Hifi-skolan, del 10 – Medieformat

Välkommen till den tionde lektionen av Hifi-skolan, där vi tar oss an ett av hifi-världens mest känsloladdade och tekniskt mest komplexa ämne: medieformatet. Alltså ”paketet” som innehåller musiken allting handlar om.

Vilket medium ger det bästa ljudet och vilka hemligheter gömmer sig under ytan på LP-spåren och i strängarna av ettor och nollor?

I mer än fyra årtionden har hifi-fantaster debatterat om huruvida den ”naturliga” analoga signalen är överlägsen den ”felfria” digitala. Och debatten är äldre än så. Faktum är att musikälskare har haft samma diskussioner varje gång någon har hittat på ett nytt sätt att väcka musik till liv. Med varje teknikgeneration har kvaliteten höjts. Men upplevelsen har också förändrats.

Och svaret på vilket som är bäst? Som med så mycket annat i hifi-världen finns det inte en enda sanning som är huggen i sten. Utan mer ett tveksamt ”… det är komplicerat”.

Den kontinuerliga kärlekshistorien

Analoga system representerar data i en kontinuerlig signal som varierar glidande över tid. Ljudets svängningar fångas upp och lagras i en fysisk, materiell form, där informationen på mediet är direkt proportionell mot signalen som lagras på det.

LP-skivan: Musiken lagras som ett fysiskt spår i vinylen, vars vågor läses av en nål. Nålens rörelser omvandlas till en elektrisk signal som kan bearbetas i förstärkaren.

En LP-skiva är ömtålig och måste hanteras med respekt. Men just den taktila känslan av att vända en skiva, titta på omslaget och fördjupa sig i lyssnandet bidrar till att skapa en känslomässig koppling till musiken som digitala medier sällan kan mäta sig med.

Kassettbandet: Här spelas ljudet in som magnetism i ytbeläggningen på ett 3,81 mm brett plastband. Även om bandet rent tekniskt sett är sämre än vinyl så har det återfått popularitet som ett billigt underground-format.

Att pressa en vinylskiva kräver en stor investering, men vem som helst med en kassettbandspelare kan bli sitt eget skivbolag. Den nostalgiska romantiken och minnet av ungdomens blandatband har förmodligen bidragit till att återuppliva kassettformatet.

Rullbandet: Anses av många purister vara det ultimata analoga formatet. Jämfört med LP-skivan erbjuder det en oöverträffad dynamik och ett brett frekvensomfång. Före 80-talets digitala revolution spelades all musik in på detta sätt i inspelningsstudior.

Medaljens baksida är att det enda sättet att få musik på ett rullband är att spela in det själv. Med undantag för ett fåtal och mycket dyra nischproduktioner är det omöjligt att köpa förinspelade rullband.

Rena siffror och absolut bekvämlighet

I den digitala ljudvärlden översätts ljud till en sträng av binära tal (ettor och nollor) som kan lagras elektroniskt och sedan omvandlas tillbaka till ljud när de spelas upp genom en digitalomvandlare – en så kallad DAC. Till skillnad från den analoga representationen, där det finns ett direkt förhållande mellan lagringen och det lagrade, kan man inte utifrån serien av binära tal bedöma om informationen är Beethovens nia eller förra årets årsredovisning.

Den stora fördelen med digitalt ljud är dess funktionalitet. En digital inspelning kan kopieras utan kvalitetsförlust. Och det är i princip ingen skillnad mellan originalet och kopia nummer hundra.

En annan styrka är bekvämligheten. Tusentals låtar kan lagras på en enda enhet. I den digitala ljudvärldens ungdom var lagringsutrymme ett problem, vilket ledde till utvecklingen av komprimerade format (vilket vi återkommer till). Men i dag kan man bära med sig nästan obegränsade mängder av musik i hög teknisk kvalitet överallt.

Slutligen kan digitalt lagrad musik göras tillgänglig utan att den flyttas rent fysiskt. Digitalisering möjliggör streaming, som ger omedelbar tillgång till alla typer av musik utan det rituella element som vinyl kräver. Och utan att fylla vardagsrumsväggen med LP-hyllor.

Styrkan är kompromissen

Vinylfantaster insisterar envist på att LP-skivorna låter bättre än CD-skivorna. Och det ligger någonting i det. Samma album låter mer autentiskt och levande när det spelas analogt.

Men – med risk för att starta ett religionskrig – orsaken till det bättre ljudet är inte vinylmediets överlägsenhet, utan snarare dess inneboende begränsningar.

När ett album förbereds för utgivning görs en master-inspelning, som ligger till grund för de LP-skivor, CD-skivor och andra medier som säljs. På master-inspelningen anpassas ljudet till det medium som musiken ska släppas på.

