Hi-Fi Skolen del 10 – Medieformater

Velkommen til Hi-Fi-skolens tiende leksjon, hvor vi tar livtak på et av hi-fi-verdens mest følelsesladede og teknisk komplekse emner: medieformater. Altså den ”pakken” som rommer den musikken alt handler om.

Hvilke medier gir den beste lyden, og hvilke hemmeligheter skjuler det seg under overflaten av vinylrillene og i strengene av ett-tall og nuller?

I mer enn fire årtier har hi-fi-entusiaster diskutert om det «naturlige» analoge signalet er det ”feilfrie” digitale overlegent. Og diskusjonen er eldre enn det. Faktisk har musikkelskere hatt de samme diskusjonene hver eneste gang en ny måte å bringe musikken til live på, har sett dagens lys. Med hver teknologigenerasjon har kvaliteten vokst. Men opplevelsen er samtidig forandret.

Og svaret på hva som er det beste? Som med så mye annet i hi-fi-verdenen, er det ikke én sannhet som kan hugges i stentavler. Men et mer nølende ”… det er komplisert”.

Den kontinuerlige kjærlighetshistorien

Analoge systemer representerer data i et kontinuerlig signal som glidende varierer over tid. Lydens svingninger fanges opp og lagres i en fysisk, materiell form, hvor informasjonen på mediet er direkte proporsjonal med det signalet som er lagret på det.

Vinylplaten (LP-en): Musikken er lagret i en fysisk rille, hvor bølgene leses av en nål. Nålens bevegelser konverteres til et elektrisk signal som kan behandles i forsterkeren.

En LP er sart og må håndteres med respekt. Men nettopp den taktile naturen av å snu en plate, betrakte coveret og fordype seg i lyttingen er med på å skape en følelsesmessig forbindelse som digitale medier sjeldent matcher.

Kassettbåndet: Her er lyden tatt opp som magnetisme i belegningen på et 3,81 mm plastbånd. Selv om båndet teknisk sett er dårligere enn vinyl, har det gjenvunnet popularitet som et prisvennlig undergrunnsformat.

Mens det krever en stor investering å presse en vinylplate, kan alle som har en kassettbåndsopptaker bli sin egen utgiver. Den nostalgiske romantikken og minnet om ungdommens mikstaper har sikkert hjulpet med til å bringe kassettformatet tilbake.

Spolebånd: Betraktes av mange purister som det ultimative analoge formatet. Det tilbyr en hittil usett dynamikk og et bredt frekvensområde sammenlignet med LP-er. Før 80-tallets digitalrevolusjon ble all musikk opptatt på den måten i platestudioene.

Baksiden av medaljen er at en eneste måte å få musikk på et spolebånd, er å ta den opp selv. Med unntak av noen få og kjempedyre nisjeprodusenter er det umulig å kjøpe ferdig opptatte spolebånd.

Entydige tale og absolutt bekvemmelighet

I den digitale lydverdenen oversettes lyden til en streng av binære tall (et taller og nuller) som kan lagres elektronisk og deretter konverteres tilbake til lyd ved avspilling via en digitalkonverter – en DAC. I motsetning til den analoge representasjonen, hvor det er et direkte forhold mellom lagringen og det lagrede, kan man ikke ut fra rekken av binære tall vurdere om det er Beethovens niende eller årsoppgjøret fra fjoråret.

Den digitale lydens store seier ligger i funksjonaliteten. Et digitalt opptak kan kopieres uten kvalitetstap. Og det er i prinsippet ingen forskjell på originalen eller kopi nummer hundre.

En annen styrke er bekvemmeligheten. Tusenvis av sanger kan lagres på én enhet. I digitallydens unge dager var lagerplass et problem, noe som førte til utviklingen av komprimerte formater (som vi kommer tilbake til). Men i dag kan man ha nesten ubegrensede mengder av musikk i høy teknisk kvalitet med overalt.

