Цифровой и аналоговый звук

Цифровой усилительТрадиционный аналоговый звук в последние годы все чаще подменяется цифровой его копией, имеющей определенные преимущества. К достоинствам такого представления следует отнести:

  • Возможность обрабатывать «оцифрованный» звук в различных логических схемах и устройствах, направляя его затем по каналам передачи данных.

  • Высокая помехозащищенность, проявляющаяся в отсутствии шумов при воспроизведении.

  • Переведенные в цифру звуковые данные в виде файлов могут храниться в более компактном виде (на цифровых носителях, например).

  • Удобство поиска нужной музыкальной композиции, а также простота управления воспроизведением цифровых файлов.

Представленное в виде компактного файла оцифрованное музыкальное произведение воспроизводится специальной компьютерной программой, позволяющей производить с ним самые различные операции (включая сжатие и архивирование).

Принцип цифровой обработки звука

Начало эры цифрового звука связано с появлением миниатюрных чипов, способных с заданным быстродействием осуществлять операции преобразования аналогового сигнала в цифровой и наоборот. Такие схемы в технике получили название АЦП и ЦАП соответственно.

Принцип преобразования аналогового колебания в цифровой вид хорошо поясняет приведенный ниже по тексту рисунок.

Алгоритм оцифровки аналогового звукового сигнала может быть описан следующим образом:Алгоритм оцифровки звука

  • В АЦП он подвергается особой цифровой процедуре, называемой выборкой или дискретизацией.

  • В результате непрерывная огибающая линия звука разбивается на большое количество мелких участков (на схеме они выглядят как узкие вертикальные столбики).

  • После этого АЦП осуществляет оценку каждого из них по высоте и присваивает свой, неповторимый код, в котором один из разрядов учитывает направление изменения амплитуды (ее нарастание или спад).

Дополнительная информация: Для обозначения сигнала отрицательной полярности в код вводится еще один разряд.

Полученный в результате набор ноликов и единичек – это и есть точная копия поступающего на вход АЦП аналогового сигнала, но только представленная в цифровой форме. Понятно, что точность его повторения будет определяться частотой дискретизации, указывающей на число выборок в единицу времени (в секунду).

Для получения хорошей цифровой копии сигнала речи, например, частота выборки должна быть не ниже 10 кГц, а для домашней оцифровки музыки потребуется 22,5 кГц. Указанное значение определяется верхней границей частотного диапазона музыкальной композиции.

Оборудование

За выполнение обратной операции (превращения цифры в аналоговый сигнал) ответственен другой модуль преобразующего устройства, называемый ЦАП. Он с той же дискретностью расшифровывает цифровой сигнал и каждой комбинации ноликов и единиц ставит в соответствие определенный аналоговый уровень-столбик. Амплитуда такого столбика формируется специальным узлом, обеспечивающим выдачу фиксированных напряжений, после чего «собранный» из них сигнал в интегрированном виде поступает на динамик.

В домашнем персональном компьютере обе цифровые операции (дискретизация и восстановление аналогового сигнала) выполняются в микропроцессоре звуковой карты, содержащем как АЦП, так и ЦАП. О ее классе и качестве преобразования звука обычно судят по максимальному значению частоты дискретизации и количеству разрядов, используемых при обработке. Встроенные или отдельные образцы недорогих звуковых карт оцифровывают сигнал с частотой до 48 кГц при разрядности 8 (16) бит. Относительно дорогие и считающиеся полупрофессиональными карты способны обрабатывать сигнал с частотой выборки до 192 кГц (при этом их разрядность достигает 24, 32 или даже 64бит).

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *