Hi-Fi Skolen del 4

I siste avsnitt skrev vi om de klassiske analoge signalkildene. Men selv om platespilleren har opplevd en imponerende renessanse, er det meste av lyden som sendes gjennom stereoanlegget, digital.

Da Sony CDP-101 som den første CD-spilleren ble lansert i oktober 1982, var det ikke bare snakk om et nytt media, men om et helt nytt paradigme innenfor musikkdistribusjon. Alle lydmedier før den tid hadde vært analoge, noe som vil si at det var en umiddelbar proporsjonalitet mellom originallyden og det lagrede signalet. Ved digital lagring blir lydsignalet oversatt til binære tallkoder – lange sekvenser av nuller og ettall. Og man kan ikke ved å studere de mange hundre millionene av tallkoder på en CD avgjøre om den inneholder Beethovens niende symfoni eller Encyclopedia Britannia.

Digitalt fra ende til annen

I virkeligheten er stort sett all musikk i dag digital fra ende til annen. I CD-ens barndom kunne man på CD-er finne den såkalte SPARS-koden som besto av tre bokstaver, som enten var A for analog eller D for digital. Første bokstav forteller om opptaket er analogt eller digitalt. Neste bokstav handler om miksingen, mens siste bokstav gjelder masteringprosessen. En CD merket med DDD er altså tatt opp, mikset og mastret digitalt, mens en digitalisering av et gammelt opptak, hvor det bare er laget en ny digital master, vil være merket AAD.

I dag hører det til sjeldenhetene at det inngår analog behandling i produksjonen. Alt fra opptak til mastering foregår ”i maskinen,” og i mange tilfeller er ikke engang instrumentene fysiske, men apper og plug-ins.

For å tilføye en smak av analogt nærvær kan det imidlertid skje at studioteknikeren sender signalet en tur gjennom en spolebåndsopptaker før det viderebehandles digitalt. For så til slutt å bli utsendt i en digital utgave til streaming. Og naturligvis også i en utgave på vinyl – med den autentiske, analoge lydkvaliteten.

Samplefrekvens og oppløsning

Når et signal digitaliseres, skjer det ved å sample (måle) nivået mange ganger i sekundet. Jo flere ganger, jo høyere frekvenser kan gjengis.

På en musikk-CD er samplefrekvensen 44,1 kHz og nøyaktigheten 16-bit. Det betyr at CD-er har et frekvensområde som i teorien går til 22,05 kHz. I praksis skjæres det skarpt over 20 kHz. Bit-dybden er et utrykk for den nøyaktigheten som det digitale signalet følger den analoge lyden med. En bit-dybde på 16 bit vil si at det kan være 65,536 signalnivåer. Fra absolutt stilhet til full utstyring.

CD-en har blitt kritisert for å ha et begrenset dynamikkområde sammenlignet med den profesjonelle verdens 24 bit. 16 bit gir et maksimalt dynamikkområde på 96 dB. Men da støynivået i normale boliger ligger på 35–40 dB eller høyere, og smertegrensen ligger på 120 dB, er det mer enn rikelig. Til sammenligning er dynamikkområdet på vinylplater 60–70 dB.

Oversampling

For å skille lydsignalet fra samplefrekvensen på 44,1 kHz på CD er det nødvendig å filtrere signalet med et bratt filter. Selv om filteret først setter inn like over 20 kHz, gir det faseforskyvning og ringing, som er hørbart.

En måte å komme – mer eller mindre – utenom begrensningene ved den bratte filtreringen er oversampling. Ved oversampling samples signalet ved en flere ganger høyere frekvens enn den reelle i signalet. Dermed flyttes uønskede frekvenskomponenter høyere opp i frekvens, og blir da lettere å filtrere bort. Det nødvendige analoge filteret kan også gjøres mindre bratt – og mer ørevennlig.

CD-spilleren

Som signalkilde til den klassiske analoge forsterkeren er CD-spilleren lett å ha med å gjøre. Alle analoge linjeinnganger kan brukes – uansett om det står CD, AUX eller noe helt annet på knappen. I praksis leverer CD-spilleren normalt et litt kraftigere signal enn for eksempel en tuner. Så lydstyrken skal ikke skrus så høyt opp for å overstyre forsterkeren helt.

Bedre CD-spillere har en eller flere digitalutganger hvor det digitale signalet ledes utenom den innebygde digitalkonverteren. Hvis forsterkeren din har en digitalinngang, eller du har investert i en separat digitalkonverter (DAC), vil du sannsynligvis få bedre lydkvalitet den veien. En ny digitalkonverter kan være en måte å forlenge livet for en stabil, men eldre CD-spiller.

