JVC K2 technológia – amikor a digitális hangot közelebb akarják vinni az eredeti masterhez

 

JVC K2 technológia – amikor a digitális hangot közelebb akarják vinni az eredeti masterhez

A JVC K2 Technology nem egyetlen konkrét áramkört vagy hangprocesszort jelent, hanem digitális hangfeldolgozási technológiák egész családját. Alapvető célja, hogy a digitális rögzítés, másolás, tömörítés vagy formátumkonverzió során bekövetkező minőségromlást mérsékelje, és a reprodukált hangot a lehető legközelebb vigye az eredeti stúdió-masterhez. A technológiát a JVC – ma JVCKENWOOD – és a Victor Studio közösen kezdte fejleszteni 1987-ben.

Hogyan kezdődött a K2?

A K2 megszületésének hátterében a digitális hangtechnika egyik érdekes problémája állt. A JVC mérnökei azt tapasztalták, hogy két, matematikailag azonos digitális adatállomány lejátszása között is lehet érzékelhető hangzásbeli különbség. Ennek lehetséges okai között az adatátvitel és -kiolvasás időzítési hibáit, jittert, elektromos zavarokat és a digitális jelalak torzulásait vizsgálták.

Az első generációs K2 Interface ezért elsősorban nem elveszett frekvenciák visszaállítására szolgált. Feladata a digitális jelátviteli láncban keletkező zavarok csökkentése és a digitális jel regenerálása volt. A technológia 1988-ban már megjelent a JVC XL-Z711 CD-lejátszóban és az AX-Z921 integrált erősítőben, majd 1990-ben az XD-Z909 DAT magnóban is.

A K2 filozófiája

A technológia mögött álló gondolkodás talán fontosabb, mint maga a K2 logó. A JVCKENWOOD szerint a fejlesztés alapelve nem egy látványosabb vagy mesterségesen „audiofilebb” hang létrehozása, hanem az eredeti állapot helyreállítása.

A K2 fejlesztésében ezért a mérnöki mérések mellett a Victor Studio hangmérnökeinek meghallgatási tapasztalata is fontos szerepet kapott. A technikai paramétereket valódi masterfelvételeken ellenőrizték, és a végleges hangolásban szubjektív meghallgatási teszteket is alkalmaztak.

Ez némileg eltér a hagyományos DSP-megközelítéstől: a K2-nél nem pusztán az a kérdés, hogy matematikailag mit lehet visszaállítani, hanem az is, hogy az eredmény zeneileg mennyire természetes.

K2HD Processing – a technológia legismertebb változata

A K2 család legismertebb továbbfejlesztése a K2HD Processing. Ennek feladata már nem csupán a digitális adatátvitel optimalizálása, hanem a korlátozott felbontású vagy tömörített digitális hanganyag rekonstrukciója.

A rendszer egyik legérdekesebb sajátossága, hogy a JVCKENWOOD leírása szerint a K2HD elsősorban időtartományban elemzi a jelalakot, és nem egyszerű frekvenciatartomány-alapú harmonikus generátorként működik. A megmaradt hullámformákból próbál következtetni azokra a harmonikus összetevőkre, amelyek a digitalizálás, formátumkorlátozás vagy tömörítés során elvesztek.

Ez fontos különbség.

A K2HD ugyanis a gyártó szerint nem egyszerű upsampling.

Ha egy 44,1 kHz/16 bites CD-jelet egyszerűen 192 kHz/24 bitre konvertálunk, attól az eredetileg elveszett információ nem kerül automatikusan vissza a felvételbe. A K2HD ezzel szemben megpróbálja rekonstruálni a hiányzó nagyfrekvenciás összetevőket és finom jelszintváltozásokat. 

Magas frekvenciák rekonstrukciója

A CD 44,1 kHz-es mintavételezési frekvenciája elméletileg nagyjából 22,05 kHz-ig teszi lehetővé a frekvenciák tárolását. A veszteségesen tömörített formátumok pedig bitrátától és kodektől függően ennél is agresszívebben csökkenthetik a magas frekvenciájú információt.

A K2HD a megmaradt zenei jelből próbálja rekonstruálni a levágott felharmonikus struktúrát. A JVCKENWOOD jelenlegi K2HD Processing rendszere akár 100 kHz-ig terjedő nagyfrekvenciás komponensek rekonstrukcióját is lehetővé teszi.

