A kvantált jeleket kettes számrendszerbeli sorozattá kódoljuk.

A végeredmény olyan jelsorozat lesz, amely csak egyesekből és nullákból – impulzusokból áll. Ezt az eljárást impulzus kód modulációnak, PCM-nek hívjuk.

Az analóg jelből digitális jel lett. A folyamat végére értünk.

Ez egy parányi videó ugyanerről:

A PCM-jelet a továbbiakban veszteségmentesnek tekintjük. Nem az, hiszen a sávhatárolás, a kvantálási hibák és egyéb torzulások miatt keletkezik veszteség, de mi úgy tekintjük, mintha ezek a veszteségek nem lennének. Világos? Na azért…

Abban az esetben, ha a PCM jel kvantálása egyenletes CBR, LPCM-ről lineáris PCM) beszélünk. LPCM-mel kódolják pl. a legősibb, csak hangot tartalmazó kompakt lemezeket (CD-A).

Most sorra vesszük a digitalizálási folyamat, az analóg-digitális átalakító (AD-konverter) és a PCM jel paramétereit.

A felbontás vagy más néven bitráta azt mutatja meg, hogy az analóg jel hány lépcsőre bontható. A felbontás mértékegysége a bit. Mint láttuk, pl. a 16 bit 65 536 lépcsőt jelent. A felbontások közötti eltérés a képek digitalizálásával jobban szemléltethető. Minél kisebb a felbontás, annál kockásabb (pixelesebb) a kép.

Az LSB a kódolt jel legkisebb helyiértékű bitje.

Az MSB a kódolt jel legnagyobb helyiértékű bitje.

A kivezérlési tartomány (Full Scale) az a bemeneti analóg jeltartomány, amelyet az AD-konverter még túlcsordulás nélkül képes feldolgozni. A túlcsordulás nagyon nagy torzítást eredményezne, hiszen olyan nagy helyi érték, kvantálási lépcső tartozna hozzá, amit a felbontás mértéke már nem enged meg.

A mintavételi frekvencia az az érték, amivel az analóg jelet mintavettük, illetve, az a legmagasabb frekvencia, amellyel az AD-konverter működni képes.

A digitális sebesség, pongyolábban, a bitsebesség azt mutatja meg, hogy másodpercenként mennyi információ rögzíthető vagy vihető át. Mértékegysége bit/s vagy ennek többszöröse, kb/s, Mb/s.

A sávszélesség az az érték, amelyet az aluláteresztő szűrő határoz meg.

A statikus karakterisztika hibaparaméterek azt mutatják meg, hogy az AD-konverter mekkorát hibázott az átalakítás során.
A dinamikus hibajellemzők főként zajparaméterek, illetve arra utalnak, hogy az ideális felbontáshoz képest mennyivel kisebb a tényleges bitráta.

Az AD-átalakítók az elvi folyamathoz képest ma már másképpen működnek ugyan, de ez – egy kivétellel – inkább áramköri kérdés. Az viszont sajnos pénztárca kérdése, hogy minél jobb egy AD-konverter, annál többe kerül. A számítógéped alaplapi hangrészében is van AD-konverter, ami az alaplap árának csak kb. 10%-a, tehát pár ezer Ft. A profi stúdiótechnikában használatos, akár 128 csatornás AD-konverterek ára a tízmillió (!) forintot is meghaladhatja. És akkor a videótechnika AD-konvertereiről még nem is volt szó.

Az analóg-digitális átalakítás végeredménye nemcsak PCM jel lehet. A PCM-hez képest lényegesen jobb minőség érhető el a PDM eljárással. A PDM impulzus sűrűség modulációt jelöl, vagyis azt, hogy minél nagyobb az analóg jel amplitúdója, annál sűrűbben lesznek egyesek a kódolt jelben.

A fenti ábrán egy szinusz jel egyetlen periódusát 100 részre osztottuk. Amikor a szinusz jel amplitúdója növekszik, akkor egyre sűrűbben vannak a kék színű egyesek, amikor csökken, akkor a fehér nullák sűrűsödnek.

A PDM-nek egyik gyakorlati alkalmazása a DSD (direct stream digital). A PCM és a DSD előállítása közötti különbséget mutatja a következő ábra.

