Audiotechniek

Super Bit Mapping van Sony

 

© 1994 Aart van der Wal

 

Deutsche Grammophon introduceerde onlangs Original-Image-Bit-Processing, terwijl Sony met Super Bit Mapping op de markt kwam. In tegenstelling tot de Duitse collegae is Sony over de toegepaste, nieuwe techniek helder en duidelijk en wordt de recensent een ruime blik in de digitale keuken gegund.


Opnemen met 20 bits

De klankkwaliteit wordt in hoge mate bepaald door de resolutie (oplossend vermogen). Naarmate deze hoger is, zal de klank transparanter en gedifferentieerder, nauwkeuriger zijn. En naarmate de in de opname aanwezige, muzikale én akoestische informatie op de lage tot zeer lage signaalniveau's beter wordt doorgegeven, ontstaat een levendiger en niet zelden zelfs indrukwekkender klankbeeld. Want de som is ook in dit geval groter dan de delen. Hier ligt ook de grens tussen de spelers uit de hogere midden- en de topklasse.

Binnen de digitale kaders wordt de resolutie vooral bepaald door de bemonsteringsfrequentie in samenhang met de omvang van de digitale puls. We vinden die frequentie door te bepalen hoeveel keer per seconde het input voltage wordt gemeten en vertaald in een digitale waarde. Hoe hoger de frequentie, hoe nauwkeuriger de digitale data per periode (seconde) worden gevangen. Bij de cd ligt de frequentie op 44,1 kHz, wat betekent dat het (muziek)signaal 44.100 keer per seconde wordt gemeten om vervolgens aan de A(naloog)/D(igitaal)-conversie te worden onderworpen.

Bij de voor de cd gebruikte 16 bits technologie hebben de bij de opname toegepaste A/D-omzetters toegang tot 65.536 verschillende waarden. Binnen deze waarden liggen zowel de zachtste als de luidste passages in de muziek. Sony introduceerde onlangs het 20 bits opnamenysteem, dat een 16 keer hogere resolutie (oplossend vermogen) en 24 dB meer dynamiek biedt. De A/D-omzetting herkent nu 1.048.576 verschillende waarden en onttrekt daardoor aanzienlijk meer digitale informatie aan het muzieksignaal. Het veel fijnere raster t.o.v. het gangbare cd-formaat van 16 bits opent ook verder de deur naar de zeer subtiele, zachte signaalniveau's. Dit leidt tot duidelijk hoorbare nuanceverschillen in zowel de muzikale expressie, als in instrumenten en stemmen. Maar ook de akoestische informatie komt duidelijker over het voetlicht.

Sony heeft, evenals Deutsche Grammophon met het 4D systeem, bovendien gekozen voor zo kort mogelijke verbindingen tussen de microfoons en de opname-voorversterkers. De versterkers worden zo dicht mogelijk bij de microfoons geplaatst, waarbij de uitgangen zo veel mogelijk rechtstreeks met de D/A-omzetters worden verbonden. Hoe langer de verbindingen (kabels), hoe groter de kans op stoorinvloeden. Bij de multi-microfoontechniek fungeert de mengtafel echter als onvermijdelijke tussenschakel, omdat eerst de met vele microfoons opgevangen signalen moeten worden gebalanceerd om uiteindelijk tot de twee gebruikelijke stereokanalen te worden samengevoegd. Tenslotte maakt Super Bit Mapping het mogelijk om de 20 bits opname naar de 16 bits weergave over te zetten.

Quantisatieruis

De theorie zegt dat bij een overbemonsteringsfrequentie van 44,1 kHz het gehele audiospectrum (20 Hz -20 kHz) kan worden gereproduceerd, maar in de praktijk blijkt dat de oorspronkelijke analoge golfvorm toch wordt aangetast. 'Witte ruis' (white noise) is een vervormingsprodukt dat in alle frequenties niet alleen manifest is, maar ook nog met bijna identieke sterkte; en vooral in dat laatste zit hem de kneep. Op de zeer lage signaalniveau's wordt het dan namelijk een factor van belang: de bits met de laagste waarde (de Least-Signifcant-Bits) verdrinken a.h.w. in deze quantisatie- of witte ruis.

