O ήχος στην δορυφορική TV

Featured | Η όρεξή μας έχει ανοίξει για τα καλά με την άνθιση των καναλιών υψηλής ευκρίνειας, οπότε οι μερακλήδες αναζητούν την αντίστοιχη ποιότητα και στον ήχο. Είναι όμως τα πράγματα ευοίωνα σε αυτό το παραμελημένο κομμάτι του δορυφορικού κόσμου;Η ψηφιοποίηση του αναλογικού σήματος περιλαμβάνει δύο βασικές παραμέτρους: την κβάντιση και τη δειγματοληψία. Κβάντιση είναι η διαδικασία μετατροπής των τιμών ενός αναλογικού μεγέθους σε ψηφιακή μορφή. Σε κάποια στιγμή που θα αποφασίσουμε να μετρήσουμε την τάση του ηλεκτρικού σήματος που αντιπροσωπεύει τον ήχο, οι πιθανές τιμές που μπορεί να έχει είναι άπειρες, επειδή το μέγεθος είναι αναλογικό. Οι ψηφιακές τιμές, όμως, που έχουμε στη διάθεσή μας για την αντιστοιχία είναι πεπερασμένες, π.χ. 2 εις την 16, όταν το λεγόμενο μήκος ψηφιακής λέξης είναι 16bit. Αποτέλεσμα είναι κάποιες πολύ γειτονικές αναλογικές τιμές τάσης αναγκαστικά να παίρνουν την ίδια ψηφιακή τιμή. Άρα, όσο περισσότερες ψηφιακές τιμές έχουμε στη διάθεσή μας (π.χ. 24bit) τόσο ακριβέστερη είναι η αντιστοιχία μας. Δειγματοληψία είναι η διαδικασία της λήψης δειγμάτων ενός αναλογικού σήματος για να υποστούν κβάντιση. Η συχνότητα δειγματοληψίας δείχνει πόσο συχνά πραγματοποιούμε τη διαδικασία αυτή. Στις προδιαγραφές του CD, η τιμή της είναι 44,1kHz, τιμή που έχει σχέση με το άνω όριο του ακουστού φάσματος (20Hz – 20kHz), αφού η θεωρία επιβάλλει τουλάχιστον διπλάσια συχνότητα δειγματοληψίας από την υψηλότερη ηχητική συχνότητα που θέλουμε να κωδικοποιήσουμε. Το CD υιοθέτησε τη μέθοδο ψηφιακής κωδικοποίησης PCM, που σε άλλα μέσα (DVD-Audio) έχει φτάσει σε συχνότητα δειγματοληψίας μέχρι και 192kHz, αφού, θεωρητικά, όσο μεγαλύτερη η συχνότητα τόσο καλύτερο το ηχητικό αποτέλεσμα.

Αναίμακτη απώλεια δεδομένων;

Στη μετάδοση των ψηφιακών σημάτων, καταλυτικό ρόλο παίζει ο ρυθμός ροής της πληροφορίας (bitrate), που για τα ηχητικά σήματα μετριέται σε kbps, δηλαδή σε χιλιάδες bit ανά δευτερόλεπτο. Ορίζεται ως ο αριθμός καναλιών, επί το μήκος ψηφιακής λέξης, επί τη συχνότητα δειγματοληψίας. Για παράδειγμα, στο CD έχουμε: 2κανάλια x 16bit x 44,1kHz = 1.411,2kbps. Η μέγιστη ροή εξαρτάται φυσικά από τις δυνατότητες του αντίστοιχου hardware. Όσον αφορά την εικόνα, η απαιτούμενη ροή πληροφορίας είναι αρκετές τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από αυτήν του ήχου, με αποτέλεσμα να πρέπει να βρεθούν τρόποι μείωσής της για να μπορούμε να συζητάμε για ρεαλιστικές δυνατότητες μετάδοσης. Απαιτούνται δηλαδή κάποιοι τρόποι κωδικοποίησης, οι λεγόμενοι απωλεστικοί αλγόριθμοι ή αλγόριθμοι συμπίεσης, που είναι διαδικασίες κωδικοποίησης του σήματος, ώστε να πετιέται η «άχρηστη» πληροφορία, χωρίς αξιόλογες επιπτώσεις στην ποιότητα εικόνας. Με τον όρο άχρηστη, εννοούμε την πληροφορία που επαναλαμβάνεται ή που δεν γίνεται αντιληπτή από τα μάτια μας ή που δεν είναι τόσο σημαντική στη διαμόρφωση του τελικού αποτελέσματος. Έτσι εφευρέθηκαν οι γνωστοί αλγόριθμοι MPEG, που ξεκίνησαν από τον MPEG-1 για το VCD, τον MPEG-2 για το DVD και τις δορυφορικές εκπομπές DVB-S, ενώ κυριαρχεί πλέον ο MPEG-4, που, όσον αφορά τα δορυφορικά, εφαρμόζεται κατά βάση στο πρότυπο DVB-S2, ενώ μειώνει δραστικά και το μέγεθος των διακινούμενων αρχείων εικόνας στο διαδίκτυο. Οι αλγόριθμοι αυτοί είναι γεγονός ότι έχουν πετύχει εκπληκτικά αποτελέσματα, προσφέροντας θαυμάσια ποιότητα εικόνας (MPEG-2 και MPEG-4) με μεγάλους λόγους συμπίεσης, μειώνοντας δηλαδή παράλληλα τη ροή πληροφορίας πολλές φορές σε σχέση με τη ροή του αρχικού ασυμπίεστου σήματος. Η τεχνολογική αυτή δυνατότητα, όμως, δεν μπορεί από μόνη της να μας δώσει άριστα αποτελέσματα, αφού η εμπορική της εκμετάλλευση καθορίζει τους κανόνες του παιχνιδιού. Κάποιος παροχέας, λοιπόν, έχει τη δυνατότητα να γεμίσει τον διαπομπό του με πολλά κανάλια μικρής ροής δεδομένων ή με λίγα μεγάλης (το κόστος είναι το ίδιο), σερβίροντας στον καταναλωτή μέτρια ή καλή, αντίστοιχα, ποιότητα.