”Den perfekte, feilfrie lyden”

Da CD-mediet ble introdusert, ble CD-en promovert som det perfekte lydmediet uten noen feil. Lyden ville til enhver tid være komplett fri for støy og forvrengning. Også selv om man i mellomtiden hadde brukt den sølvskinnende platen som frisbee eller kakekniv. Det sørget systemets innebygde feilkorreksjon for.

Det er riktig at CD-platene ikke lider av overflatestøy, men de var ikke fullt så robuste som reklamene påstod. Fingeravtrykk er ikke et problem, men selv små riper i overflaten kan føre til utfall i lyden eller klikk-lyder. Spesielt hvis ripene går på tvers, og dermed gir lange hull i datastrømmen.

Streameren

For de fleste er strømming blitt avløseren for både vinyl, CD og andre fysiske medier. Musikktjenester som Tidal og Qobuz tilbyr deg adgang til over 100 millioner musikkstykker med et par trykk på mobilskjermen. I samme kvalitet som CD eller enda høyere. Kan man nøye seg med lavere lydkvalitet, er YouTube og Spotify billigere eller gratis alternativer.

Der er flere måter å få den strømmede musikken inn i anlegget. Mange moderne forsterkere har innebygde nettverkstjenester med support for de største strømmetjenestene.

Nettverksstreameren kan også være et separat apparat som kan plasseres i stereo-racket, hvor den også kan brukes til å spille musikkfiler fra en nettverksserver (NAS) eller en USB-tilkoblet harddisk.

Akkurat som CD-spilleren kan en separat streamer kobles til en hvilken som helst analog linjeinngang på forsterkeren. Eller tilkobles digitalt hvis forsterkeren har innebygd DAC.

Bluetooth

Den enkleste og mest primitive måten å få digital musikk inn i forsterkeren på, er via Bluetooth. Bluetooth har – med rette – et rykte for å levere dårlig lydkvalitet, da signalet i nesten alle tilfeller må komprimeres hardt. Men det er praktisk og enkelt, og selv de minst teknisk anlagte kan strømme musikk fra mobilen til forsterkeren på samme måte som de ville gjort det til en bærbar høyttaler eller et par trådløse hodetelefoner.

Mens nettverksfunksjoner legger en del på prisen på en forsterker, er Bluetooth-kretsløpet billig, så mange forsterkere uten nettverksstrømming tilbyr fortsatt mulighet for Bluetooth. Det gjelder både de aller billigste og kostbare high end-forsterkere, hvor audiofile kjøpere ville rynke på nesen over å kaste bort penger på nettverksstrømming – men fortsatt gjerne vil ha det litt lett når man skal ha lyd på festen.

TV

Stereoanlegget kan brukes til annet enn å spille musikk. Og når TV-en likevel skal ta plass midt på stueveggen, ville det være synd og skam å ikke utnytte anlegget til å få bedre lyd på ”Yellowstone.” Lyden fra TV-en er utelukkende digital, og den beste løsningen er å bruke forsterkerens HDMI-inngang, hvis den finnes. Alternativt har de aller fleste TV-er også en optisk digitalutgang.

Fordelen ved å bruke HDMI er at den gir adgang til å styre lydstyrken via TV-ens fjernkontroll. Og hvis bilde og lyd ikke er helt synkrone, kan man normalt justere forsinkelsen av lyden i TV-ens oppsett. Den optiske utgangen mangler disse mulighetene.

Digitalkonverteren

Digitalkonverteren – eller DAC-en – kan alt etter utgangspunktet betraktes som både en signalkilde og en forlengelse av forsterkeren.

Som navnet tilsier, er digitalkonverterens oppgave å omdanne det digitale signalet fra for eksempel en CD-spiller eller en streamer til et analogt lydsignal. Utgangssignalet fra en DAC kan kobles til en hvilken som helst analog linjeinngang på forsterkeren.

Hvis DAC-en har innebygd volumkontroll, kan den i mange tilfeller helt erstatte en forforsterker. I så fall kan den kobles direkte til en effektforsterker eller til et par aktive høyttalere. Kombinasjonen av DAC og hodetelefonforsterker er også ganske utbredt.

Kontakter og signaler

Som mottaker av signaler fra digitale enheter er det viktig at konverteren støtter de signaltypene og forbindelsene som brukes i anlegget. Hvis den har RCA-innganger for koaksiale signaler, Toslink for optiske signaler, samt en HDMI-inngang til lyd fra TV-en, er man normalt dekket. En USB-B-port gjør det mulig å spille av lyd fra en datamaskin. I dette tilfellet fungerer DAC-en som et eksternt lydkort.

Den koaksiale forbindelsen, som mer korrekt kalles S/PDIF for Sony/Philips Digital Interface, støtter signaler med en samplingfrekvens opptil 48 kHz og opptil 24 bits dybde.