Deze ruis is dan ook op de laagste signaalniveau's het voornaamste struikelblok op de weg naar de digitale perfectie en de zeer hoge resolutie. En aangezien aan de bron (de studio) de basis wordt gelegd voor hetgeen de cd-speler feitelijk kan weergeven, is het onzinnig om het klankrealisme uitsluitend aan die speler te koppelen!

Een 20 bits opname kan theoretisch een dynamisch bereik van 119 dB halen, maar komt in de praktijk niet veel verder dan 108 dB. Het verschil komt voornamelijk voor rekening van die LSB's die in de analoge ruis van de converter verloren gaan. In werkelijkheid komt een 20 bits opname dichtbij 18 bits. Maar dat op zich geringe verschil van 2 bits is wel verantwoordelijk voor alleen al een dynamiek van rond 12 dB! Quantisatieruis kan alleen worden uitgebannen door eigenlijk oneindige precisie in het bemonsteringsproces en dat valt in de praktijk niet te realiseren, nu niet en straks niet. Verdere reductie kan echter wel plaatsvinden en daarvoor biedt de 20 bits techniek de helpende hand.

De 'gewone' 16 bits

Het cd-formaat is 16 bits en laat dus geen 20 bits toe. Waarom maakt men zich in de opnamefase dan zo druk om die 4 bits? Dat lijkt op het eerste gezicht enigszins op een fietser van middelbare leeftijd die de strijd aanbindt met Jan Raas. Toch zijn er twee in het oog springende voordelen. Het eerste is dat de gewone professionele 16 bits recorder niet in staat is om alle 16 bits vast te leggen.

De D/A-omzetters houden het gemeenlijk bij de veertiende of vijftiende bit voor gezien, waardoor de informatie op de laagste (LSB) niveau's verloren gaat. Bovendien kan tijdens de verdere bewerking (editing) van de opname best nog een bit verloren kan gaan. Het is geen ramp om 3 bits te verliezen binnen dat 20 bits scenario, maar op basis van 16 bits wordt het bedenkelijker!

Sony ontwikkelde het 20 bits systeem echter niet alleen met het oog op de opname, maar ook voor de bewerkingsgfase en spreekt in dit verband dan ook over 'non-destructive editing': er kan zonder enig kwaliteitsverlies worden gekopieerd en met de 'digitale schaar' worden geknipt.

Van 20 naar 16 bits

De conversie van het 20 bits opname-systeem naar de 'gewone' cd in het 16 bits formaat bleef een probleem op zich. De door de hoge bemonsteringsprecisie sterk gereduceerde quantisatieruis in de 20 bits technologie steekt bij de noodzakelijke omzetting naar het 16 bits cd-formaat weer onvermijdelijk de kop op. De meest voor de hand liggende en relatief gemakkelijke 'oplossing' was het elimineren van die vier Least-Signifcant-Bits (20 - 4 = 16). Dat werkte echter niet bevredigend, omdat in de LSB's informatie zit die ook de hoger geklasseerde bits beïnvloedt. Haal je die LSB's weg, dan creëer je vervorming. Binnen de resterende 16 bits loopt het klankbeeld dan averij op.

Een andere optie was om de 16 bits te herverdelen en de pulsen met een zeer lage aanspreekdrempel bij stukjes en beetjes en in kleine hoeveelheden toe te voegen. Dat lukte wel redelijk, maar deze methode bleek te onnauwkeurig om het elementaire probleem weg te nemen. Uiteindelijk, na veel passen en meten, kwam Sony uit op het systeem, dat met Super Bit Mapping ca. anderhalf jaar geleden de wereld is ingegaan.

Super Bit Mapping (SBM) en nieuwe opnamen

In de digitale techniek worden 'noise shapers' toegepast, een soort elektronische bakker die het ruisdeeg kneedt, alvorens het muzikale brood kan worden gebakken. De gebruikelijke gang van zaken is dat de ruisenergie in het hoorbare audiospectrum naar het gebied boven 20 kHz (de maximale gehoorgrens) wordt verplaatst om aldaar gefilterd te kunnen worden. Processors, filters en shifts (letterlijk: verschuivers) worden ingezet om die quantisatieruis te lijf te gaan, maar deze methode roept weer andersoortige problemen op (voor iedere oplossing is wel een probleem te bedenken!)