Ανάλογες φυσικά συμπιέσεις επιβλήθηκαν και στον ήχο. Εδώ έχουμε το ηχητικό τμήμα των αλγορίθμων MPEG, με τους MPEG-1 audio layer II (MP2) και MPEG-1 audio layer III, το πασίγνωστο από την άνθησή του στο διαδίκτυο MP3. Υπάρχει και ο νεότερος και αποτελεσματικότερος αλγόριθμος AAC, ενώ φυσικά δεν μπορούμε να μην αναφέρουμε τον AC3, τον απολεστικό αλγόριθμο του Dolby Digital, που κυριάρχησε στο DVD. Οι απολεστικοί αλγόριθμοι για τον ήχο βασίζονται στο φαινόμενο της ηχητικής σκίασης, σύμφωνα με το οποίο το αυτί δεν ακούει κάποιες συχνότητες, όταν ηχούν ταυτόχρονα με κάποιες άλλες, άρα αυτές μπορούν να αφαιρεθούν από το σήμα (perceptual algorithms). Μόνο που τα αυτιά φαίνεται να μην ξεγελιούνται τόσο εύκολα όσο τα μάτια! Αποτέλεσμα η επιστροφή σε μη απολεστικές καταστάσεις (SACD, DVD-Audio, Dolby TrueHD).

Όσον αφορά τις δορυφορικές μεταδόσεις, τα πράγματα είναι ξεκάθαρα: ο ήχος των αγαπημένων μας δορυφόρων είναι σχεδόν αποκλειστικά MP2 ή Dolby Digital (AC3).  

MP2

Ο αλγόριθμος MPEG-1 audio layer II γεννήθηκε στα τέλη της δεκαετίας του ’80 και ενσωματώθηκε στα πρότυπα ψηφιακών τηλεοπτικών και ραδιοφωνικών μεταδόσεων DVB και DAB αντίστοιχα. Το πρότυπο MPEG-1 περιλαμβάνει τρία audio layers, δηλαδή τεχνικές κωδικοποίησης του ήχου, που έχουν πλέον καθιερωθεί με τις ονομασίες MP1, MP2 και MP3. Το MP2 περιλαμβάνει τρεις συχνότητες δειγματοληψίας στα 32, 44,1 και 48 kHz, ενώ οι υποστηριζόμενοι ρυθμοί ροής πληροφορίας είναι 32, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 160, 192, 224, 256, 320 και 384 kbps. Τα δορυφορικά κανάλια εκπέμπουν στη συντριπτική τους πλειοψηφία σε 48kHz με ελάχιστα να έχουν επιλέξει το CD στάνταρ 44,1kHz και ακόμα πιο λίγα τα 32kHz. Οι πλέον συνηθισμένοι ρυθμοί είναι τα 64, 96, 128, 160, 192 και 256 kbps. Το MP2 διαθέτει τέσσερα φορμά μετάδοσης: mono, stereo, joint stereo και dual. Τα δύο πρώτα είναι η γνωστή μονοφωνική και στερεοφωνική μετάδοση. Το dual είναι δύο ανεξάρτητα κανάλια μονοφωνικού ήχου, πρακτική ιδιαίτερα χρήσιμη για την εκπομπή προγραμμάτων σε δύο γλώσσες, ενώ το joint stereo είναι μια τεχνική κωδικοποίησης της στερεοφωνικής πληροφορίας με στόχο την απαίτηση μικρότερου bitrate για ίδιας ποιότητας αποτέλεσμα. Το MP2 έχει υποδεέστερη ποιότητα ήχου από τον διάσημο απόγονό του MP3 για bitrate μικρότερα από 192kbps. Από 192kbps και πάνω η ποιότητά τους κυμαίνεται στα ίδια επίπεδα, το MP2 όμως θεωρείται λιγότερο επιρρεπές σε σφάλματα, γι’ αυτό και εξακολουθεί να χρησιμοποιείται στις ραδιοτηλεοπτικές μεταδόσεις. 