Noha a DSD-nél kimarad a különálló kvantálás, mégis kvantált lesz a jel, de a kvantálás-kódolás egyszerre megy végbe. Ha jól megnézed – és bizonyára jól megnézted –, feltűnhetett, hogy a PCM 44,1 kHz-es mintavételi frekvenciájával szemben a DSD mintavételi frekvenciája 2,82 MHz. Ez a 44,1 kHz 64-szerese. A PCM-nél 16 bit a felbontás, a DSD-nél mindössze 1 bit. Ez azért lehetséges, mert a mintavétel sokszorozásával, az úgynevezett túlmintavételezéssel a felbontás csökkenthető. A DSD-nél úgynevezett delta-szigma AD-konvertert használnak, amelynek lényege, hogy mindig csak azt nézi, változott-e a jel nagysága vagy sem, és még a mintavételből adódó hibát is korrigálja. Csupán azért, hogy az élet bonyolultabb legyen, jegyzem meg, hogy azt az elvet, amelyben az előző mintát hasonlítják össze a következővel, és csak a különbséget kódolják, már a PCM-nél is alkalmazták. Az ilyen PCM-nek DPCM (Differenciális PCM) a neve.

Hogy jobban megértsed, a DSD egybites jel azt jelenti, hogy minden bit egy-egy mintavétel – a hanghullám amplitúdójának egyfajta mértéke egy adott időpillanatban. Mivel egy bitnek csak két értéke lehet (0 vagy 1) a DSD adatfolyam csak annyit mond, hogy a hangjel amplitúdója nagyobb (a bit 1) vagy kisebb (a bit 0) mint amekkora az előző mintavétel során volt. Mivel azt nem mondja meg, hogy mennyivel nagyobb vagy kisebb az amplitúdó, nyilvánvaló, hogy nagyon nagyszámú mintavételre van szükség a jel pontos leírásához. A DSD a hagyományos CD mintavételi frekvenciájának 64 szeresét használja: 2.82 MHz-t a 44.1 kHz-cel szemben. Így viszonylag könnyű a mintavételi frekvencia többszörözése.

A DSD legnagyobb előnye, hogy csökkenti a kvantálási zajt, mert azt a teljes, kb. 1 MHz-es mintavételezett tartományba teríti szét, mégpedig úgy, hogy főként 50 kHz fölé söpri. Vagyis a zaj túlnyomó része a számunkra nem hallható sávba esik. A DSD aljassága viszont abban rejlik, hogy semmilyen módosítást – vágást, effektezést – nem visel el. Ahhoz, hogy mégis kozmetikázhassuk, PCM-mé kell alakítani, aztán visszaalakítani. Ezért aztán a stúdiókban nem is használják a PDM-et és a DSD-t, hanem igen nagy felbontású és mintavételezett PCM-et készítenek, azt masszírozgatják addig, ameddig a felvételt a lehető legjobbnak ítélik meg, majd ezt konvertálják DSD-re.

A DSD-t a CD-nél sokkal jobb minőségű, és ma már nem is drágább SACD korongok készítéséhez használják, az eredeti PDM-et pedig digitális kimenetű mikrofonokhoz. Az SACD egyetlen hátránya, hogy számítógépen nem, csak speciális SACD játszón, Playstation 3-on és 4-en, illetve a bluray játszók némelyikén szólaltatható meg. Egyebek mellett ezért is nem olyan népszerű. A táblázatban a CD és az SACD jellemzőit hasonlíthatod össze. Mint láthatod, a táblázat angol nyelvű, mert ennyi szóval bűvészkedjen az, akinek három anyja van.

Annak érdekében, hogy az SACD-ket mezei CD-játszón is le lehessen játszani, általában hibrid lemezeket gyártanak. Két réteg van raktuk: egy CD és egy SACD. Ráadásul az SACD réteg is két részből áll: az egyik, a külső szakasz az 5.1 vagy 7.1 csatornás környezeti térhatású lejátszáshoz készül, a másik szakasz csupán kétcsatornás sztereó.

SACD hazánkban is készült. Ha szereted a szomorú zenét, válogass a Bartók sorozatból!

S ha már a lejátszásnál tartunk, a digitális jeleket vissza is kell alakítani analóggá. Ez – persze, csak elvileg – sokkal kevésbé macerás, mint a DA-átalakítás.

PCM jel esetén a kettes számrendszerbeli jelből visszaállítjuk a mintavett és kvantált PAM jelet. Ezután pedig egy aluláteresztő szűrővel kisimítjuk a lépcsőket.

Az aluláteresztő szűrőnek az átviteli karakterisztikája sinx/x. Meg ne kérdezd, hogy miért!

A napjainkban használatos DA-átalakítók legtöbbször egybitesek. A DA-átalakítók ára is nagy szórást mutat. Az olcsó szerkezeteké pár ezer forint, míg egy high-end, audiofil szerkezet sok százezer forintba kerülhet.

Az SACD lejátszása egyszerűbb, mint a PCM-é: mindössze egy aluláteresztő szűrő szükséges hozzá.

A videón pedig egy jó minőségű, félprofesszionális, sokoldalú lejátszó készüléket beleztek ki.