Wanneer 20 bits weer in het 16 bits formaat moeten worden geperst, treedt ook een variant van de quantisatieruis op, nu in de vorm van re-quantisatiefouten. Het meest wezenlijke kenmerk van SBM is echter niet de verplaatsing van de ruis naar een onhoorbaar frequentiegebied, maar de realisatie van het optimale ruisspectrum binnen de hoorbare audioband (20 Hz - 20 kHz). Dat is dus iets geheel anders dan het totale ruisspectrum. SBM vormt het ruiskarakter binnen het audiospectrum om, daarbij de omvang van de ruis intact latende. Sony koos voor deze benadering, omdat de 20 bits opname-technologie in het 16 bits formaat en gekoppeld aan een frequentiebereik van 20 Hz tot 20 kHz, nu eenmaal zeer specifieke eisen stelt. SBM noise shaping kan, zoals ieder vergelijkbaar systeem, tot ongewenste bijverschijnselen binnen het audiospectrum leiden, maar de drempel is zo laag dat de 20 bits vrijwel ongeschonden in het 16 bits formaat kunnen worden gereproduceerd.

Sony claimt dat de nieuwe 20 bits technologie en SBM zowel qua resolutie als qua hoorbare details de grenzen van het 16 bits formaat hebben verlegd. De inmiddels uitgebrachte oude en nieuwe SBM-opnamen lijken dit te bevestigen. Waarbij ik mij realiseer dat het mij (nog) niet mogelijk is om het precieze klankverschil vast te stellen tussen die oorspronkelijke 20 bits en de uiteindelijk in de cd-lade terechtkomende 16 bits!

SBM en oude(re) opnamen

Opnamen uit het verleden kunnen eveneens door de SBM-molen worden gehaald, na eerst analoog wel of niet uitgewrongen te zijn. In de archieven van Sony (dus ook het vroegere CBS!) bevindt zich een schat aan zowel bewerkte als onbewerkte banden uit het analoge tijdperk, die aan een nieuw SBM-leven kunnen beginnen. De banden die toen aan het 'editing' proces werden onderworpen, dragen uiteraard de onuitwisbare sporen van het snijden, knippen en plakken.

Dus als het maar enigszins kan, wordt voor de SBM-heruitgave van de 'schone' (onbewerkte) band gebruik gemaakt. De opnamenessies werden namelijk gemeenlijk op twee banden vastgelegd: een voor de latere bewerking en een om in ieder geval een 'schone' backup (tweede exemplaar) van de opname te hebben, mocht er iets met die andere (bewerkte) band misgaan. De 20 bits-techniek wordt nu eerst ingezet om een nieuwe kopie te maken van die 'schone' band om dan deze kopie vervolgens te bewerken. Verliezen treden daarbij niet op. Het editing-proces wordt minutieus a.h.w. herhaald, maar nu met toepassing van 20 bits, waarbij het uiteraard de bedoeling is dat in muzikaal opzicht de edits in het SBM cd-formaat exact overeenkomen met de oorspronkelijke bewerking voor de lp-uitgave!

De technische verbetering is evident: er zijn immers geen waarneembare bandlassen en andere bewerkingsdiscrepanties meer! Dit aspect wint nog aan belang, omdat de bewerking van de voor lp-produktie bestemde band toen niet zo nauwgezet hoefde te zijn als tegenwoordig voor cd-uitgave is vereist. De lp heeft immers toch al een relatief hoog ingebakken stoor- en vervormingsniveau en dat kan van de cd natuurlijk niet worden gezegd.

Ook blijkt dat dankzij de 20 bits technologie de op de analoge moederband vastgelegde, maar vroeger nooit hoorbaar geworden informatie op zeer lage niveau's, nu wèl en zelfs vrij gemakkelijk aan het licht komt. Zelfs oude opnamen krijgen er een dimensie bij, doordat de akoestische informatie (bijv. de zaalambience), maar ook de door de musici of anderen veroorzaakte bijgeluiden, verkeersgeruis, e.d. nu helder en duidelijk en voor het eerst uit de luidsprekers komen!

De bewerking wordt tegenwoordig niet meer vanaf de band, maar op de harde schijf (computer!) uitgevoerd. Het proces verloopt op die manier veel sneller en nog nauwkeuriger. Na de 20 bits bewerking vindt weer de conversie naar het digitale domein plaats en wordt met SBM de 16 bits status voor cd-weergave bereikt.

