fire kanaler med 24-bit/96 kHz).

USB-forbindelse giver mulighed for at overføre digitale lydsignaler med langt højere opløsning. DSD-signaler fra SACD-afspillere har samplefrekvenser i megahertzområdet.

Audiosiden af HDMI understøtter op til otte lydkanaler med samplefrekvens op til 192 kHz og 24 bits dybde.

Får vi en CD-renæssance?

Da CD’erne nåede det danske marked i første halvdel af 1980’erne, blev det nye medie hyldet (og markedsført) som arvtageren for den forældede vinyl-LP. Og stadigt stigende salgstal for CD, side om side med lige så stadigt faldende salgstal for LP-plader tydede da også på, at profetien var sand.

I dag er situationen den modsatte. Salget af vinyler har de seneste år været højere end salget af CD’er. Det skyldes i lige høj grad stigende interesse for analoge medier og svigtende interesse for fysiske CD’er.

Om CD’en på sigt vil opleve den samme nostalgiske renæssance som LP’en, er et åbent spørgsmål. Imens mange Hi-Fi-producenter for få år siden erklærede, at de nu havde lanceret deres sidste CD-afspiller, ser vi nu regelmæssigt nye afspillere – fra de selv samme producenter. Denne artikels forfatter har for mange år siden solgt LP-samlingen, men holder fast på sin CD-samling. Og lytter i øvrigt fortrinsvis via streaming eller rippede musikfiler på en server.

Imens vinyl og CD kan konkurrere indbyrdes, er den virkelige vinder streaming. Langt de fleste vælger nemlig bekvemmeligheden først – og lytter til musik via en af de store musikstreamingtjenester.

Jitter

CD-afspillere lider ikke af wow og flutter på samme måde som pladespillere, men der findes en digital pendant til problemet med ustabil gang, kaldet jitter.

Jitter er tidsvariationer i det clocksignal, der styrer konverteringen til analog lyd. Da digital lyd er afhængig af præcis timing for at kunne rekonstruere lyden korrekt, kan bits, der ankommer ud af takt, skabe forvrængning i form af såkaldte artefakter, der reducerer klarheden. Jitter kan også føre til dårligere rumgengivelse og stereoperspektiv.

Jitter kan også opstå som følge af støj i digitalkabler mellem en afspiller og digitalkonverteren.

Nogle digitalkonvertere rummer en buffer, hvor signalet gemmes i kort tid for derpå at bliver ”reclocket” efter en egen, ultrastabil clock-generator.

Der er ingen trappetrinskurve

Et af de mest vedholdende argumenter imod digital lyd er, den såkaldte trappetrinskurve, der skal illustrere, hvordan et digitalt signal består af en række samplede talværdier for lydniveauer. Visuelt siger det sig selv, at et signal med det udseende må lyde unaturligt.

Det er bare ikke sandt. Der er i virkeligheden ikke nogen trappetrin.

At digitalsignalet består af distinkte talværdier, er sådan set korrekt. Men resultatet når det digitale signal afspilles, bliver alligevel en jævn kurve, der følger den oprindelige bølgeform på det analoge signal.

Det handler om overtoner og gennemsnitsværdier.

For at skabe den trindelte bølgeform skulle digitalkonverteren for det første have en nærmest uendelig høj grænsefrekvens, da forskellen på en firkantkurve og en sinuskurve er netop overtoner. Og frekvensområdet på digitalmediet er jo afgrænset til det halve af samplefrekvensen. Det betyder, at de stejle flanker i trappekurven slet ikke kan opstå – og følgende heller ikke gengives. For det andet er der dithering, som er støj, der tilsættes til signalet for netop at udglatte ujævnheder mellem de samplede værdier.

Nyquist-Shannon teoremet

I praksis viser det sig, at selv om antallet af samples på en given bølge bliver få, når frekvensen nærmer sig grænsen for systemet (ved den øverste grænse på 20 kHz vil der kun være to målinger per svingning), vil den bølgeform, der kommer ud af konverteren være identisk med den, der kom ind gennem filteret, da signalet blev digitaliseret.

At man kan nå noget, der i praksis er perfekt med en metode med åbenlyse begrænsninger, virker uforståeligt, men fysikerne og matematikerne E.T. Whittaker, Harry Nyquist og Claude Shannon har i deres teoretiske arbejde, der er kendt som Nyquist-Shannon-teoremet, bevist, at man med en samplefrekvens på det dobbelte af signalfrekvensen kan genskabe al informationen i signalet.