PCM audio je základní způsob, jak digitální zařízení přeměňuje zvuk na čísla a zpět. Tento článek vysvětluje, jak fungují vzorkování, bitová hloubka a PCM formáty, jak se přenášejí přes HDMI, ARC, eARC, optické a koaxiální linky, a jak se PCM srovnává s bitstreamovými a komprimovanými kodeky, s podrobnými tipy na nastavení a informacemi o PCM audiu.
Základy PCM zvuku
PCM audio je digitální formát audio signálu, kde je zvuk reprezentován jako souvislý proud číselných vzorků. Tyto vzorky jsou konečnou formou používanou digitálně-analogovými převodníky (DAC) k produkci zvuku pro reproduktory nebo sluchátka.
Když zařízení vydává PCM zvuk, znamená to, že jakýkoli komprimovaný nebo zakódovaný formát již byl dekódován a zvuk je dodáván jako surové digitální vzorky. To činí PCM běžným a kompatibilním výstupním formátem napříč televizemi, přehrávači médií, herními konzolemi a audio přijímači.
Jak PCM audio přeměňuje zvuk na digitální čísla
PCM zvuk přeměňuje hladkou zvukovou vlnu na digitální data v jasných, opakovatelných krocích. Zvuk je měřen, převeden na čísla a poté uložen nebo odeslán, aby mohl být později přehrán jako zvuk.
• Vzorkování – Analogový zvukový signál je měřen v pravidelných časových intervalech.
• Kvantování – Každé měření je zaokrouhleno na nejbližší úroveň na pevné digitální škále.
• Kódování – Zaokrouhlené hodnoty se zapisují jako binární čísla, která digitální zařízení mohou uložit nebo přenášet.
Nastavení vzorkovací frekvence zvuku a hloubky bitu v PCM
| Typ nastavení PCM | Společné hodnoty | Co to ovlivňuje |
|---|---|---|
| Vzorkovací frekvence | 44,1 kHz | Nejvyšší tón, který zvuk může udržet |
| Vzorkovací frekvence | 48 kHz | Udržuje zvuk v souladu s videem |
| Vzorkovací frekvence | 96–192 kHz | Detailnější zvuk a více prostoru pro úpravy |
| Bitová hloubka | 16bitový | Rozdíl mezi tichými a hlasitými zvuky (asi 96 dB) |
| Bitová hloubka | 24-bitový | Širší rozsah od měkkého po hlasité (až přibližně 144 dB) |
Typy zvuku PCM a varianty formátů
Lineární PCM (LPCM)
Lineární PCM je nejběžnější formou PCM zvuku v domácích systémech. Kroky mezi digitálními úrovněmi jsou rovnoměrně rozestoupené, což udržuje signál jednoduchý a jasný. Tento formát se používá pro televizní audio, Blu-ray, herní konzole a většinu přehrávání hudby. Když zařízení ukazuje PCM nebo LPCM, téměř vždy to znamená tento typ.
μ-law a A-law PCM
μ-law a A-law PCM mění způsob, jakým jsou digitální kroky rozloženy. Menší zvuky mají více detailů, zatímco hlasitější zvuky vyžadují méně kroků. Tento styl se často vyskytuje v telefonních sítích a systémech hlasové komunikace, kde je hlavním cílem jasná řeč.
DPCM a ADPCM
DPCM (Diferenciální PCM) a ADPCM (Adaptivní diferenciální PCM) fungují tak, že ukládají rozdíl mezi vzorky místo celé hodnoty. To snižuje množství dat a zároveň udržuje zvuk dostatečně čistý pro řeč a jednoduchý zvuk v systémech s nízkou šířkou pásma.
Režimy zvukových kanálů PCM a úrovně kvality
| PCM režim | Kanály | Typické rozlišení | Kde to vidíte |
|---|---|---|---|
| Mono PCM | 1 | 8–16-bit / 8–48 kHz | Řeč a jednoduché systémové zvuky |
| Stereo PCM | 2 | 16-bitové / 44,1–48 kHz | Hudební stopy a zvuk televize |
| Multikanálový PCM | 5.1 / 7.1 | 16–24 bitů / 48–96 kHz | Prostorový zvuk pro filmy a hry |
| PCM ve vysokém rozlišení | 2–8 | 24-bitové / 96–192 kHz | Vysoce detailní hudba a produkční audio |
PCM audio aplikace
PCM zvuk v televizích a set-top boxech
PCM zvuk se vytváří uvnitř televizí a set-top boxů poté, co dekódují příchozí signál. Zvuk je převeden na PCM, než se dostane do vestavěných reproduktorů nebo audio výstupů.