Eerst horen, dan geloven

Ook na de introductie van de cd, zeg maar gedurende het afgelopen decennium, zijn door o.a. Philips, Technics, Denon en Sony veel denkkracht en onderzoek gestoken in de verbetering van de weergavekwaliteit van de cd-speler. Na de grote ontwikkelingsstappen van de eerste naar de derde generatie spelers werden de schreden allengs kleiner en tegenwoordig heb je meer dan een loep en doorsnee meetapparatuur nodig om nog signifante verschillen tussen de zeer goede cd-spelers aan te tonen. Zo is het ook met de pickup-elementen gegaan en zoals zo vaak wordt in de verfijning op termijn veel meer tijd en geld gestoken dan voor het oorspronkelijke ontwerp nodig was.

De eerste klap is een daalder waard en daarna wordt het een kwestie van dubbeltjes en stuivers. Bij de steeds verder gaande verbetering van de weergavekwaliteit bleven de opnametechnische innovaties proportioneel bezien wat achter. En zo kan het gebeuren dat het klankverschil tussen tien vrij kostbare cd-spelers nauwelijks of in het geheel niet uit de verf komt, terwijl de recente verbeteringen in de opname- en conversietechniek al hoorbaar worden met een cd-speler uit een miniset van rond de 1500 gulden. Zonder dat er sterling-zilveren bekabeling, optische of coax-verbindingen e.d. aan te pas hoeven te komen...

Vergelijking met oude(re) opnamen

Naarmate meer SBM-cd's worden heruitgebracht en de oorspronkelijke cd-uitgaven uit het voorraadbestand verdwijnen, wordt het moeilijk, zo niet onmogelijk om te kunnen vergelijken. Het blijkt nu al niet eenvoudig te zijn om een stapel eerste en SBM-uitgaven ter vergelijking aan te schaffen. Maar uit mijn eigen verzameling puttend, ben ik daarin toch redelijk geslaagd en kan ik broodnuchter concluderen dat de SBM- cd's het met gemak en op afstand van die eerste uitgaven winnen.

Zeker, een ontstemde of rammelende piano (de beruchte vishengel onder de snaren) of een matig opnamekader kunnen ook door de 20 bits en SBM niet worden gered, maar wel wordt duidelijk dat een eens met 'doorsnee' gekwalificeerde opname nu het predikaat 'goed' tot 'zeer goed' opgeprikt kan krijgen. Plakkerige, ongedifferentieerde strijkers komen na SBM transparanter (niet scherper, venijniger!) en gedetailleerder tevoorschijn, met een drogere, duidelijk kernachtiger bas.

De piano staat niet meer ergens in een hoek, maar vult de ruimte eromheen. Pianissimo staccato-aanslagen worden messcherp weergegeven en verder is de toon is wel ronder, maar tevens gedifferentieerder. Gradaties in het toucher komen beter tot hun recht. En eerst onherkenbare ritselgeluiden krijgen nu duidelijk vorm, inclusief de nu beter herkenbare kraak-, stoel- en pedaalgeluiden. En natuurlijk ook...de meeneuriënde Gould! Ondanks wel zeer verwoede pogingen heb ik werkelijk niet kunnen constateren dat SBM ook maar tot enig nadelig effect t.o.v. de oorspronkelijke opname heeft geleid. Een fraai strijkorkest of stemmen herken je onmiddellijk, een goed opgenomen piano evenzeer.

Natuurlijk kan de vraag weer eens worden opgeworpen 'wat nou echt is', de SBM-cd of die eerste uitgave. Een dergelijke discussie is al bij voorbaat zinloos, omdat de begrippen 'echt' en 'onecht' op geen enkele objectief deugdelijke manier kunnen worden getoetst. De oorspronkelijke opnamecondities zijn niet meer te achterhalen en de toen gebruikte recorders zijn misschien allang opgeruimd! Maar ik stel nuchter vast dat deze nieuwe technologie al op praktisch iedere hi-fi installatie uit de gewone middenklasse een hoger klankkapitaal oplevert, met meer muzikale rente op de lange termijn. We willen toch ook niet terug naar die vruchteloze discussie over het klankverschil tussen de lp en de heruitgave op cd, of 'warme' analoge en 'koude' digitaal geluid?