Och det är här skillnaden uppstår. För det görs inte bara en enda master, som används för alla ändamål i framtiden. Master-inspelningen till en CD eller för streaming görs vanligtvis för att utnyttja formatet till gränsen – vilket innebär att den låter HÖGT.

Och för att garantera att låten drar till sig maximal uppmärksamhet och inte drunknar i bruset från omgivningen när den spelas på radion används kompression – dynamiken komprimeras kraftigt. Fenomenet som har lett till ett ständigt krympande dynamiskt omfång på musikutgåvor kallas för The Loudness War.

Undvik kompression

Men medan ett digitalt medium inte har några problem med att hantera signaler nära den maximala nivån på 0 dB så går det inte att göra på LP-skivor, eller på kassettband för den delen.

Komprimerade och optimerade digitala signaler, där dynamiken är spänd till bristningsgränsen, skulle i värsta fall få pickupnålen att hoppa ur spåret. Och innan dess skulle ljudet ha blivit förvrängt.

Lösningen är att undvika att komprimera signalen så kraftigt. Vilket har den intressanta bieffekten att musiken låter mer naturlig. För det är den – i stället för att bli komprimerad till öronbedövande oigenkännlighet.

Det sista, tysta spåret

Alla begränsningar är dock inte välsignelser. Du har kanske lagt märke till att den sista låten på varje sida av en LP-skiva ofta är lugnare och mer dämpad. Särskilt på album som gjordes före CD:n.

Valet är inte konstnärligt, utan främst tekniskt. En LP-skiva har helt enkelt lägre upplösning i de innersta spåren eftersom omkretsen är mindre.

Eftersom skivan roterar med en konstant vinkelhastighet (antalet varv per minut) sjunker den linjära hastigheten (hur snabbt spåret passerar nålen) avsevärt ju närmare nålen kommer skivans mitt. För att ta hänsyn till den lägre upplösningen sänks ljudnivån och diskanten begränsas för att undvika förvrängning.

Äpplen och päron

Eftersom förutsättningarna för digitala och fysiska medier är så fundamentalt olika görs inte bara en, utan flera master-inspelningar när ett album släpps på flera medier. Många hifi-entusiaster har säkert försökt spela samma album i analoga och digitala versioner samtidigt och växlat mellan dem för att avgöra vilket medium som låter bäst.

Jämförelsen görs i vetenskapens namn, men i själva verket jämför man äpplen och päron. Eller åtminstone två helt olika sorters äpplen. Eftersom utgångspunkten – mastern – inte är densamma.

Men vilken är den riktiga versionen? Om det är ett album från före CD-eran är svaret relativt enkelt, eftersom inspelningen gjordes från början för att lyssnas på på LP – med formatets fysiska begränsningar.

För musik inspelad under de senaste tre decennierna är det inte lika enkelt. Här kan den digitala versionen faktiskt ligga närmare originalet, medan vinylversionen har en begränsad dynamik.

Och för att göra förvirringen total har många album släppts i remastrade versioner, där ljudkvaliteten har reviderats. Jag är alltid exalterad, men också orolig, när ett av mina favoritalbum kommer i en ny version. Ibland har det faktiskt gått att få ett renare och tydligare ljud. Andra gånger har atmosfären som gjorde en liveinspelning magisk försvunnit.

Men remaster-utgåvor är absolut en god affär för skivbolagen. Jag har tappat räkningen på hur många gånger jag har köpt mina mest älskade album i nya versioner!

Magnetband

På magnetbandet, framför allt kassettbandet, är bruset den största fienden. Ljudkvaliteten är direkt beroende av hur mycket magnetmaterial som kan passera förbi tonhuvudet varje sekund. Vilket direkt kan översättas till bandhastighet och bandbredd (spårstorlek).

Med en bandhastighet på 4,76 cm per sekund och en bredd på 3,81 mm är kassettband den tekniskt svagaste hifi-källan. Och när det lanserades på IFA-mässan i Berlin 1963 var tanken med mediet att det skulle användas för bärbara bandinspelare, snarare än musikmedium.

Den låga bandhastigheten innebär att både dynamiken och diskantåtergivningen är begränsad. Bättre bandtyper underlättar för diskantegenskaperna, och brusreduceringskretsar som aktivt komprimerar och expanderar signalen kan till viss del maskera det höga bakgrundsbruset.

Utan brusreducering har kassettbandet ett dynamiskt omfång på ungefär 50–60 dB. Med Dolby C-brusreducering kan detta förbättras med cirka 20 dB.

Nackdelen är att system som bygger på komprimering och expansion är beroende av mycket exakt justering av referensnivån och de frekvenser där de börjar arbeta. I praktiken innebär detta att ett band som är inspelat med Dolby på en viss maskin inte nödvändigtvis kommer att låta korrekt på en annan.