PCM zvuk v Blu-ray a DVD přehrávačích
Blu-ray a DVD přehrávače mohou přenášet lineární PCM (LPCM) přes HDMI. To umožňuje přehrávači přenášet připravený digitální zvuk přímo do televize nebo přijímače.
PCM zvuk v herních konzolích a PC
Herní konzole a PC mísí zvuky ze her, hlasového chatu a systémových upozornění do jednoho PCM streamu. Tento PCM signál je pak odesílán přes HDMI, USB nebo audio konektory.
PCM zvuk ve streamovacích zařízeních a aplikacích
Streamovací zařízení a aplikace dekódují komprimované audio formáty uvnitř zařízení. Po dekódování zvuk vysílají jako PCM na digitálně-analogový převodník.
PCM zvuk ve srovnání s komprimovanými kodeky
| Funkce | PCM Audio (PCM / LPCM) | Komprimované kodeky (Dolby Digital, DTS, AAC, MP3) |
|---|---|---|
| Komprese | Žádná komprese: plný signál je uchováván jako digitální vzorky | Zvuk je komprimován; Data jsou zabalena, aby se ušetřilo místo |
| Velikost dat | Větší velikost dat pro stejnou délku zvuku | Menší velikost dat pro stejnou délku zvuku |
| Střih / Míchání | Lze upravovat a mixovat přímo jako digitální zvuk | Nejprve jsem se převedl na PCM, než jsem střihl nebo mixoval |
| Typická role | Konečný přehrávací signál odeslaný DAC a reproduktorům | Formát používaný pro ukládání a odesílání zvuku na discích, souborech a streamech |
| Použití v TV menu | V nastavení audio výstupu je zobrazeno jako "PCM" nebo "LPCM" | Zobrazeno jako "Bitstream", "Dolby", "DTS" nebo názvy kodeků |
PCM zvuk vs bitstream v nastavení televize a přijímače
PCM možnost
• Zdrojové zařízení nejprve dekóduje zvuk a odesílá ho jako PCM vzorky.
• Pasuje do mnoha soundbarů a televizorů připravených pro stereo nebo vícekanálový PCM zvuk.
• Může pomoci předejít problémům, když některá zařízení nezvládají určité formáty bitových proudů dobře.
Bitstream možnost
• Zdrojové zařízení posílá komprimovaný zvuk Dolby nebo DTS místo PCM.
• AV přijímač nebo soundbar se stará o dekódování signálu.
• Užitečné, když přijímač podporuje formáty jako Dolby TrueHD, DTS-HD nebo Atmos a chcete tyto funkce.
PCM audio přes HDMI, ARC, eARC, optické a koaxiální připojení
| Typ spojení | Podpora PCM | Typický limit kanálu |
|---|---|---|
| HDMI | Stereo a vícekanálový PCM zvuk | Až 7.1 kanálů |
| HDMI ARC | Stereo PCM a nějaký prostorový zvuk posílaný z TV | Často 2.0 PCM |
| HDMI eARC | Stereo a vícekanálový PCM s plnou šířkou pásma | Až 7,1 PCM a výše |
| Optický (Toslink) | Stereo PCM audio | 2.0 PCM |
| Koaxiální digitální | Stereo PCM a nějaký komprimovaný zvuk | 2.0 PCM |
PCM zvuk uvnitř běžných typů souborů
• WAV (.wav) – Běžné na Windows a mnoha dalších systémech. Často obsahuje 16bitový nebo 24bitový lineární PCM zvuk.
• AIFF (.aiff) – Podobný WAV a často používaný pro čistý LPCM zvuk na Macu a v audio práci.
• Raw PCM (.pcm, .raw, .l16, .l24) – Jednoduchá PCM data s malým nebo žádným hlavičkou, používaná pro testy a nízkoúrovňové audio úkoly.
• CD Audio - Ukládá 44,1 kHz, 16bitový stereo PCM na každé stopě disku.
• Video kontejnery (.m2ts, .mkv a další) – Mohou uchovávat LPCM audio stopy spolu s Dolby nebo DTS stopami uvnitř jednoho video souboru.
Problémy se zvukem PCM a rychlé opravy
Žádný zvuk při výběru PCM
• Nastavte výstup zvuku z televize na PCM, nikoli Dolby nebo DTS.
• Zkontrolujte, zda je na soundbaru nebo receiveru zvolen správný vstup.
• Zkuste jiný HDMI nebo optický kabel, pokud stále není žádný zvuk.
Možnost 11.2 PCM se v menu nezobrazuje
• Vypnout jakýkoli speciální zvukový režim, který by mohl zablokovat zvukový výstup.
• Hledejte nastavení jako "Auto", "Pass-through" nebo "Digital Audio Out".
• Měňte tato nastavení, dokud se neobjeví PCM jako možnost.