Endelig kan digitalt lagret musikk gjøres tilgjengelig uten å flytte den fysisk. Digitalisering muliggjør strømming, som gir øyeblikkelig tilgang til al verdens musikk uten det rituelle elementet som vinyl krever. Og uten å fylle opp stueveggen med LP-reoler.

Kompromisset er styrken

Vinylentusiastene holder fortsatt fast i at LP-platene låter bedre enn CD-ene. Og det er noe i det. Det samme albumet låter mer ekte og levende når det spilles av analogt.

Men – med fare for å starte en religionskrig – så er årsaken til den bedre lyden ikke vinylmediets overlegenhet, men tvert imot dets innebygde begrensninger.

Når et album forberedes til utgivelse, lages det et masteropptak som ligger til grunn for de LP-er, CD-er eller andre medier som selges. På masteropptaket tilpasses lyden til det mediet som musikken skal utgis på.

Og det er her forskjellen oppstår. For det fremstilles ikke bare én master som brukes til alle formål i all fremtid. Masteropptaket til en CD eller til strømming vil typisk være laget til å utnytte formatet til grensen – noe som vil si at den låter HØYT.

Og for å sikre at musikken kan tiltrekke mest mulig oppmerksomhet og ikke drukne i støyen fra omgivelsene når den spilles på radioen, komprimeres dynamikken kraftig. Fenomenet som har ført til et stadig mindre dynamikkområde på musikkutgivelser, er kjent som The Loudness War.

Unngå kompresjon

Men mens et digitalt media ikke har problemer med å håndtere signaler tett på det maksimale nivået på 0 dB, kan det ikke la seg gjøre på LP eller for den saks skyld kassettbånd.

Komprimerte og optimerte digitale signaler, hvor dynamikken er strammet til bristepunktet, ville i verste fall få pickup-nålen til å hoppe ut av rillen. Og før det ville lyden ha blitt forvrengt.

Løsningen er å unnlate å presse signalet så kraftig. Noe som har den interessante bivirkningen at musikken låter mer naturlig. Fordi den er det – i stedet for at være komprimert til øredøvende ugjenkjennelighet.

Det siste stille nummeret

Ikke alle begrensninger rommer velsignelser. Du har kanskje lagt merke til at det siste sporet på hver plateside oftest er mer stille og avdempet. Spesielt på album som er laget før CD-ens tid.

Valget er ikke kunstnerisk, men først og fremst teknisk. En LP-plate har simpelthen lavere oppløsning i innerste rille fordi omkretsen er mindre.

Da platen roterer med en konstant vinkelhastighet (antallet av omdreininger per minutt), faller lineærhastigheten (hvor raskt rillen passerer nålen) markant, jo tettere nålen kommer på platens sentrum. For å ta høyde for den lavere oppløsningen er lydnivået skrudd ned, og diskanten er begrenset for å unngå forvrengning.

Epler og pærer

Da betingelsene for digitale og fysiske medier er så avgjørende forskjellige, lages der ikke bare én, men flere masteropptak i de tilfellene hvor et album utgis på flere medier. Mange hi-fi-entusiaster har sikkert prøvd å spille det samme albumet i analog og digital utgave på samme tid og skiftet mellom de to for å avgjøre hvilket media som er best.

Sammenligningen er skjedd i vitenskapens navn, men i virkeligheten har man sammenlignet epler og pærer. Eller i hvert fall to helt forskjellige eplesorter. Fordi utgangspunktet – masteren – ikke er den samme.

Men hva er så den riktige utgaven? Hvis det er snakk om et album fra før CD-ens tid, er svaret forholdsvis enkelt, da opptaket fra starten er laget for å bli lyttet til på LP – med formatets iboende fysiske begrensninger.

For musikk som er innspilt i de seneste tre tiårene er det ikke så enkelt. Her kan den digitale utgaven i virkeligheten ligge tettere på originalen, mens vinylversjonen er dynamisk begrenset i forhold til denne.