Digitalt ljud: De fysiska formaten

I den digitala ljudvärlden översätts ljud till en sträng av binära tal (ettor och nollor), som kan lagras elektroniskt och sedan konverteras tillbaka till ljud när de spelas upp via en digitalomvandlare – en DAC. Till skillnad från den analoga representationen, där det finns ett direkt samband mellan lagring och det lagrade.

Den stora fördelen med digitalt ljud är dess funktionalitet. En digital inspelning kan kopieras utan kvalitetsförluster

Innan vi fördjupar oss i bitdjup och samplingsfrekvenser ska vi ta en titt på de fysiska digitala medier som har använts för att transportera alla digitala bitar och byte till massorna.

Compact Disc (CD) uppfanns av Sony och Philips tillsammans och lanserades 1982. I årtionden var CD det dominerande formatet. På en CD-skiva finns all information från originalinspelningen med – utan andra begränsningar än de som ges av upplösningen 16 bitar och samplingsfrekvensen på 44,1 kHz.

Super Audio CD (SACD) utvecklades för att ge högre upplösning än CD. I stället för att använda PCM (Pulse Code Modulation) som CD-formatet använder SACD DSD-formatet (Direct Stream Digital). DSD använder bara en bit per sampling, men kompenserar med en hög samplingsfrekvens på 2,8 till 22,5 MHz.

Digital Compact Cassette (DCC) introducerades 1992 som en efterträdare till kassettbandet. Det var ett digitalt bandformat som, liksom vinyl och Minidisc, hade fördelen att man kunde spela in på det själv. Men i egenskap av ett fysiskt bandformat hade DCC samma svagheter som kassettbandet. För det första lagrades all information sekventiellt – för att höra ett visst spår var man alltså tvungen att spola fram eller tillbaka till rätt ställe på bandet. Och DCC hade också samma risk att bli bandspaghetti.

Minidisc (MD) var ett magneto-optiskt skivlagringsformat som introducerades av Sony 1992. Det utvecklades ursprungligen för digitaliserad musik och hade en kapacitet på 60, ​​74 och senare 80 minuter. MD erbjöd snabb, slumpmässig åtkomst till musikval, vilket var en stor fördel jämfört med sekventiella kassettband. Senare kom Hi-MD-formatet, som även kunde lagra data. Vid den tiden hade dock inspelningsbara CD-skivor blivit så billiga att de inte fick någon större popularitet.

Digitaliseringsparadoxen: Sampling och bitdjup

Bitdjup är populärt uttryckt den vertikala axeln och avgör hur finmaskig ljudstyrkeskalan är. En 16-bitars CD-fil har 65 536 ljudnivåer, vilket ger ett teoretiskt dynamiskt omfång på 96 dB.

En 24-bitars högupplöst fil ger fler än 16 miljoner nivåer och ett dynamiskt omfång på 144 dB. Åtminstone i teorin. Begränsningar i både analog elektronik och digitalomvandlare innebär att brusgolvet – och därmed gränsen för dynamikomfånget – i praktiken är 120–130 dB.

Samplingsfrekvensen är den horisontella axeln som anger hur många gånger signalen ”fotograferas” per sekund. En CD använder 44,1 kHz (44 100 samplingar per sekund).

Enligt Nyquist-Shannon-teoremet kan ett digitalt system bara återge frekvenser som är hälften av samplingsfrekvensen.

För en CD med en samplingsfrekvens på 44,1 kHz innebär detta att den kan återge frekvenser upp till maximalt 22 050 Hz. Detta täcker hela det hörbara området för människor (vanligtvis 20 Hz till 20 000 Hz).

Ovanför frekvensgränsen behövs ett lågpassfilter som separerar signalen från samplingsfrekvensen. Fasförskjutning och ringning i filtret var en av svagheterna hos tidiga CD-spelare. I dag används översampling, vilket är en digital process där ljudets samplingsfrekvens ökas många gånger i DACen för att flytta digitalbrus och oönskade digitala artefakter bort från det hörbara området.

En annan felkälla i digitala signaler är jitter, som är ett tidsfel där varje digital sampling inte spelas upp med exakt samma tidsintervall som den spelades in.

Du kan läsa mer om digitalt ljud i avsnitt 4 av Hifi-skolan, som handlar om digitala signalkällor.

Förlustfria och icke-förlustfria format

Att musiken lagras digitalt är ingen garanti för att signalen är felfri. Inte ens om det dynamiska omfånget är stort och frekvensgången är rak som en linjal. De digitala ljudformaten är nämligen inte skapade på samma sätt.

På en CD finns all information från originalinspelningen med – utan andra begränsningar än de som kommer från bitdjupet på 16 bitar och samplingsfrekvensen på 44,1 kHz.

