PCM-аудио — это базовый способ, которым цифровое оборудование превращает звук в числа и обратно. В этой статье объясняется, как работают форматы сэмплинга, битовой глубины и PCM, как они передаются по HDMI, ARC, eARC, оптическим и коаксиальным каналам, а также как PCM сравнивается с битовыми потоками и сжатыми кодеками, с пошаговыми советами по настройке и информацией о аудио PCM.
Основы аудио PCM
PCM-аудио — это цифровой аудиосигнал, в котором звук представлен как непрерывный поток числовых сэмплов. Эти сэмплы являются окончательной формой, используемой цифрово-аналоговыми преобразователями (ЦАПами) для создания звука для колонок или наушников.
Когда устройство выводит PCM-аудио, это означает, что любой сжатый или закодированный формат уже декодирован, и аудио подаётся в виде необработанных цифровых сэмплов. Это делает PCM распространённым и совместимым форматом выхода для телевизоров, медиаплееров, игровых консолей и аудиоприёмников.
Как PCM Audio превращает звук в цифровые числа
PCM-аудио превращает плавную звуковую волну в цифровые данные чёткими, повторяемыми шагами. Звук измеряется, превращается в числа, а затем сохраняется или отправляется, чтобы позже воспроизвести его в виде аудио.
• Дискретизация — аналоговый звуковой сигнал измеряется с регулярными временными интервалами.
• Квантование — каждое измерение округляется до ближайшего уровня на фиксированной цифровой шкале.
• Кодирование — округленные значения записываются в виде двоичных чисел, которые цифровое оборудование может хранить или передавать.
Настройки частоты дискретизации аудио и глубины битов PCM
| Тип настройки PCM | Общие ценности | Что это влияет |
|---|---|---|
| Частота дискретизации | 44,1 кГц | Максимальная высота звука |
| Частота дискретизации | 48 кГц | Поддерживает звук в такт с видео |
| Частота дискретизации | 96–192 кГц | Более детализированный звук и дополнительное место для монтажа |
| Битовая глубина | 16-битный | Разница между мягкими и громкими звуками (около 96 дБ) |
| Битовая глубина | 24-битный | Более широкий диапазон от мягкой до громкой (до примерно 144 дБ) |
Типы и варианты форматов PCM
Линейный PCM (LPCM)
Линейный PCM — самая распространённая форма PCM-аудио в домашних системах. Шаги между цифровыми уровнями равномерно расположены, что делает сигнал простым и чётким. Этот формат используется для телевизионного аудио, Blu-ray, игровых консолей и большинства воспроизведений музыки. Когда устройство показывает PCM или LPCM, почти всегда имеется в виду именно этот тип.
μ-закон и A-law PCM
μ-law и A-law PCM влияют на способ расположения цифровых шагов. Мелкие звуки получают больше деталей, а громкие требуют меньше шагов. Этот стиль часто встречается в телефонных сетях и системах голосовой связи, где главной целью является чистая речь.
DPCM и ADPCM
DPCM (Differential PCM) и ADPCM (Adaptive Differential PCM) работают за счёт хранения разницы между образцами, а не полного значения. Это снижает объём данных, при этом сохраняя достаточно чистый звук для речи и простого звука в системах с низкой пропускной способностью.
Режимы аудиоканалов PCM и уровни качества
| Режим PCM | Каналы | Типичное разрешение | Где вы это видите |
|---|---|---|---|
| Моно PCM | 1 | 8–16-бит / 8–48 кГц | Речь и простые системные звуки |
| Стерео PCM | 2 | 16-битная / 44.1–48 кГц | Музыкальные треки и звук для ТВ |
| Многоканальный PCM | 5.1 / 7.1 | 16–24-бит / 48–96 кГц | Объемный звук для фильмов и игр |
| Высокое разрешение PCM | 2–8 | 24-битная / 96–192 кГц | Музыка с высокой детализацией и звук производства |
Аудиоприложения PCM
PCM аудио в телевизорах и приставках
PCM-аудио создаётся внутри телевизоров и приставок после декодирования входящего сигнала. Звук превращается в PCM, прежде чем попадает в встроенные колонки или аудиовыходы.
PCM аудио в Blu-ray и DVD-плеерах
Blu-ray и DVD-плееры могут передавать линейный PCM (LPCM) через HDMI. Это позволяет плееру передавать готовый к воспроизведению цифровой аудиозвук прямо на телевизор или ресивер.