Og for å gjøre forvirringen komplett blir mange album senere utgitt i remastrede-versjoner, hvor lydkvaliteten er tatt opp til ny revisjon. Jeg er alltid spent, men også bekymret, når et av mine yndlingsalbum kommer i en ny versjon. Noen ganger har det vitterlig lyktes å oppnå en renere og klarere lyd. Andre ganger er atmosfæren, som gjorde et liveopptak magisk, forsvunnet.

Men remastrede-utgaver er helt sikkert en god forretning. Jeg har etterhvert mistet oversikten over hvor mange ganger jeg har gjenanskaffet mine mest elskede album i nye versjoner!

Magnetbånd

På magnetbåndet, spesielt kassettbåndet, er støyen den største fienden. Lydkvaliteten avhenger direkte av hvor mye magnetmateriale som kan passere forbi tonehodet hvert sekund. Noe som direkte kan oversettes til båndhastighet og båndbredde (sporstørrelse).

Med en båndhastighet på 4,76 cm i sekundet og en bredde på 3,81 mm er kassettbåndet den teknisk svakeste hi-fi-kilden. Og ved lanseringen på IFA-messen i Berlin i 1963 var tanken med mediet at det skulle anvendes til transportable båndopptakere, mer enn som musikkmedia.

Den lave båndhastigheten betyr både at både dynamikkområdet og diskantgjengivelsen er begrenset. Bedre båndtyper hjelper på diskantevnene og støyreduksjonskretsløp, som aktivt komprimerer og ekspanderer signalet kan til en viss grad maskere det høye bakgrunnssuset.

Uten støyreduksjon har kassettbåndet et dynamikkområde på typisk 50–60 dB. Med Dolby C-støyreduksjon kan det forbedres med ca. 20 dB.

Baksiden av medaljen er at systemer som bygger på kompresjon og ekspansjon er avhengige av helt presis justering av det referansenivået og de frekvensene hvor de setter inn. Det betyr i praksis at et bånd opptatt med Dolby på én maskin ikke nødvendigvis vil låte korrekt på en annen.

Digital lyd: De fysiske formatene

I den digitale lydverdenen oversettes lyden til en streng av binære tall (et taller og nuller), som kan lagres elektronisk og deretter konverteres tilbake til lyd ved avspilling via en digitalkonverter – en DAC. I motsetning til den analoge representasjonen, hvor det er et direkte forhold mellom lagringen og det lagrede.

Den digitale lydens store seier ligger i dens funksjonalitet. Et digitalt opptak kan kopieres uten kvalitetstap.

Før vi dykker ned i bitdybde og samplingsfrekvenser, skal vi se litt på fysiske digitale medier som er blitt brukt til å bringe digitale bits og bytes ut til massene.

Compact Disc (CD) ble oppfunnet av Sony og Philips i fellesskap og lansert i 1982. CD var i årtier det dominerende formatet. På en CD er all informasjon i det opprinnelige opptaket med – uten andre begrensninger enn de som ligger i bitdybde på 16 bit og samplefrekvensen på 44,1 kHz.

Super Audio CD (SACD) ble utviklet for å levere høyere oppløsning enn CD-en. I stedet for å bruke PCM (pulskodemodulasjon) som CD-en, benytter SACD DSD-formatet (Direct Stream Digital). DSD bruker bare én bit per sample, men kompenserer med en høy samplehastighet på 2,8 til 22,5 MHz.

Digital Compact Cassette (DCC) ble introdusert i 1992 som avløser for kassettbåndet. Det var et digitalt båndformat, og som vinyl og Minidisc hadde den fordelen av at man selv kunne gjøre opptak. Som fysisk båndformat hadde DCC imidlertid noen av de samme svakhetene som kassettbåndet. For det første var all informasjon lagret sekvensielt; det vi si at man for å høre et bestemt musikkstykke måtte spole til det riktige stedet på båndet. Og DCC hadde dermed også samme risiko for båndsalat.

