Digitalt ljud

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 8 december 2021; verifiering kräver 1 redigering .

Digitalt ljud  är resultatet av att konvertera en analog ljudsignal till ett digitalt ljudformat .

Den enklaste konverteringsmetoden, pulskodmodulering (PCM), består av att presentera en sekvens av momentana signalnivåer som mäts av en analog-till-digital-omvandlare ( ADC ) med jämna mellanrum.

En variant av PCM är deltamodulering , där signalen vid varje samplingsmoment jämförs med en sågtandsspänning vid varje samplingssteg .

Sigma-delta modulering '- en metod för signalrepresentation baserad på principen om översampling och kvantisering av brusgenerering , låter dig minska brusnivån .

Moderna metoder använder mer komplexa transformationsalgoritmer . Förutom att representera ljudvibrationer i digital form, används också skapandet av speciella kommandon för automatisk uppspelning på olika elektroniska musikinstrument. Det tydligaste exemplet på sådan teknik är MIDI .

Fördelarna med en bitkod används vid överföring av en kodad signal över ett avstånd, signalkryptering, digital signalsignatur , återställning av förluster orsakade av överföringsstörningar, såväl som i andra tillämpningar.

Digital ljudinspelning  är en teknik för att konvertera analogt ljud till digitalt ljud för att lagra det på ett fysiskt medium så att den inspelade signalen kan återges senare.

Presentationen av ljuddata i digital form gör att du mycket effektivt kan ändra källmaterialet med hjälp av speciella enheter eller datorprogram - ljudredigerare , som används flitigt i industrin, mediebranschen och vardagen.

För att återge digitalt ljud används specialutrustning, såsom musikcenter , digitala spelare , datorer med ljudkort och installerad programvara: ljudspelare eller mediaspelare .

Historik

Principen för digital ljudinspelning med metoden för periodisk sampling och signalkvantisering

Principen för digital representation av ljudinspelningsvibrationer är ganska enkel:

Funktionsprincipen för ADC är också ganska enkel: den analoga signalen som tas emot från mikrofoner och elektriska musikinstrument omvandlas till en digital. Denna omvandling inkluderar följande operationer:

  1. Bandbegränsning utförs med hjälp av ett lågpassfilter för att undertrycka spektrala komponenter vars frekvens överstiger hälften av samplingsfrekvensen.
  2. Diskretisering i tid, det vill säga ersättning av en kontinuerlig analog signal med en sekvens av dess värden vid diskreta tidpunkter - prover. Detta problem löses genom att använda en speciell krets vid ingången på ADC - en samplings-och-håll-enhet .
  3. Nivåkvantisering är ersättningen av signalsamplingsvärdet med det närmaste värdet från en uppsättning fasta värden - kvantiseringsnivåer.
  4. Kodning eller digitalisering, som ett resultat av vilket värdet av varje kvantiserat prov representeras som ett tal som motsvarar kvantiseringsnivåns ordningsnummer.

Detta görs enligt följande: en kontinuerlig analog signal "klipps" i sektioner, med en samplingsfrekvens erhålls en digital diskret signal, som går igenom kvantiseringsprocessen med ett visst bitdjup, och sedan kodas, det vill säga ersätts genom en sekvens av kodsymboler. För högkvalitativ ljudinspelning i frekvensbandet 20-20 000 Hz används den lägsta standardsamplingsfrekvensen på 44,1 kHz och högre (för närvarande har ADC och DAC med samplingsfrekvenser på 192,3 och till och med 384,6 kHz dykt upp). För att få en ganska högkvalitativ inspelning räcker det med ett bitdjup på 16 bitar, men för att utöka det dynamiska omfånget och förbättra kvaliteten på ljudinspelningen används ett bitdjup på 24 (sällan 32) bitar.

Bruskorrigering och kanalkodning

Bruskorrigerande kodning tillåter, under signaluppspelning, att identifiera och eliminera (eller minska frekvensen av att de uppstår) läsfel från media. För att göra detta, under inspelningsprocessen, läggs artificiell redundans (kontrollbitar) till de sampel som erhålls vid utgången av ADC, vilket sedan hjälper till att återställa det skadade provet. Ljudinspelningsenheter använder vanligtvis en kombination av två eller tre felkorrigeringskoder. Om den valda nivån av kodningsredundans inte tillåter att referensens korrekta värde återställs, ersätts den av interpolering för att utesluta uppkomsten av en abrupt förändring i signalnivån (klick).

Interleaving används också för att bättre skydda mot burst-fel orsakade av mediakorruption (CD-repor, magnetbandsveck) .

Tilläggsdata läggs också till den användbara signalen för att underlätta efterföljande avkodning. Dessa kan vara tidskodsignaler , servicesignaler, synkroniseringssignaler.