Zpoždění synchronizace rtů mezi PCM zvukem a obrazem
• Použijte ovládání "audio delay" nebo "lip sync" na televizi nebo přijímači.
• Postupně upravovat zpoždění, dokud hlasy neodpovídají pohybu úst na obrazovce.
PCM zní tišěji než Dolby nebo DTS
• Zesílit hlavní hlasitost při poslechu v PCM a považovat ji za normální úroveň.
• Vypnout režimy hlasitosti nebo boostu, které ovlivňují pouze Dolby, DTS nebo jiné formáty bitstreamu.
Když bitstream funguje lépe než PCM zvuk
Výstup datového proudu je často preferován při použití pokročilých prostorových formátů, jako je Dolby Atmos nebo DTS:X, kde AV přijímač nebo soundbar provádí objektové vykreslování zvuku. Některá připojení, například optická nebo starší HDMI spojení, také omezují vícekanálovou šířku pásma PCM, což činí komprimované bitstreamové formáty praktičnějšími.
V mnoha sestavách PCM nejlépe funguje pro každodenní sledování televize a přehrávání smíšeného obsahu, zatímco bitstream je povolen selektivně pro filmy nebo hry, které těží ze specializovaného prostorového zpracování.
Kontrolní seznam PCM audio nastavení pro televizi a domácí kino
Výběr vhodného připojení pro PCM audio
Pro vícekanálový PCM zvuk použijte HDMI nebo eARC. Používejte optická připojení pro stereo PCM a základní soundbary.
Sladit výstup PCM s vaším audio zařízením
Nastavte televizi nebo zdrojové zařízení na PCM výstup. Zapněte bitstream pouze tehdy, když AV přijímač výslovně podporuje a zobrazuje požadovaný formát.
Nastavit vzorkovací frekvence PCM vhodné pro obsah
Používejte 48 kHz PCM pro televizní programy, hry a video streamovaný obsah. Umožněte zařízením pro přehrávání hudby používat jejich nativní vzorkovací frekvence, pokud je to možné.
Ověření konfigurace PCM kanálu na každém zařízení
Ujistěte se, že televize nebo zdroj není omezen pouze na PCM 2.0, když HDMI link a přijímač podporují vícekanálový PCM, například 5.1 nebo 7.1.
Úprava funkcí zpracování zvuku
Vypněte nadměrnou kompresi dynamického rozsahu. Zesílení řeči nebo zvukové režimy zapněte až po ověření správných PCM úrovní a vyvážení kanálů.
Otestujte PCM nastavení s použitím známého obsahu
Hrajte známé scény s jasnými dialogy, hudbou a zvukovými efekty. Aplikujte jednu změnu po druhé a udržujte konfiguraci, která zní nejpřirozeněji.
Závěr
PCM audio je středobodem televize, hudby, her a streamování, proměňuje zvuk v čisté digitální samply pro DAC, reproduktory a sluchátka. Znalost nastavení PCM, formátů, kanálů a propojení a kdy je bitstream vhodnější, pomáhá udržet přehrávání stabilní a usnadňuje hledání chyb.
Často kladené otázky [FAQ]
Zvyšuje PCM zvuk zpoždění zvuku?
PCM samo o sobě přidává velmi málo zpoždění. Většina zpoždění zvuku pochází z přesného zpracování v televizi nebo přijímači, ne z PCM.
Jak odhadnu velikost PCM audio souboru?
Násobte: vzorkovací frekvence × bitová hloubka × počet kanálů × sekundách, poté vydělte 8 a získáte bajty. Vyšší rychlosti, bitová hloubka a více kanálů zvětšují soubory.
Co znamená 0 dBFS v PCM audiu?
0 dBFS je nejvyšší úroveň, kterou PCM může udržet. Cokoliv nad 0 dBFS se zkresluje a zkresluje, takže zvuk zůstává o pár dB pod touto hranicí.
Je PCM vždy bezztrátový zvuk?
PCM je samo o sobě bezztrátové, ale pokud byl zdrojem MP3, AAC nebo jiný ztrátový kodek, ztracená data se při převodu na PCM nevracejí.
Jaký je rozdíl mezi 24bitovým PCM a 32bitovým plovoucím zvukem?
24bitová PCM používá pevné celočíselné hodnoty v daném rozsahu. 32bitový float může reprezentovat tišší detaily a dočasné vrcholy nad 0 dBFS během mixování bez ořezání.
Jak se PCM zvuk přenáší v systémech s více místnostmi?
PCM je posílán jako digitální proudy přes Ethernet nebo Wi-Fi. Některé systémy posílají surový PCM, jiné komprimovaný zvuk a převádějí ho na PCM u každého reproduktoru pro přehrávání.