Den optiske Toslink-forbindelsen har samme oppløsning som den koaksiale når den brukes til stereo, men det er en del forvirring ettersom samme kontakt- og kabeltype i profesjonelt lys kan brukes til flere kanaler og høyere samplefrekvens (opptil fire kanaler med 24-bit/96 kHz).

USB-forbindelsen gir mulighet for å overføre digitale lydsignaler med langt høyere oppløsning. DSD-signaler fra SACD-spillere har samplefrekvenser i megahertz-området.

Audiosiden av HDMI støtter opptil åtte lydkanaler med samplefrekvens opptil 192 kHz og 24 bits dybde.

Får vi en CD-renessanse?

Da CD-ene nådde det norske markedet i første halvdel på 1980-tallet, ble det nye mediet hyllet (og markedsført) som arvtakeren til den foreldede vinyl-LP-en. Og stadig stigende salgstall for CD-er, side om side med like fortsatt synkende salgstall for LP-plater, tydet da også på at profetien var sann.

I dag er situasjonen den motsatte. Salget av vinyl har de seneste årene vært høyere enn salget av CD-er. Det skyldes i like høy grad stigende interesse for analoge medier og sviktende interesse for fysiske CD-er.

Om CD-en på sikt vil oppleve den samme nostalgiske renessansen som LP-en, er et åpent spørsmål. Mens mange hi-fi-produsenter for få år siden erklærte at de nå hadde lansert sine siste CD-spillere, ser vi nå regelmessig nye spillere – fra de samme produsentene. Forfatteren av denne artikkelen har for mange år siden solgt LP-samlingen, men holder fast på CD-samlingen sin. Og lytter for øvrig fortrinnsvis via strømming eller rippede musikkfiler på en server.

Mens vinyl og CD kan konkurrere innbyrdes, er den virkelige vinneren strømming. De aller fleste velger nemlig bekvemmeligheten først – og lytter til musikk via en av de store musikkstrømmetjenestene.

Jitter

CD-spillere lider ikke av wow og flutter på samme måte som platespillere, men det finnes en digital pendant til problemet med ustabil gang, kalt jitter.

Jitter er tidsvariasjoner i det klokkesignalet som styrer konverteringen til analog lyd. Da digital lyd er avhengig av presis timing for å kunne rekonstruere lyden korrekt, kan bits som kommer ut av takt, skape forvrengning i form av såkalte artefakter som reduserer klarheten. Jitter kan også føre til dårligere romgjengivelse og stereoperspektiv.

Jitter kan også oppstå som følge av støy i digitalkabler mellom en avspiller og digitalkonverteren.

Noen digitalkonvertere rommer en buffer, hvor signalet lagres i kort tid for så å bli ”reklokket” etter en egen, ultrastabil klokke-generator.

Det er ingen trappetrinnskurve

Et av de mest vedvarende argumentene mot digital lyd er den såkalte trappetrinnskurven som skal illustrere hvordan et digitalt signal består av en rekke samplede tallverdier for lydnivåer. Visuelt sier det seg selv at et signal med det utseendet må låte unaturlig.

Det er bare ikke sant. Det er i virkeligheten ikke noen trappetrinn.

At digitalsignalet består av distinkte tallverdier, er sånn sett korrekt. Men resultatet når det digitale signalet avspilles, blir likevel en jevn kurve som følger den opprinnelige bølgeformen på det analoge signalet.

Det handler om overtoner og gjennomsnittsverdier.

For å skape den trinndelte bølgeformen skulle digitalkonverteren for det første hatt en nærmest uendelig høy grensefrekvens, da forskjellen på en firkantkurve og en sinuskurve er nettopp overtoner. Og frekvensområdet på digitalmediet er jo avgrenset til halvparten av samplefrekvensen. Det betyr at de bratte flankene i trappekurven slett ikke kan oppstå – og følgelig heller ikke gjengis. For det andre er det dithering, som er støy som tilsettes til signalet for nettopp å glatte ut ujevnheter mellom de samplede verdiene.

Nyquist-Shannon theoremet

I praksis viser det seg at selv om antallet av samples på en gitt bølge blir få når frekvensen nærmer seg grensen for systemet (ved den øverste grensen på 20 kHz vil det bare være to målinger per svingning), vil den bølgeformen som kommer ut av konverteren være identisk med den som kom inn gjennom filteret da signalet ble digitalisert.

At man kan nå noe som i praksis er perfekt med en metode med åpenlyse begrensninger, virker uforståelig, men fysikerne og matematikerne E. T. Whittaker, Harry Nyquist og Claude Shannon har i sitt teoretiske arbeid, som er kjent som Nyquist-Shannon-theorem, bevist at man med en samplefrekvens på det dobbelte av signalfrekvensen kan gjenskape all informasjonen i signalet.