Kanalkodning används för att matcha digitala signaler med parametrarna för överföringskanalen (inspelning/uppspelning). Till exempel, när du spelar in digitala signaler på ett magnetiskt medium, är det nödvändigt att utesluta uppkomsten av en konstant komponent och lågfrekventa komponenter i spektrumet i inspelningsströmmen (uppstår när långa sekvenser av nollor eller ettor visas). För att göra detta används omvandlingstabeller, enligt vilka ord från m databitar ersätts med ord från n kanalbitar, och alltid n > m. I digitala signaluppspelningsanordningar extraherar kanalavkodaren klocksignaler från den allmänna dataströmmen och omvandlar n-bitars kanalord till m-bitars dataord. Efter felkorrigering går signalen till DAC.

Funktionsprincipen för DAC:n

Den digitala signalen som tas emot från avkodaren omvandlas till analog. Denna omvandling sker enligt följande:

  1. DAC-avkodaren omvandlar talsekvensen till en diskret kvantiserad signal
  2. Genom utjämning i tidsdomänen genereras en tidskontinuerlig signal från diskreta sampel
  3. Den slutliga signalåtervinningen görs genom att undertrycka sidospektra i ett analogt lågpassfilter.

Digitala ljudinspelningsmetoder

Enligt principen för inspelning särskiljs följande metoder:

På digitala medier och i persondatorer används olika format för att lagra ljud (musik, röst, etc.) , så att du kan välja ett acceptabelt förhållande mellan komprimering , ljudkvalitet och datavolym.

Populära filformat för persondatorer och relaterade enheter:

Ljud kan spelas in med hjälp av en mikrofon, som omvandlar ljudvibrationer i luften till en elektrisk signal. Denna signal kan sedan kvantifieras, men digitaliseringen måste innefatta kvantifieringsstorlek (volym) och tid.

Lite mer om de olika ljudfilformaten:

Det bör noteras att för att kunna spela en digital ljudfil måste du använda ytterligare programvara, såsom ljudspelare, ljudplugins och ljudprogramvara.

Parametrar som påverkar kvaliteten på digitalt ljud

De viktigaste parametrarna som påverkar kvaliteten på digital ljudinspelning är:

Också viktiga är parametrarna för den analoga vägen för digitala ljudinspelnings- och uppspelningsenheter:

Digital ljudteknik

Digital ljudinspelning sker för närvarande i inspelningsstudior, under kontroll av persondatorer och annan dyr och högkvalitativ utrustning. Konceptet med en "hemstudio" är också ganska brett utvecklat, där professionell och semi-professionell inspelningsutrustning används, vilket gör att du kan skapa högkvalitativa inspelningar hemma.

Ljudkort används som en del av datorer som bearbetar sina ADC och DAC - oftast i 24 bitar och 96 kHz, en ytterligare ökning av bitdjup och samplingshastighet ökar praktiskt taget inte inspelningskvaliteten.

Det finns en hel klass av datorprogram  - ljudredigerare som låter dig arbeta med ljud:

Vissa enkla program låter dig bara konvertera format och codecs.

Vissa typer av digitalt ljud i jämförelse

Formatnamn Lite djup, lite Samplingsfrekvens, kHz Antal kanaler Diskdataström, kbit/s Kompression/packningsförhållande
CD 16 44.1 2 1411.2 1:1 förlustfritt
Dolby Digital (AC3) 16-24 48 6 upp till 640 ~12:1 förlust
DTS 20-24 48; 96 upp till 8 före 1536 ~3:1 förlust
DVD-ljud 16; tjugo; 24 44,1; 48; 88,2; 96 6 6912 2:1 förlustfritt
DVD-ljud 16; tjugo; 24 176,4; 192 2 4608 2:1 förlustfritt
MP3 flytande upp till 48 2 upp till 320 ~11:1 förlust
AAC flytande upp till 96 upp till 48 upp till 529 med förluster
AAC+ ( SBR ) flytande upp till 48 2 upp till 320 med förluster
Ogg Vorbis upp till 32 upp till 192 upp till 255 upp till 1000 med förluster
WMA upp till 24 upp till 96 upp till 8 upp till 768 2:1, det finns en förlustfri version

Se även

Anteckningar

  1. ^ H. Nyquist, "Vissa ämnen i telegraföverföringsteori," Trans. AIEE, vol. 47, sid. 617-644, apr. 1928
  2. ↑ Kotelnikov V. A. Om genomströmningen av "eter" och tråd i telekommunikation  // Uspekhi fizicheskikh nauk : Journal. - 2006. - Nr 7 . - S. 762-770 .
  3. ↑ Robertson, David. Alec Reeves 1902-1971 Privateline.com: Telefonhistorik arkiverad 11 maj 2014.  (Engelsk)
  4. ↑ Claude Shannon - Matematisk teori om kommunikation
  5. ↑ C.E. Shannon. Kommunikation i närvaro av buller. Proc. Institutet för radioingenjörer. Vol. 37. Nej. 1. S. 10-21. Jan. 1949.
  6. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 CD-skivan: en handbok om teori och användning Författare: Ken C. Pohlmann  
  7. ↑ Billboard 22 augusti 1981 - Japans denon-etikett 10-årig digital  veteran

Litteratur

Länkar

 Ljudmedia och typer av ljudinspelning
Analog
Digital