Minidisc (MD) var et magnet-optisk disklagringsformat som Sony introduserte i 1992. Det var opprinnelig utviklet til digitalisert musikk med en kapasitet på 60, 74 og senere 80 minutter. MD-en tilbød rask, tilfeldig adgang til musikkvalget, noe som var en stor fordel i forhold til sekvensielle kassettbånd. Senere kom Hi-MD-formatet, som også kunne lagre data. På det tidspunktet var skrivbare CD-er imidlertid blitt så billige at det ikke fikk noen stor utbredelse.

Digitaliseringsparadokset: Sampling og bitdybde

Bitdybde er populært sagt den loddrette aksen som avgjør hvor fint masket skalaen for lydstyrke er. En 16-bit CD-fil har 65 536 lydnivåer, noe som gir et teoretisk dynamikkområde på 96 dB.

En 24-bit høyoppløst fil gir over 16 millioner nivåer og et dynamikkområde på 144 dB. I hvert fall i teorien. Begrensninger i både analog elektronikk og digitalkonvertere betyr at støygulvet og dermed grensen for dynamikkområdet i praksis ligger på 120–130 dB.

Samplingsfrekvens er den vannrette aksen som angir hvor ofte signalet «fotograferes» i sekundet. En CD benytter 44,1 kHz (44 100 samples i sekundet).

Ifølge Nyquist-Shannon-teoremet kan et digitalt system bare gjengi frekvenser som er halvparten av samplingsfrekvensen.

For en CD med en samplingsfrekvens på 44.1 kHz betyr det at den maksimalt kan gjengi frekvenser opptil 22 050 Hz. Dette dekker hele det hørbare området for mennesker (typisk 20 Hz til 20 000 Hz).

Over frekvensgrensen er det nødvendig med et lavpassfilter som skiller signalet fra samplefrekvensen. Faseskifte og ringning i filtret var en av svakhetene i tidlige CD-avspillere. I dag brukes oversampling, en digital prosess hvor lydens samplingsfrekvens økes mange ganger i DAC-en for å skyve den digitale støyen og de uønskede digitale artefaktene bort fra det hørbare området.

En annen feilkilde i digitale signaler er jitter, som er en tidsfeil hvor hvert digitalt sample ikke avspilles med presis de samme tidsintervallene som de ble tatt opp.

Du kan for øvrig lese mer om digital lyd i avsnitt 4 av Hi-Fi Skolen, som handler om digitale signalkilder.

Tapsgivende og lossless-formater

At musikken er lagret digitalt, er ikke en garanti for at signalet er feilfritt. Heller ikke selv om dynamikkområdet er stort og frekvensgangen er flat som en linjal. For de digitale lydformatene er ikke skapt like.

På en CD er all informasjon i det opprinnelige opptaket med – uten andre begrensninger enn de som ligger i bitdybden på 16 bit og samplefrekvensen på 44,1 kHz.

Men det betyr at musikkfilene blir forholdsvis store. Ca. 750 MB for en CD med 74 minutter musikk. Eller ca. 10 MB per minutt.

For å spare på plassen til lagring og båndbredde når filer overføres over internettet, kan datafilen komprimeres. Avhengig av metoden kan størrelsen på digitale lydfiler begrenses med opptil 90 prosent.

Det finnes to typer komprimeringsmetoder: de ikke-tapsgivende som bevarer innholdet fullkomment, men bare pakker informasjonen tettere. På samme måte som når man lager en zip-fil. Og de tapsgivende (lossy) algoritmene som kaster bor ”overflødig” informasjon. På samme måte som når bilder lagres i jpeg-format.

Tapsfrie formater

FLAC, AIFF, ALAC og WAV er eksempler på ikke-tapsgivende formater. De gjør det mulig å redusere filstørrelsen på lydfiler med typisk 30–50 prosent.

Strømmetjenester som Qobuz og Tidal bruker FLAC-formatet til hi-fi-strømming. Både FLAC, ALAC, AIFF og WAV støtter oppløsninger på opptil 24-bit / 192 kHz.