Detta betyder dock att musikfilerna är relativt stora, ungefär 750 MB för en CD med 74 minuter musik. Eller 10 MB per minut.

För att spara lagringsutrymme och bandbredd vid överföring av filer på internet kan datafilen komprimeras. Beroende på vilken metod som används kan storleken på digitala ljudfiler minskas med upp till 90 procent.

Det finns två typer av komprimeringsmetoder. De förlustfria (lossless) bevarar innehållet fullständigt och packar bara informationen tätare, på samma sätt som när man skapar en zip-fil. De icke-förlustfria (lossy) algoritmerna som tar bort ”överflödig” information, på samma sätt som när man sparar bilder i JPEG-format.

Förlustfria format

FLAC, AIFF, ALAC och WAV är exempel på förlustfria format. De gör det möjligt att minska filstorleken på ljudfiler med vanligtvis 30–50 procent.

Streamingtjänster som Qobuz och Tidal använder FLAC-formatet för hifi-streaming. FLAC, ALAC, AIFF och WAV stöder upplösningar upp till 24 bit/192 kHz.

Bland de icke-förlustfria formaten hittar vi MP3, AAC och OGG Vorbis. Gemensamt för dem alla är att de använder psykoakustisk teori för att hitta delar av ljudsignalen som – åtminstone i teorin – inte uppfattas av örat eftersom de överröstas av andra. Detta gör att innehållet i ljudfilen kan förenklas så mycket att den kan paketeras mycket mer effektivt. Hur mycket filstorleken kan minskas beror på hur mycket man är villig att kompromissa med ljudkvaliteten.

Icke-förlustfria format

Lossy format anges inte med en upplösning som mäts i bitar och kilohertz, utan i bithastigheten som krävs för att kunna streama dem. En MP3-fil med en bithastighet på 320 kilobit tar upp ungefär en tiondel av storleken på en okomprimerad WAV-fil med samma innehåll. Genom att sänka bithastigheten kan man göra filstorleken ännu mindre. På bekostnad av ljudkvaliteten. 320 kb/s är nätt och jämnt användbart för inte alltför kritisk musiklyssning.

Streamingtjänsters icke-hifi-abonnemang använder vanligtvis 192–320 kb/s AAC-format för streaming.

Icke-förlustfria format är inte något som skapades med internet. Både DCC och MiniDisc använde komprimeringsalgoritmer för att göra det möjligt att lagra ett helt album på det relativt lilla mediet. Hos Philips kallades algoritmen PASC, medan Sony använde sin egen ATRAC-algoritm. PASC hade en bithastighet på 384 kb/s, medan ATRAC hade tre olika komprimeringsnivåer. Den mest hifi-vänliga av dem hade en bithastighet på 292 kb/s.

MQA – Komprimerad kontrovers

Ett av de mest omdiskuterade högupplösta formaten är MQA (Master Quality Authenticated). MQA levererar hög upplösning (upp till 24 bit/384 kHz) i en filstorlek som är hanterbar för streamingtjänster, med hjälp av en process som kallas för ”origami-vikning”.

Tekniskt sett är MQA ett förlustgivande format, även om det levererar Hi-Res-upplösning. En del originaldata tas bort under komprimeringen för att göra filen mindre, vilket är kontroversiellt bland purister som anse ratt ”Lossless” (FLAC) är det enda acceptabla.

MQA användes tidigare av Tidal, men ersattes 2024 av det förlustfria FLAC-formatet.

DSD

Medan alla andra digitala ljudformat använder någon form av pulskodmodulering (PCM), är DSD-formatet annorlunda.

DSD utvecklades ursprungligen för högupplösta Super Audio CD (SACD). I stället för att arbeta med ett antal bitar använder DSD bara en bit per sampling (0 eller 1).

DSD kompenserar för det låga bitdjupet med en våldsamt hög samplingsfrekvens på 2,8 till 22,5 MHz. Medan konverteringen till digital form är tekniskt komplicerad är vägen tillbaka till analog enkel. Faktum är att ett simpelt passivt 6 dB/oktav-filter kan göra det.

Och sanningen?

Om definitionen av hifi är trohet mot originalinspelningen så har moderna digitala, förlustfria Hi-Res-format (FLAC/WAV i 24 bit) vunnit. Du kan till och med få musiken levererad i en oändlig ström och i full kvalitet från streamingtjänster. Och musiken kan avnjutas var du än är: hemma, på gymmet eller på bussen till jobbet.

Men musik är inte bara siffror. Inte ens den högsta upplösningen kan kännas med fingrarna eller sniffas med näsborrarna. Den taktila upplevelsen och ritualen att försiktigt lägga en skiva på spelaren och sedan luta sig tillbaka i fåtöljen för att uppleva ett album från början till slut är en stor del av upplevelsen – som man inte får av ens den mest högupplösta DSD-filen.