AC3

Η πολυκάναλη δορυφορική μετάδοση υλοποιείται με το σύστημα Dolby Digital που χρησιμοποιεί τον απωλεστικό αλγόριθμο AC3. Ο αλγόριθμος αυτός μπορεί να κωδικοποιήσει από 1.0 έως 5.1 κανάλια. Διευκρινίζουμε ότι το Dolby Digital δεν σημαίνει υποχρεωτικά έξι κανάλια. Οι συνηθισμένες περιπτώσεις στον δορυφορικό χώρο είναι οι εκπομπές 2.0 και 5.1. Η συχνότητα δειγματοληψίας είναι 32, 44,1 και 48kHz με την τελευταία να είναι αυτή που χρησιμοποιείται στις δορυφορικές μεταδόσεις. Οι υποστηριζόμενοι ρυθμοί είναι οι ίδιοι με αυτούς του MP2, με επιπλέον τους 448, 512, 576 και 640 kbps. Οι πλέον εφαρμοζόμενοι στην πράξη είναι οι 384 και 448 kbps. Ο AC3 επιτυγχάνει εντυπωσιακό λόγο συμπίεσης με παράλληλα αξιόλογο αποτέλεσμα. Για παράδειγμα μια ασυμπίεστη ροή 6 κανάλια x 18bit x 48kHz = 5.184kbps μειώνεται στα 384kbps με λόγο συμπίεσης 13,5. 

Συμπίεση χωρίς απώλειες

Υπάρχουν αλγόριθμοι συμπίεσης , οι λεγόμενοι μη απωλεστικοί, όπου δεν υπάρχει απώλεια δεδομένων. Για παράδειγμα, ο πολύ αποτελεσματικός FLAC οδηγεί σε συμπίεση γύρω στο 50%. Αυτός είναι και ο λόγος που η χρήση απωλεστικών αλγορίθμων με υψηλότερα bitrate είναι άνευ ουσίας.

Στον πίνακα 1 μπορείτε να δείτε πειραματικά συμπεράσματα της σύγκρισης ως προς την ηχητική τους ποιότητα τεσσάρων δημοφιλών απωλεστικών αλγορίθμων για διάφορα bitrate σε δικάναλη ακρόαση. Ο πίνακας 2 δείχνει τη ροή πληροφορίας και την αντίστοιχη συμπίεση που απαιτείται για κάθε απωλεστικό αλγόριθμο, ώστε η ποιότητα ήχου να προσεγγίζει αυτήν του CD, ενώ στον πίνακα 3 βλέπουμε τα bitrate που χρησιμοποιούνται στους δορυφόρους Astra 19,2Ε και Hot Βird 13E. Οι χρωματισμοί κόκκινο – κίτρινο – πράσινο δείχνουν αύξουσα διαβάθμιση ποιότητας ήχου. 

Συνδεσμολογία

Στα διαγράμματα με τίτλο «πολυκάναλη και δικάναλη ακρόαση» βλέπουμε τις διάφορες δυνατότητες συνδεσμολογίας που προσφέρει ένας δορυφορικός δέκτης σε επίπεδο audio. Οι κόκκινες διαδρομές του σήματος προτείνονται περισσότερο από τις μπλε.