Blant de tapsgivende formatene finner vi MP3, AAC og OGG Vorbis. Felles for dem er at de bruker psykoakustikk-teori til å finne deler av lydsignalet, som – i hvert fall i teorien – ikke oppfattes av øret, fordi de overdøves av andre. Dermed kan innholdet av lydfilen forenkles så mye at den kan pakkes langt mer effektivt. Hvor mye filstørrelsen kan reduseres, avhenger av hvor store lydkvalitetsmessige kompromisser man er villig til.

Tapsgivende formater

Tapsgivende formater oppgis ikke med en oppløsning målt i bits og kilohertz, men med en bithastighet som kreves for å kunne strømme dem. En MP3-fil med 320 kilobits bitrate fyller omkring en tiendedel av en ukomprimert WAV-fil med samme innhold. Ved å redusere bitraten kan man gjøre filstørrelsen enda mindre. På bekostning av lydkvaliteten. 320 kb/s er akkurat brukbart til ikke alt for kritisk musikklytting.

Strømmetjenestenes ikke-hi-fi-abonnementer bruker typisk 192-320 kb/s AAC til strømming.

Tapsgivende formater er ikke noe som er blitt skapt med Internett. Både DCC og Minidisc brukte tapsgivende komprimeringsalgoritmer til å gjøre det mulig å lagre et helt album på de forholdsvis små mediene. Hos Philips het algoritmen PASC, mens Sony brukte sin egen ATRAC-algoritme. PASC hadde en bithastighet på 384 kb/s, mens ATRAC bød på tre komprimeringsgrader. Den mest hi-fi-vennlige av disse hadde en bithastighet på 292 kb/s.

MQA – komprimert kontrovers

Et av de mest omdiskuterte High-Res-formatene er MQA (Master Quality Authenticated). MQA leverer høy oppløsning (opptil 24 bit/384 kHz) i en filstørrelse som er håndterbar for strømmetjenester ved hjelp av en prosess som kalles «origami-folding».

Teknisk sett er MQA et tapsgivende format, selv om det leverer High-Res-oppløsning. Noen av de opprinnelige dataene fjernes under komprimeringen for å gjøre filen mindre, hvilket er kontroversielt blant purister som mener at «Lossless» (FLAC) er den eneste akseptable veien fremover.

MQA ble tidligere brukt av Tidal, men ble i 2024 erstattet av det tabsfrie FLAC-formatet.

DSD

Mens alle de øvrige digitale lydformatene bruker en eller annen form for pulskodemodulasjon (PCM), er DSD-formatet annerledes.

DSD ble opprinnelig utviklet til de høyt oppløste Super Audio CD (SACD). I stedet for å jobbe med et antall bits, bruker DSD bare én bit per sample (0 eller 1).

DSD kompenserer for den lave bitdybden med en voldsom sample-hastighet på 2,8 til 22,5 MHz. Mens konverteringen til digital form er teknisk komplisert, er veien tilbake til analog enkel. Faktisk kan et enkelt passivt 6 dB/oktav-filter gjøre det.

Og sannheten?

Hvis definisjonen på hi-fi er troskap mot originalopptaket, har de moderne digitale, tapsfrie High-Res formatene (FLAC/WAV i 24-bit) vunnet slaget. Og du kan til og med få musikken levert i en uendelig strøm og i full kvalitet fra strømmetjenestene. Og musikken kan nytes hvor du er: hjemme, på treningssentret eller på vei til jobben på toget.

Men musikk er ikke bare tall. Selv den høyeste oppløsningen kan ikke merkes mellom fingrene eller luktes med neseborene. Den taktile opplevelsen og ritualet i omhyggelig å legge en plate på avspilleren og deretter lene seg tilbake i godstolen for å oppleve et album fra start til slutt er en stor del av opplevelsen – som ikke følger med i selv den mest høyoppløste DSD-filen.