Перешел на цифру - umotnas.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Перешел на цифру - страница №1/1

Цифровая звукозапись

Теория цифровой звукозаписи

Начнем с того, что все уже давно знают о том, что звук “перешел на цифру”. Это случилось из-за того, что CD и DVD намного надежнее аналоговых носителей. Диск некогда не “зажует”, диск не надо перематывать и так далее.

Оцифровав материал, звукорежиссер может сколько угодно его редактировать, не теряя в качестве, что невозможно при работе с аналоговым звуком. Так же цифровой материал можно многократно “перегонять” и не потерять в качестве.

Кто такая цифра

“Цифра” отсутствует в природе как таковая. Аналоговый сигнал гораздо ближе к природе, чем цифровой. Сам термин «аналоговый» живет в радиотехнике, где под аналоговым сигналом подразумевается сигнал, который можно описать непрерывной функцией.

Цифровой сигнал – конечная совокупность импульсов, при помощи которых мы описываем тот или иной процесс (поэтому цифровой сигнал иногда называют дискретным). Давайте сравним аналоговый и цифровой сигналы с действительными и натуральными числами. Квадратный корень из двух – действительное число, его значение выражается бесконечной последовательностью десятичных цифр (1,321142…). Это значение максимально точно, но записать его нельзя. А с натуральными числами намного проще: именно эти числа мы используем для того, что бы сосчитать количество пальцев на руке, количество этажей в доме или дискретно закодировать сигнал.

Аналог > Цифра

Давайте подробно рассмотрим процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой. Этот процесс преобразования называется – аналого-цифровое преобразование. Каждый дискретный импульс описывается его координатами в двух измерениях, оцифрованный сигнал – это и есть совокупность значений этих координат. Из этого мы сделаем вывод – чтобы оцифровать сигнал, необходимо в определенные моменты времени присваивать некоторые значения амплитуде сигнала, то есть его напряжению. Теперь мы подошли к двум ключевым понятиям: дискретизация и квантование. Давайте их рассмотрим.



Дискретизация

Дискретизация сигнала – процесс преобразования непрерывного аналогового сигнала в последовательность выборок значений этого сигнала, сделанных в определенные моменты времени. Чем меньше расстояние между выборками в цифровом сигнале, тем точнее передан исходный сигнал. Каждая выборка – это значение, а чем больше значений, тем больше будет “весить” файл с записью сигнала. То есть если при оцифровке сигнала делать бесконечное множество выборок, то цифровой файл будет весить бесконечно много байт. А чтобы файл не весил бесконечно много нам надо определиться, с тем, как часто нам надо делать дискретные выборки.

Необходимое число выборок можно узнать из теоремы отсчетов (она же теорема Котельникова и она же теорема Найквиста), согласно этой теореме частота дискретизации (она же частота сэмплирования) при оцифровке должна минимум вдвое превышать самую высокую частоту спектра сигнала. Все мы знаем, что диапазон от 20 Гц до 20 кГц – это частотный спектр, воспринимаемый человеческим ухом, а следовательно, если этими частотами ограничен спектр сигнала, то частота дискретизации должна составлять минимум 40 кГц (20 кГц * 2). То есть при оцифровке сигнала нужно делать минимум 40000 выборок в секунду.

Квантование

Теперь давайте определимся с тем, сколько нужно дискретных значений для описания амплитуды сигнала в каждой из выборок.

Квантование – представление амплитуды сигнала в соответствии с заданной разрядностью. Разрядность сигнала измеряется в битах и определяет точность, с которой мы оцифруем амплитуду сигнала. Здесь, так же как и с дискретизацией: чем больше выборок на соответствующей оси, тем точнее мы передаем исходный сигнал. При 16-битном квантовании мы получаем 16565 выборок по оси абсцисс (2 в степени 16). 16-битная разрядность соответствует динамическому диапазону в 96 дБ, и при добавлении каждого дополнительного разряда мы увеличиваем диапазон на 6 дБ. Получается, если 24 бита, то это уже 140 дБ динамического диапазона.

Dithering

Дитеринг – процесс добавления в сигнал белого шума.



При аналогово-цифровом преобразовании есть небольшие потери качества. В процессе преобразования к сигналу добавляются примеси, которых не было в изначальном сигнале.

Самым неприятным является возникновение шумов квантования на младшем разряде. Человеческое ухо воспринимает эти шумы очень отчетливо. Для того чтобы минимизировать влияние шумов квантования на оцифрованный сигнал, в процессе преобразования в сигнал добавляют белый шум, который носит отвлекающий характер, и из-за которого шумы квантования становятся менее заметными. Получается, что в конечном виде цифровой сигнал – это последовательность координат, описывающих непрерывный исходный сигнал, с добавлением однородного шума.