Για να ακούσουμε πολυκάναλο πρόγραμμα, απαιτείται η σύνδεση της εξόδου S/PDIF του δέκτη μας με την αντίστοιχη είσοδο ενός ενισχυτή AV. Σε περίπτωση που έχουμε δυνατότητα επιλογής μεταξύ οπτικής και ομοαξονικής σύνδεσης, πρέπει να προτιμηθεί η δεύτερη που υπερτερεί θεωρητικά στα χαρακτηριστικά. Εφόσον παρέχεται δυνατότητα σύνδεσης HDMI, αυτή πρέπει να προτιμηθεί περισσότερο για λόγους ευκολίας και λιγότερο για λόγους ποιότητας. Κι αυτό γιατί οι δορυφορικές εκπομπές δεν εκμεταλλεύονται ακόμα την υπεροχή της σε χαρακτηριστικά. Σημειωτέον ότι δεν οδηγούν όλοι οι HD δέκτες το πολυκάναλο σήμα στην έξοδο HDMI, οπότε σε τέτοια περίπτωση η λύση για καθαρόαιμη εξακάναλη ακρόαση είναι μόνον η διασύνδεση S/PDIF. Βέβαια, αν επιμείνετε στην HDMI, μπορείτε να προσομοιώσετε τα 5.1 κανάλια με κάποιο πρόγραμμα DSP του ενισχυτή AV, αλλά η διαφορά από τα πραγματικά 5.1 είναι μεγάλη. Την ίδια προσομοίωση μπορείτε να πετύχετε, αν έχετε συνδέσει αναλογικά (Line) δέκτη και ενισχυτή AV. Με τον τρόπο αυτό μπορείτε να ακούσετε και ένα δικάναλο πρόγραμμα σε προσομοίωση εξακάναλου με περισσότερο εφετζίδικο παρά ουσιαστικό προσανατολισμό.

Για στερεοφωνική αναπαραγωγή, ο ενισχυτής AV δεν είναι απαραίτητος, αλλά αρκεί (και μάλιστα είναι προτιμότερος) ένας δικάναλος ολοκληρωμένος ενισχυτής σε αναλογική σύνδεση Line. Πρωτεύουσα επιλογή, βέβαια, είναι η λήψη του σήματος από την ψηφιακή S/PDIF έξοδο του δέκτη (και εδώ είναι καλύτερη λύση η ομοαξονική) και η οδήγησή του στον ενισχυτή μέσω ενός DAC, που οπωσδήποτε θα είναι καλύτερης ποιότητας από τον ενσωματωμένο στον δορυφορικό δέκτη. Εναλλακτικά, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο DAC ενός CD recorder, εφόσον παρέχει τις απαιτούμενες εισόδους (πράγμα που σπανίζει), ενώ πολύ αξιόλογη και σχετικά φθηνή είναι η λύση μιας εξωτερικής audio κάρτας για PC, που μπορεί να λειτουργεί και ως stand alone DAC. Εδώ, θα πρέπει να ρυθμίσουμε το δέκτη να δίνει σήμα PCM στην ψηφιακή του έξοδο, ώστε να κάνει downmix σε πολυκάναλο σήμα κι έτσι να μπορούμε να ακούμε και κανάλια Dolby Digital από τη δικάναλη διάταξή μας. 

Εντυπώσεις ακροάσεων

Τα πράγματα στην πράξη δεν είναι πολύ ρόδινα, γεγονός που εξηγεί και την επανεμφάνιση – ανάγκη μη απωλεστικών φορμά ήχου. Όσον αφορά το στερεοφωνικό πρόγραμμα, ευτυχώς που υπάρχουν και κάποια γερμανικά ραδιοφωνικά κανάλια στον Astra 19,2Ε που εκπέμπουν στα 320kbps, όπου σε περίπτωση που και το πρωτογενές υλικό είναι καλής ποιότητας (σημειωτέον ότι το πρωτογενές υλικό είναι το άλφα και το ωμέγα και σε εικόνα και σε ήχο) διαπιστώνει κανείς μια ποιότητα ήχου αρκετά κοντά στο CD, λίγο υποδεέστερη πάντως. Τα προβλήματα εστιάζονται κυρίως σε μια συμπίεση της δυναμικής περιοχής και μια έλλειψη καθαρότητας και ανάλυσης στις υψηλές συχνότητες του ακουστού φάσματος. Φυσικά, για τους μερακλήδες του ήχου, ούτε λόγος για χαμηλότερα bitrate.

Στην περίπτωση των κινηματογραφικών ταινιών, όμως, που το κύριο μέλημα είναι τα εφέ και η ενσωμάτωση του θεατή μέσα στην ηχητική δράση, τα πράγματα είναι διαφορετικά, αφού οι εκπομπές πετυχαίνουν το στόχο τους στο επιθυμητό επίπεδο. Αν, βέβαια, αντί για την κλασική εναλλακτική λύση του δίσκου DVD, δοκιμάσετε ένα Blu-ray και επιλέξετε μια μη απωλεστική πίστα ήχου PCM, Dolby TrueHD ή DTS-HD Master Audio, τότε βρίσκεστε και πάλι σε έναν δρόμο χωρίς επιστροφή!