A gyártó külön hangsúlyozza, hogy ezt nem egyszerű mesterséges felharmonikus-generálással végzi, hanem az eredeti hullámformából kiinduló időtartomány-alapú feldolgozással.

Bitmélység és finom részletek

A K2 másik fontos területe a kis amplitúdójú jelek reprodukciója.

Egy 16 bites CD elméletileg 65 536 kvantálási szintet, míg a 24 bites felbontás 16 777 216 szintet biztosít. A nagyobb felbontás előnye elsősorban a nagyon kis szintű jeleknél, lecsengéseknél és finom dinamikai változásoknál jelentkezhet.

A K2HD ezért úgynevezett minute signal extension, azaz kisjel-rekonstrukciót is alkalmaz. Ennek célja többek között a térinformációk, zengetések, vonóhangok, lélegzetvételek és egyéb nagyon halk részletek természetesebb reprodukciója.

Több technológia egy név alatt

Fontos, hogy a K2 Technology gyűjtőfogalom. Az évtizedek során több, különböző célú változata jelent meg:

• K2 Interface – a digitális jelátvitel minőségének javítása és a jel regenerálása.
• net K2 – tömörített és hálózaton továbbított audioanyagok kezelésére fejlesztett változat.
• K2HD / K2HD Processing – nagyfrekvenciás és kisjel-információ rekonstrukciójára, illetve magasabb felbontású feldolgozásra szolgáló technológia.
• K2HD Coding – nagy felbontású masteranyag hagyományosabb formátumba történő leképezéséhez kidolgozott rendszer.
• K2HD Pro Mastering – a Victor Studio masteringfolyamatába integrált K2 rendszer.

A K2 tehát nem csak a JVC készülékeiben található DSP-funkció. A technológia a felvételkészítéstől és masteringfolyamattól egészen az otthoni lejátszásig a digitális audiólánc több pontján alkalmazható.

K2HD mastering és K2HD CD-k

Különösen érdekes a K2HD Pro Mastering, amelyet 2007-ben fejlesztettek ki. Itt már nem egyszerűen egy lejátszóban bekapcsolható hangfeldolgozásról beszélünk, hanem a Victor Studio masteringmérnökei által használt eljárásról.

A JVCKENWOOD szerint a K2HD Coding segítségével akár 192 kHz/24 bites masterből is készíthető 44,1 kHz/16 bites CD-master, miközben a K2 célja, hogy az eredeti nagy felbontású anyag zenei karakteréből a lehető legtöbbet megőrizze. Több mint ezer K2HD Pro Mastering CD jelent meg, elsősorban Japánban és más ázsiai piacokon.

Ezért érdemes különbséget tenni egy K2HD-masterelt lemez és egy K2 technológiával rendelkező lejátszó között. Az első esetben a technológiát már a hanganyag elkészítésekor alkalmazták, míg a másodiknál a lejátszás során történik valamilyen K2 feldolgozás.

Mit hallhatunk belőle?

Jól implementált rendszerben a K2 célja nem egy drámai hangszínszabályzás. Sokkal inkább a finom részletek, lecsengések, térinformációk és felharmonikusok természetesebb visszaadása.

Gyakorlati szempontból ez elsősorban nagyobb levegősségként, finomabb magas tartományként, természetesebb lecsengésként és jobb térérzetként jelentkezhet. Klasszikus és jazzfelvételeken például a vonós hangszerek textúrája, a cintányérok lecsengése vagy a felvételi helyiség atmoszférája válhat érzékletesebbé. Ez azonban részben szubjektív megítélés; a JVCKENWOOD maga is hangsúlyozza, hogy a K2 fejlesztése során a mérési eredmények mellett meghallgatási tesztekre támaszkodik.

Van ugyanakkor egy fontos korlát: a K2 nem képes szó szerint visszaszerezni azt a digitális információt, amely már nincs benne a forrásban. A hiányzó tartalom rekonstrukciója algoritmikus becslés. Ezért szakmailag pontosabb rekonstrukcióról vagy restaurációs feldolgozásról beszélni, mint az eredeti, elveszett bitek tényleges „visszaállításáról”.

Összegzés

A JVC K2 az egyik érdekesebb és hosszabb múltra visszatekintő japán digitális hangfeldolgozási technológiacsalád. Az 1987-ben elkezdett fejlesztés az eredeti K2 Interface digitális jelregenerálásától jutott el a mai K2HD Processing nagyfrekvenciás és kisjel-rekonstrukciójáig, valamint a professzionális K2HD masteringeljárásokig.