PCM аудио на игровых консолях и ПК
Игровые консоли и ПК смешивают звук из игр, голосового чата и системных оповещений в один поток PCM. Этот PCM-сигнал затем отправляется через HDMI, USB или аудиоразъёмы.
PCM аудио в стриминговых устройствах и приложениях
Стриминговые приставки и приложения декодируют сжатые аудиоформаты внутри устройства. После декодирования они выводят звук в формате PCM на стадию цифрово-аналогового преобразователя.
PCM-аудио по сравнению с сжатыми кодеками
| Функция | PCM Аудио (PCM / LPCM) | Сжатые кодеки (Dolby Digital, DTS, AAC, MP3) |
|---|---|---|
| Сжатие | Нет сжатия: полный сигнал сохраняется в виде цифровых сэмплов | Аудио сжимается; Данные упаковываются для экономии места |
| Размер данных | Больший размер данных для той же длины аудио | Меньший размер данных для той же длины аудио |
| Монтаж / Сведение | Можно редактировать и сводить напрямую как цифровой звук | Сначала превратился в PCM, прежде чем редактировать или сводить |
| Типичная роль | Финальный сигнал воспроизведения, отправленный на ЦАП и колонки | Формат, используемый для хранения и отправки аудио на дисках, файлах и потоках |
| Использование в меню телевизоров | Отображается как «PCM» или «LPCM» в настройках аудиовыхода | Отображается как «Bitstream», «Dolby», «DTS» или имена кодеков |
PCM Audio против Bitstream в настройках телевизора и ресивера
Опция PCM 8.1
• Исходное устройство сначала декодирует аудио и отправляет его в виде PCM-сэмплов.
• Подходит для многих саундбаров и телевизоров, настроенных на стерео или многоканальный PCM-звук.
• Может помочь избежать проблем, если некоторые устройства плохо справляются с определёнными форматами битовых потоков.
Опция битового потока
• Исходное устройство отправляет сжатый аудио Dolby или DTS вместо PCM.
• AV-приемник или саундбар отвечает за декодирование сигнала.
• Полезно, если ресивер поддерживает такие форматы, как Dolby TrueHD, DTS-HD или Atmos, и вам нужны эти функции.
PCM аудио по HDMI, ARC, eARC, оптическому и коаксиальному кабелю
| Тип соединения | Поддержка PCM | Типичный лимит канала |
|---|---|---|
| HDMI | Стерео и многоканальное PCM-аудио | Каналы до 7.1 |
| HDMI ARC | Стерео PCM и немного объемного звучания, передаваемое с телевизора | Часто 2.0 PCM |
| HDMI eARC | Стерео с полной полосой пропускной способности и многоканальный PCM | До 7.1 PCM и выше |
| Оптика (Toslink) | Стерео PCM аудио | 2.0 PCM |
| Коаксиальный цифровой | Стерео PCM и немного сжатого аудио | 2.0 PCM |
PCM-аудио внутри распространённых типов файлов
• WAV (.wav) — распространён на Windows и многих других системах. Часто содержит 16- или 24-битный линейный PCM-аудио.
• AIFF (.aiff) — похожий на WAV и часто используется для чистого звука LPCM на Mac и в аудиоработах.
• Raw PCM (.pcm, .raw, .l16, .l24) — простые PCM-данные с минимальным или отсутствующим заголовком, используемые для тестов и низкоуровневых аудиозадач.
• CD Audio — хранит 44,1 кГц, 16-битный стерео PCM на каждой дорожке диска.
• Видеоконтейнеры (.m2ts, .mkv и другие) — могут хранить аудиодорожки LPCM вместе с Dolby или DTS-дорожками внутри одного видеофайла.
Проблемы с аудио PCM и быстрые решения
Отсутствие звука при выборе PCM
• Установить аудиовыход телевизора на PCM, а не Dolby или DTS.
• Проверьте, выбран ли правильный вход на саундбаре или ресивере.
• Попробуйте другой HDMI или оптический кабель, если звука всё ещё нет.
Опция PCM 11.2 не отображается в меню
• Отключите любой специальный звуковой режим, который может блокировать аудиовыход.
• Ищите такие настройки, как «Авто», «Проход» или «Цифровой аудиовыход».
• Изменяйте эти настройки, пока PCM не появится как опция.