SBM bij nieuwe opnamen

In dit geval valt er uiteraard geen vergelijking te maken. De cd's die ik aan de tand heb gevoeld, tonen over de gehele linie hetzelfde beeld: zeer rustige, transparante strijkers, goed hoorbare, minutieuze details bij zangstemmen (ademhalingstechniek!), een diepe en soms zelfs overweldigende sonoriteit (bijv. het koper in het mezzo-piano), een groot nuanceringsbereik bij viool en cello, het zowel goed geïntegreerd als gedifferentieerd weergeven van klarinet en hobo, fagot en contrabas, altviolen en celli. Je kunt dwars door het orkest 'kijken', zonder dat de cohesie verloren gaat. De laagweergave op lage sterkte (bas, trom, piano) is zeer overtuigend. Samenvattend: ik ben aanmerkelijk positief over de 20 bits technologie en SBM.


Beluisterd met Quad 66/606 en Philips FA 951 versterkers, Quad 67 en Luxman DZ-112 cd-spelers, Cadans 5/II en B&W 802/III luidsprekers, Stax-Lambda en Sennheiser HD-560 hoofdtelefoons.


Beluisterde opnamen:

Nono: Il Canto sospeso.
Mahler: Kindertotenlieder.
div. solisten, Rundfunkchor Berlin, Berliner Philharmoniker o.l.v. Claudio Abbado. Sony SK 53360 (DDD)

Schönberg: Die Jakobsleiter - Kammersymphonie, op. 9 - Begleitmusik zu einer Lichtspielszene, op. 34.
div. solisten en orkesten o.l.v. Pierre Boulez. Sony SMK 48462 (ADD)

Schönberg: Erwartung, op. 17 - Pierrot lunaire, op. 21 - Lied der Waldtaube (versie voor kamerorkest).
div. solisten en orkesten o.l.v. Pierre Boulez. Sony SMK 48466 (ADD)

Schönberg: Gurre-Lieder - vier orkestliederen, op. 22
div. solisten en orkesten o.l.v. Pierre Boulez. Sony SM2K48459 (2) (ADD)

Schönberg: Moses und Aaron - Kammersymphonie, op. 38
div. solisten en orkesten o.l.v. Pierre Boulez. Sony SM2K48456 (2) (ADD)

Brahms: liederen - Lipovsek/Spencer Sony SK 52490 (DDD)

Werken van Byrd, Gibbons en Sweelinck.
Glenn Gould (piano). Sony SMK 52589 (ADD)

Beethoven/Liszt: symfonie nr. 6 in F, op. 68 'Pastorale'.
Glenn Gould (piano). Sony SMK 52637 (ADD)

Hindemith: pianosonates.
Glenn Gould (piano). Sony SMK 52670 (ADD)

Bach: sonate nr. 4 in c, BWV 1017.
Beethoven: sonate in G, op. 96.
Schönberg: Fantasie, op. 47.
Yehudi Menuhin (viool), Glenn Gould (piano). Sony SMK 52688 (ADD mono)

Wolf: liederen.
Ruth Ziesak (sopraan), Ulrich Eisenlohr (piano). Sony SK 53278 (DDD)

Sibelius: Kullervo.
Marianna Roerholm (sopraan), Jorma Hynninen (bariton), Helsinki University Chorus, Los Angeles Philharmonic o.l.v. Esa-Pekka Salonen. Sony SK 52563 (DDD)

Oudejaarsconcert 1992 in de Berlijnse Philharmonie.
R. Strauss: Don Juan, op. 20 - Burleske voor piano en orkest - Till Eulenspiegel, op. 28 - terzet en finale uit de derde akte van Der Rosenkavalier.
Martha Argerich (piano), Kathleen Battle (Sophie), Renée Fleming (Marschallin), Frederica von Stade (Octavian), Andreas Schmidt (Faninal), Berliner Philharmoniker o.l.v. Claudio Abbado. Sony SK 52565

Bernstein: Westside Story in de produktie van Robert Wise en de choreografie van Jerome Robbins.
Nathalie Wood, Richard Beymer, Rita Moreno e.a. Sony SL 48211 (ADD)

Simon and Garfunkel: Bridge over troubled water (limited edition).Sony CK 53444


index

Home  -  Actueel  -  Audio  -  Muziek  -  Video  -  Boeken  -  Links