Αναλογικές και ψηφιακές μέθοδοι εγγραφής ήχου. Ψηφιακή καταγραφή πληροφοριών
Ηχογράφηση- η διαδικασία εγγραφής ηχητικών σημάτων. Το αποτέλεσμα της ηχογράφησης είναι ένα φωνόγραμμα.
Απαραίτητος εξοπλισμός: συσκευή μετατροπής ακουστικών δονήσεων σε ηλεκτρικό σήμα (μικρόφωνο) ή γεννήτρια τόνου (π.χ. συνθέτης ήχου, δειγματολήπτης), συσκευή μετατροπής ηλεκτρικών δονήσεων σε ακολουθία αριθμών (στην ψηφιακή εγγραφή), συσκευή αποθήκευσης (κασετόφωνο , σκληρό δίσκο υπολογιστή ή άλλη συσκευή για την αποθήκευση των ληφθέντων πληροφοριών σε ένα μέσο). Η ηχογράφηση μπορεί να είναι μονοφωνική, στερεοφωνική και τετραφωνική.
Η παλαιότερη γνωστή ηχογράφηση έγινε στις 9 Απριλίου 1860 από τον Παριζιάνο εφευρέτη Edouard-Léon Scott de Martinville χρησιμοποιώντας μια συσκευή που ονομάζεται φωνογράφος.
Ανάλογα με τον χώρο αποθήκευσης, υπάρχουν δύο κύριοι τύποι εγγραφής ήχου: αναλογικόΚαι ψηφιακό.
Αναλογική εγγραφή ήχου[ | ]
Μαγνητική εγγραφή ήχου[ | ]
Η εγγραφή πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας μια μαγνητική κεφαλή εγγραφής που δημιουργεί ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο σε ένα τμήμα κινούμενων μέσων (συχνά μαγνητική ταινία) που έχει μαγνητικές ιδιότητες. Ένα ίχνος υπολειπόμενης μαγνήτισης παραμένει στο σιδηρομαγνητικό στρώμα του φορέα. Το ίχνος είναι το κομμάτι του φωνογραφήματος. Κατά την αναπαραγωγή, η μαγνητική κεφαλή μετατρέπει την υπολειπόμενη μαγνητική ροή του κινούμενου μέσου εγγραφής σε ηλεκτρικό σήμα ήχου.
Ψηφιακή εγγραφή ήχου[ | ]
Η ψηφιακή εγγραφή αναφέρεται στην ψηφιοποίηση και αποθήκευση του ήχου με τη μορφή ενός συνόλου bit (ακολουθία bit) που περιγράφει την αναπαραγωγή από μια συγκεκριμένη συσκευή.
Μαγνητική ψηφιακή εγγραφή ήχου[ | ]
Τα ψηφιακά σήματα καταγράφονται σε μαγνητική ταινία. Υπάρχουν δύο τύποι εγγραφών:
Μαγνητική-οπτική εγγραφή[ | ]
Η εγγραφή σε μαγνητο-οπτικό δίσκο πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας την ακόλουθη τεχνολογία: η ακτινοβολία λέιζερ θερμαίνει ένα τμήμα της διαδρομής πάνω από τη θερμοκρασία του σημείου Curie, μετά την οποία ο ηλεκτρομαγνητικός παλμός αλλάζει τη μαγνήτιση, δημιουργώντας εκτυπώσεις ισοδύναμες με κοιλότητες σε οπτικούς δίσκους. Η ανάγνωση πραγματοποιείται από το ίδιο λέιζερ, αλλά με χαμηλότερη ισχύ, ανεπαρκής για τη θέρμανση του δίσκου: μια πολωμένη δέσμη λέιζερ διέρχεται από το υλικό του δίσκου, ανακλάται από το υπόστρωμα, διέρχεται από το οπτικό σύστημα και χτυπά τον αισθητήρα. Σε αυτή την περίπτωση, ανάλογα με τη μαγνήτιση, αλλάζει το επίπεδο πόλωσης της δέσμης λέιζερ (φαινόμενο Kerr), το οποίο καθορίζεται από τον αισθητήρα.
Εγγραφή με λέιζερ [ | ]
Κατά την εγγραφή, τα δεδομένα εγγράφονται στο δίσκο χρησιμοποιώντας μια δέσμη λέιζερ υψηλής ισχύος για να «καίει» φυσικά την οργανική βαφή του στρώματος εγγραφής. Όταν η βαφή θερμαίνεται πάνω από μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, διασπάται και σκουραίνει, αλλάζοντας την ανακλαστικότητα της «καμένης» περιοχής. Έτσι, κατά την εγγραφή, ελέγχοντας την ισχύ του λέιζερ, λαμβάνονται εναλλασσόμενα σκοτεινά και φωτεινά σημεία στο στρώμα εγγραφής, τα οποία ερμηνεύονται ως κοιλώματα κατά την ανάγνωση. Κατά την ανάγνωση, το λέιζερ έχει σημαντικά μικρότερη ισχύ από ό,τι κατά την εγγραφή και δεν καταστρέφει τη βαφή του στρώματος εγγραφής. Η δέσμη που ανακλάται από το ανακλαστικό στρώμα χτυπά τη φωτοδίοδο και εάν η δέσμη χτυπήσει μια σκοτεινή - «καμένη» - περιοχή, τότε η δέσμη σχεδόν δεν περνά μέσα από αυτήν στο ανακλαστικό στρώμα και η φωτοδίοδος καταγράφει την εξασθένηση της φωτεινής ροής. Τα εναλλασσόμενα φωτεινά και σκοτεινά τμήματα της τροχιάς δημιουργούν μια αλλαγή στη φωτεινή ροή της ανακλώμενης δέσμης και μεταφράζονται σε αλλαγή στο ηλεκτρικό σήμα, το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται σε κομμάτια πληροφοριών από το σύστημα ηλεκτρικής κίνησης - «αποκωδικοποιείται».
Οπτική ψηφιακή εγγραφή ήχου[ | ]
Το soundtrack της ταινίας εκτυπώνεται απευθείας σε φιλμ 35 χιλιοστών χρησιμοποιώντας την οπτική μέθοδο σε ψηφιακά κωδικοποιημένη μορφή. Κατά τη διάρκεια της αναπαραγωγής, το ψηφιακό σήμα διαβάζεται από ένα ειδικό εξάρτημα στον προβολέα φιλμ και στη συνέχεια αποκωδικοποιείται από τον επεξεργαστή σε ένα πολυκάναλο soundtrack.
Ψηφιακές μορφές ήχου[ | ]
Τα δεδομένα ήχου καταγράφονται σε ένα αρχείο συγκεκριμένης μορφής, το οποίο αποθηκεύεται σε ηλεκτρονικά μέσα ήχου.
Ο σκοπός αυτού του άρθρου δεν είναι να υποκινήσει έναν ιερό πόλεμο μεταξύ των οπαδών του αναλογικού και ψηφιακού ήχου. Στόχος είναι να δείξουμε τα θεμελιώδη
διαφορές μεταξύ των δύο τεχνολογιών. