Vývoj záznamových zařízení XXI - Digitální záznam - technologie dneška i zítřka

Bezmála dvouletý seriál mapující vznik a vývoj zvukových záznamových prostředků se nachýlil ke konci. V předcházejících dílech byly syntézou historických zdrojů, dobových ilustrací a zjednodušeného technického popisu představeny všechny významné objevy a zařízení, které v průběhu minulých staletí dovedly zvukovou techniku až do současného stavu. V tomto závěrečném díle nezbývá než představit nejmodernější současné prostředky určené k záznamu a distribuci zvuku a hudby.

Žijeme ve 21. století, v období digitální distribuce, volně šiřitelného obsahu a dostupnosti takřka čehokoli on-line. Přímým předchůdcem, a dalo by se říci otcem, všech těchto „vymožeností“ je však bezesporu dnes již skomírající kompaktní disk, tedy CD. Jeho kořeny spadají do začátku 70. let minulého století, kdy výzkumníci firmy Philips začali experimentovat s technologií Laser disku (LD) pro potřeby vývoje čistě zvukového nosiče.

První experimenty proběhly s širokopásmovou frekvenční modulací (FM) ale brzy byla implementována PCM - pulzně kódová modulace Aleca Reevese. Philips nebyl ovšem sám, kdo experimentoval s prototypy digitálních audiodisků, proto v roce 1979 zahájil spolupráci s japonskou Sony a výsledkem se stal standard kompaktního disku s kapacitou 74 minut, 16bitovou kvantizační hloubkou a vzorkovací frekvencí 44 100 Hz. Standard Compact Disc byl veřejně představen v roce 1980 a o dva roky později byly první nosiče (i přehrávače) k dostání na asijském a brzy poté i na evropském trhu.

V roce 1985 vznikla modifikace CD-ROM a nosič se tak stal významným datovým úložištěm s na svou dobu obrovskou kapacitou 650 MB (tehdejší pevné disky měly běžně kapacitu v desítkách MB). Varianta Read-Only-Memory (ROM) byla na počátku devadesátých let doplněna i o zapisovatelný CD-R (Recordable) a kompaktní disk se tak na dlouhou dobu stal základním prostředkem pro domácí i profesionální zálohování, archivaci a distribuci dat. Postupné rozšiřování kompaktních disků s hudbou i s digitálními daty vedlo k zlevňování výroby a posléze i ke snižování kvality a trvanlivosti běžných spotřebitelských produktů (před deseti lety vypálené a na polici skladované CD už dnes pravděpodobně nepřečtete, neboť levná vrstva barviva s časem, teplotou a vlhkostí ztrácí své odrazivé vlastnosti).

Po roce 2000, kdy bylo CD na vrcholu, se ročně prodaly desítky miliard hudebních, datových i prázdných nosičů. V té době se začaly rozšiřovat i disky DVD s více než šestkrát větší datovou kapacitou, ty však byly používány takřka výhradně pro data a filmy. DVD bylo uvedeno na trh v roce 1996 v Japonsku.

Dalším důležitým kanálem pro distribuci digitální hudby byl pomalu se rozšiřující internet. K síti, vytvořené již v roce 1962 jako tajný vojenský projekt, byla Česká republika poprvé připojena 13. února 1992. V té době samozřejmě přenos většího množství dat nebyl možný, neboť přenosové rychlosti a kapacita tehdejší komunikační sítě dovolovaly tak maximálně výměnu e-mailů s velmi malými fotografiemi. Připomeňme pro zajímavost tehdejší maximální rychlost vytáčeného připojení přes modem - 56 kbit/s.

Přesto se během relativně krátké doby stal internet (v té době takřka bezvýhradně nelegálním) zdrojem hudby pro obrovské množství lidí. V roce 2000 měl web okolo 250 milionů uživatelů a z nich několik desítek milonů využívalo služby slavné peer-to-peer služby Napster, která umožňovala uživatelům vzájemně sdílet a kopírovat hudbu ve formátu mp3. Poté, co byl Napster na základě žaloby hudebního průmyslu a následného rozsudku vypnut, rozšířilo se množství dalších služeb, poskytujících podobné služby.

On-line distribuce hudby by však nebyla tak snadná, nebýt vzniku ztrátového komprimačního algoritmu mp3. Ten využívá nedokonalostí lidského sluchu, tzv. sluchového zastírání, kdy přítomnost jednoho zvuku/frekvence ovlivní vjem dalších zvuků. Již v roce 1894 bylo zjištěno, že zvuk může být sluchem zcela zastřen, pokud je přítomná jiná, nižší frekvence. Ve druhé polovině dvacátého století vznikl kompletní set sluchových křivek, mapující tento jev. Později byly také vyvinuty algoritmy, popisující sluchové maskování s velmi vysokou přesností.

Jedním z těchto algoritmů byl zvukový kodek MUSICAM (Masking Pattern Adapted Universal Subband Integrated Coding and Multiplexing), který se stal základem pro zvukový kompresní formát mpeg, využívaný ve vysílání přes kabelovou či satelitní televizi nebo ve video CD. Jednou z vrstev formátu mpeg, standardizovaného v roce 1993, je také mp3 (přesně řečeno mpeg-1 Audio Layer III). Jedná se o patentovaný formát digitálního audia vyvinutý mezinárodním vědeckým týmem na přelomu 80. a 90. let minulého století.

První softwarový enkodér s názvem l3enc vyšel roku 1994 a první přehrávač mp3 v reálném čase pro PC WinPlay3 o rok později. Velký rozmach přišel na konci devadesátých let spolu s rozšířením známého Winampu a samozřejmě již zmíněného internetu. Poměrně známý a v internetové komunitě rozšířený enkodér LAME vznikl v roce 1998. LAME, šiřitelný pod licencí GNU, byl dlouho autory distribuován pouze v podobě zdrojových kódů a kompilován až třetími stranami, neboť implementuje některé z patentovaných technologií. Platnost většiny těchto patentů vypršela na konci roku 2012. Pro zajímavost - licenční poplatky spojené s užíváním algoritmu mp3 vynesly vlastníkovi (Fraunhofer Society) v roce 2005 okolo sto milionů eur.

Formát mp3 standardu mpeg-1 podporuje datový tok 32-320 kbit/s (zatímco CD 1411,2 kbit/s) a vzorkovací frekvence 32, 44,1 a 48 kHz (CD 44,1 kHz). Standardní způsob komprese s konstantním tokem (Constant Bit Rate - CBR) využívá dané nastavení pro celý audiosoubor, zatímco pokročilejší variabilní datový tok (Variable Bit Rate - VBR) mění datový tok podle nastavené výsledné kvality, neboť některé úseky skladeb jsou dobře komprimovatelné s minimální datovou náročností, zatímco jiné vyžadují pro zachování kvality vyšší datový tok.

Zatímco na přelomu tisíciletí byla digitální distribuce pro hudební vydavatelství něčím nežádoucím, a tak se ji snažily potlačovat, doba současná dospěla již do stavu, kdy ignorování tohoto kanálu již není dost dobře možné. Vzniklo proto mnoho serverů či distribučních systémů, které umožňují legální cestou buď zcela zdarma či za drobný poplatek poslouchat takřka neomezené množství hudby. Jedním z nejvýznamnějších serverů současnosti se tak stal YouTube založený v roce 2005 a od roku 2006 vlastněný internetovým gigantem Google.

YouTube původně nabízel jednu kvalitu videa v rozlišení 320 x 240 pixelů s mono (64 kbit/s) mp3 stopou. V současnosti lze sledovat videa s rozlišením až 3072p a audiem až 192 kbit/s. Stránky jsou v některých zemích v rámci cenzury blokovány - například v Číně již od roku 2007.

Dalším z podobných fenoménů současné doby jsou nejrůznější podoby streamované muziky v podobě on-line rádií, volitelných přehrávačů či nově u nás dostupného Google Play Music. Většina těchto systémů poskytuje zdarma (s reklamou) či za malý poplatek on-line přístup k hudbě vysílané často přímo dle výběru posluchače. Běžná internetová rádia pracují na obdobném principu jako rádia šířená „vzduchem“. Přehrávače typu Jango sdružují podobné styly a interprety do playlistů a takzvaných tematických radiostanic. A konečně služby typu Google Play Music či Spotify umožňují naprostou kontrolu nad přehrávanými skladbami.

Tyto služby také buď přímo umožňují dané skladby on-line zakoupit, případně odkazují na některý z internetových obchodů s hudbou (iTunes, Amazon...). Mnoho podobných služeb není dosud v našem regionu běžně dostupných (například Rhapsody či Spotify, které bylo nedávno spuštěno v Německu či Polsku).

Fakt, že spotřebitelské audio se masově přesunulo k on-line streamované či synchronizované komprimované hudbě, však neznamená, že CD kvalita, bezztrátový kodek FLAC či kvalitní a audiofilské hudební aparatury a nahrávky přestaly existovat - naopak nabídka produktů se stále rozšiřuje, ale to už je téma pro jiný Muzikusem sledovaný tematický oddíl.

Seriál o zvukových záznamových zařízeních zde končí. V jeho průběhu byly postupně popsány a vysvětleny všechny zásadní technologie, které se v konečném důsledku rozvinuly do námi dnes a denně používaných přístrojů a prostředků. Se čtenáři se však neloučíme, neboť i příští čísla budou přinášet zajímavá témata a nové technologie, nejenom z oblasti záznamu a zpracování zvuku.