Главная » Интернет и IT » Его величество звук и его подданные АЦП и ЦАП, дискретизация и разрядность

Его величество звук и его подданные АЦП и ЦАП, дискретизация и разрядность

Давайте рассмотрим такое важное явление как звук. На первый взгляд все просто: источник звука совершает колебания, меняет плотность среды, и звуковые волны распространяются в этой среде, а когда волны дойдут до наших ушей, они преобразуются в понятный для мозга звук. Но если вникать подробнее, то все немного сложнее. А как звук передается в компьютерах? Каким способом аналоговый звук записывают в цифровой? На что влияют такие параметры как частота дискретизации, глубина звука или же разрядность, если угодно?

Итак, звукупругие волны, которые распространяются в упругих средах (твердые, жидкие, газообразные) и совершают в них механические колебания. Из этого следует простой факт – в вакууме звука нет, звук в вакууме не распространяется! Вас не услышат, как бы вы ни старались.

Но данная статья не имеет цели показать физические законы звука, лучше почитайте про тупые законы других стран, ее цель – рассказать о звуке в цифровом виде. Что сейчас и произойдет.
Digital sound recording scheme, схема, график, работы, ацп, цап

В компьютере звук представлен в цифровом виде, а естественный звук – аналоговый. Следовательно, его нужно преобразовать. А это неизменно влечет определенные потери в качестве сигнала, ибо любое преобразование не проходит бесследно. Цифровой звук имеет 2 важных преимущества: его легче редактировать и хранится он гораздо лучше, благодаря высокой помехоустойчивости. Звук в электронике представлен в виде тех же электрических колебаний тех же частот. Вместо разной плотности среды будет разное напряжение и направление течения тока.

Частота дискретизации:

Также известна как частота семплирования. Дискретность – это прерывистость. Эта характеристика определяет, сколько замеров делается за одну секунду. Т.е. аналого-цифровой преобразователь делает определенное количество замеров уровня сигнала и записывает эти значения. Чем больше замеров в секунду мы сделаем, тем качественнее будет преобразование. По теореме Котельникова, чтобы получить качественный звук, частота дискретизации должна быть минимум в 2 раза выше, чем самая высокая частота в спектре сигнала. Мы слышим от 20 Гц до 20 кГц, плюс еще 2 килогерца берут с запасом, вот и получается, что обычно частота семплирования равна 44.100 kHz. Приведу список наиболее используемых частот дискретизации звука:

  1. 8 000 Гц — телефон
  2. 11 025 Гц
  3. 16 000 Гц
  4. 22 050 Гц — радио
  5. 32 000 Гц
  6. 44 100 Гц — используется в Audio CD;
  7. 48 000 Гц — DVD, DAT
  8. 96 000 Гц — DVD-Audio (MLP 5.1)
  9. 192 000 Гц — DVD-Audio (MLP 2.0), HD-DVD
  10. 2 822 400 Гц — SACD (Super audio CD 5.1)

Глубина звука (битность, уровень квантования):

Еще один важнейший параметр для цифрового звука, определяющий численное значение амплитуды сигнала. Иными словами, АЦП делает замер и записывает численное значение данного замера, а величина этого значения как раз зависит от уровня квантования. Например 16-битное квантование дает нам 65536 уровней. В большинстве своем на многих компьютерах звук кодирован с глубиной 16 бит. Многие хорошие звуковые карты и профессиональное оборудование может кодировать звук с глубиной 24 бита. Зачем нужно повышение битности звука? Для увеличения максимального динамического диапазона и для уменьшения шумов квантования.
quantization levels audio, глубина, звука, разрядность, квантование

Какие еще нюансы есть у цифрового звука? О да, они есть…и это – погрешности. Апертурная погрешность, или джиттер (с англ. – дрожание). Дело в том, что частота дискретизации не может оставаться постоянно стабильной. Кварцевые тактовые генераторы не могут идеально выдерживать опорную частоту. Шум джиттера не велик, его можно услышать на профессиональном оборудовании на высоких частотах. А так, в большинстве своем, он перекрывается другими, более заметными шумами.

Если кто не въехал про АЦП и ЦАП, сейчас остановимся чуть подробнее на них. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП или ADC) – устройство, которое преобразует входной аналоговый сигнал в цифровой вид. Задача же цифро-аналогового преобразователя (ЦАП или DAC или D-to-A) совершенно иная – преобразовать цифровой сигнал в аналоговый. Есть множество различных видов АЦП и ЦАП, но мы не будем их рассматривать.
ADC WM, ацп, аналого-цифровой, преобразователь
DAC CyrrusLogic, цап, цифро-аналоговый, преобразователь

Многие хранят у себя на компах кучу, скорее всего, пиратских песен, но не суть важно, просто предлагаю ознакомиться с параметрами популярных форматов звукозаписи:
popular audio coders, аудио, форматы

Оставить комментарий

Подпишитесь на наш паблик в ВК

Рейтинг@Mail.ru