Különlegességét elsősorban az adja, hogy a JVC/Victor a technológiát nem pusztán mérnöki DSP-megoldásként, hanem a hardverfejlesztők és a Victor Studio hangmérnökeinek közös rendszerként alakította ki. A filozófia végig ugyanaz maradt: nem látványosan megváltoztatni a felvételt, hanem lehetőség szerint közelebb kerülni ahhoz, amit az eredeti master tartalmazott.

CC Converter – a K2 technológia a lejátszás szolgálatában

A JVC számos Hi-Fi készülékében a K2 technológia egyik gyakorlati megvalósítása CC Converter néven jelent meg. A rövidítés jelentése Compression Compensative Converter, feladata pedig a digitális hangforrások feldolgozása során elveszett vagy korlátozott információk részleges rekonstrukciója.

A CC Converter abból indul ki, hogy az analóg hang digitálissá alakításakor a mintavételi frekvencia korlátozza a tárolható frekvenciatartományt. A CD 44,1 kHz-es mintavételezésénél például a 22,05 kHz feletti frekvenciák már nem tárolhatók. Emellett a kvantálás korlátozza a nagyon kis jelszintek felbontását, veszteséges tömörítés – például MP3 vagy WMA – esetén pedig további információk kerülhetnek eltávolításra.

A JVC szerint ezek a veszteségek nemcsak a közvetlenül érintett frekvenciákat befolyásolhatják, hanem a hallható tartomány természetességére, térérzetére és a hangszerek felharmonikus szerkezetének érzékelésére is hatással lehetnek.

Hogyan működik a CC Converter?

A CC Converter nem egyszerű hangszínszabályzó, és nem pusztán hagyományos felkonvertálást végez. A JVC saját fejlesztésű algoritmusai a digitális felvételben megmaradt, hallható frekvenciatartomány információiból következtetnek a hiányzó jelösszetevőkre, majd ezek alapján kiegészített digitális jelet állítanak elő.

A feldolgozás három fontos területre bontható.

1. Magas frekvenciájú információ rekonstrukciója

A rendszer elemzi a rendelkezésre álló digitális jelet, majd ebből próbálja rekonstruálni azokat a nagyfrekvenciás komponenseket, amelyek az A/D átalakítás, a mintavételi korlát vagy a veszteséges tömörítés következtében már nem szerepelnek az eredeti digitális állományban.

A cél nem egyszerű magasemelés. A CC Converter a meglévő jel alapján generál olyan kiegészítő komponenseket, amelyek a JVC szerint közelebb viszik a reprodukciót az eredeti analóg jelhez.

2. High-bit feldolgozás

A második lényeges elem a nagyon kis amplitúdójú jelek kezelése. A CC Converter úgynevezett high-bit quantization eljárást alkalmaz, amelynek célja a halk részletek és finom jelszintváltozások pontosabb reprezentációja.

Ez elsősorban olyan információknál lehet fontos, mint a hangszerek lecsengése, a terem visszhangja, az énekes lélegzetvétele vagy egy akusztikus hangszer finom rezonanciái.

3. High-sampling feldolgozás

A CC Converter a rekonstruált jelet nagyobb mintavételi frekvenciájú digitális tartományban dolgozza fel. Ehhez a JVC olyan analóg kimeneti fokozatot társított, amelynek sávszélessége a hagyományos CD 20 kHz körüli tartományánál lényegesen magasabb frekvenciákra is kiterjed.

A JVC megfogalmazása szerint a CC Converter high-bit/high-sampling processing alkalmazásával az eredeti master minőségéhez közelebb álló, kiterjesztett digitális jelet hoz létre.

Nem ugyanúgy kezeli a CD-t és az MP3-at

A CC Converter későbbi változatainak egyik fontos tulajdonsága, hogy felismerik: nem ugyanazt a problémát kell korrigálni egy tömörítetlen CD-jelnél és egy veszteségesen tömörített MP3 vagy WMA fájlnál.

A JVC ezért különböző algoritmusokat alkalmazott a két jeltípushoz.

Tömörítetlen digitális forrásoknál, például CD vagy lineáris PCM esetében elsősorban a mintavételezésből és kvantálásból eredő korlátok kompenzálása kerül előtérbe.

Tömörített forrásoknál, például MP3 és WMA esetében az algoritmus a tömörítés során eltávolított információk hatását is igyekszik csökkenteni.