Задержка синхронизации губ между аудио и видео PCM
• Используйте управление «аудиозадержкой» или «синхронизацией губ» на телевизоре или ресивере.
• Регулировать задержку понемногу постепенно, пока голоса не совпадут с движением рта на экране.
PCM звучит тише, чем Dolby или DTS
• Убавьте основную громкость во время прослушивания в PCM и считайте это нормальным.
• Отключить режимы громкости или усиления, которые влияют только на Dolby, DTS или другие форматы битстрима.
Когда Bitstream работает лучше, чем PCM Audio
Вывод битового потока часто предпочитается при использовании продвинутых форматов объемного звучания, таких как Dolby Atmos или DTS:X, где AV-приёмник или саундбар выполняют объектно-ориентированный аудиорендеринг. Некоторые соединения, такие как оптические или старые HDMI-каналы, также ограничивают пропускную способность многоканальных PCM, делая форматы сжатых битстрими более практичными.
Во многих системах PCM лучше всего подходит для повседневного просмотра ТВ и воспроизведения смешанного контента, тогда как bitstream включается избирательно для фильмов или игр, которые используют специализированную обработку объемного звука.
Чек-лист настройки PCM Audio для телевизора и домашнего кинотеатра
Выберите подходящее соединение для PCM-аудио
Используйте HDMI или eARC для многоканального PCM-аудио. Используйте оптические соединения для стерео PCM и базовых настройок саундбаров.
Сопоставьте PCM-выход с вашим аудиооборудованием
Установите телевизор или исходное устройство на PCM-выход. Включайте битовый поток только тогда, когда AV-приёмник явно поддерживает и отображает желаемый формат.
Установка частот дискретизации PCM, соответствующих содержимому
Используйте PCM с частотой 48 кГц для телепрограмм, игр и потокового видеоконтента. Разрешить устройствам воспроизведения музыки использовать свои родные частоты дискретизации, когда это возможно.
Проверьте конфигурацию канала PCM на каждом устройстве
Убедитесь, что телевизор или источник не ограничены PCM 2.0, если HDMI-канал и приёмник поддерживают многоканальный PCM, например 5.1 или 7.1.
Настройка функций обработки звука
Отключите чрезмерное сжатие динамического диапазона. Включайте улучшение речи или звуковые режимы только после подтверждения правильных уровней PCM и баланса каналов.
Протестировать настройку PCM с использованием знакомого контента
Воспроизводите известные сцены с чёткими диалогами, музыкой и звуковыми эффектами. Вносите по одному изменению за раз и сохраняйте ту конфигурацию, которая звучит наиболее естественно.
Заключение
PCM-аудио находится в центре телевидения, музыки, игр и стриминга, превращая звук в чёткие цифровые сэмплы для ЦАПов, колонок и наушников. Знание того, как работают настройки PCM, форматы, каналы и ссылки, а также когда bitstream лучше подходит, помогает поддерживать стабильность воспроизведения и делает поиск ошибок более прямым.
Часто задаваемые вопросы [FAQ]
Увеличивает ли аудио в PCM 15.1?
PCM сам по себе добавляет очень мало задержки. Большая часть задержки звука возникает из-за дополнительной обработки в телевизоре или ресивере, а не от PCM.
Как оценить размер аудиофайла PCM?
Умножите: частоту дискретизации × битную глубину × количество каналов × секунд, затем делите на 8, чтобы получить байты. Более высокие скорости, битовая глубина и больше каналов делают файлы больше.
Что означает 0 dBFS в аудио PCM?
0 dBFS — это максимальный уровень, который PCM может удержать. Всё, что превышает 0 dBFS, клипирует и искажается, поэтому звук остаётся на несколько дБ ниже этой точки.
PCM всегда звучит без потерь?
PCM сам по себе безпотерен, но если исходным кодом был MP3, AAC или другой кодек с потерями, потерянные данные не возвращаются при конвертации в PCM.
В чём разница между 24-битным PCM и 32-битным float-аудио?
24-битная PCM использует фиксированные целочисленные значения в заданном диапазоне. 32-битный float может отображать более тихие детали и временные пики выше 0 dBFS при сведении без клиппинга.
Как передаётся аудио PCM в мультирумных системах?
PCM передаётся в виде цифровых потоков по Ethernet или Wi-Fi. Некоторые системы отправляют сырой PCM, другие — сжатый аудио и конвертируют в PCM на каждой динамике для воспроизведения.