A koncepció később a K2 különböző üzemmódjaiban is megjelent. Egyes JVC készülékekben a K2 Mode 1 a tömörítetlen Linear PCM anyagokhoz, míg a K2 Mode 2 a Dolby Digital, DTS, MP3 és WMA formátumokhoz optimalizált feldolgozást alkalmazta.

CC Converter és K2 – mi a különbség?

A két elnevezést könnyű összekeverni.

K2 Technology

A JVC/Victor teljes digitális hangminőség-javító technológiacsaládjának neve.

CC Converter

A K2 alapelveire épülő, elsősorban lejátszókban és erősítőkben alkalmazott jelfeldolgozó rendszer, amely a digitális források korlátozott vagy elveszett információinak kompenzálására szolgál.

Vagyis leegyszerűsítve:

digitális forrás → CC Converter/K2 elemzés → nagyfrekvenciás komponensek rekonstrukciója → kis jelszintek nagyobb felbontású feldolgozása → high-bit/high-sampling feldolgozás → D/A konverzió → analóg kimenet

A CC Converter tehát nem egy különálló, a K2-től független technológia, hanem a K2 filozófiájának egyik konkrét alkalmazása.

Hol alkalmazta a JVC?

A CC Converter számos magasabb kategóriájú JVC audioeszközben megjelent. Jó példa erre az EX-A10 komponensrendszer, amelynél a gyártó kifejezetten „JVC-original K2 Technology” alapú CC Converterként hivatkozott a rendszerre.

A technológia hordozható készülékekbe is bekerült. A JVC XA-HD500 alneo merevlemezes zenelejátszóban például a CC Converter feladata kifejezetten az MP3 és WMA tömörítés során elveszett audioinformációk kompenzálása volt.

A rendszer Dolby Digital és DTS forrásokkal is használható volt bizonyos házimozi készülékekben, vagyis a JVC a CC Convertert nem kizárólag kétcsatornás CD-lejátszásra szánta.

Mit hallhatunk a CC Converter bekapcsolásakor?

A technológia célja nem a basszus vagy a magas hangok egyszerű kiemelése. Jól megvalósított rendszerben inkább finom változásokról beszélhetünk:

• levegősebb magas tartomány,
• természetesebb felharmonikus szerkezet,
• finomabb lecsengések,
• jobb térérzet,
• több alacsony szintű részlet,
• tömörített felvételeknél kevésbé „digitális” karakter.

A hatás természetesen erősen függ a forrásanyagtól. Egy jó minőségű CD vagy Linear PCM felvételnél jóval finomabb lehet a különbség, míg erősebben tömörített MP3 vagy WMA anyagnál a feldolgozás karaktere könnyebben észrevehető.

Fontos azonban, hogy a CC Converter sem képes szó szerint visszahozni a digitális állományból már eltávolított eredeti adatokat. A rendszer a megmaradt jelből rekonstruálja, illetve becsüli a hiányzó komponenseket. Ezért műszakilag helyesebb jelrekonstrukcióról beszélni, mint az elveszett eredeti adatok tényleges visszaállításáról.

K2 + CC Converter – a teljes koncepció

A JVC megközelítésének érdekessége, hogy nem pusztán egy nagyobb mintavételi frekvenciát ígérő DSP-ről van szó. A vállalat a K2 fejlesztésébe a Victor Studio hangmérnökeit és zenészeket is bevonta, akik ismételt meghallgatásokkal ellenőrizték az algoritmusok zenei eredményét.

A K2 és a CC Converter filozófiája ezért ugyanarra az alapgondolatra épül: „Undo”, vagyis lehetőség szerint visszafordítani a digitális feldolgozás során létrejött minőségromlást.

A CC Converter ennek egyik fontos gyakorlati eszköze: elemzi a meglévő digitális jelet, rekonstruálja a hiányzó magas frekvenciájú komponenseket, nagyobb felbontásban kezeli a kis jelszinteket, majd high-bit/high-sampling feldolgozással készíti elő a jelet a D/A átalakításhoz.

Összességében a CC Converter jól példázza a JVC K2 mögött álló gondolkodást: nem egyszerűen nagyobb számokat – több bitet és magasabb mintavételt – kíván létrehozni, hanem a digitális forrásból próbál zeneileg természetesebb, az eredeti master karakteréhez közelebb álló reprodukciót előállítani.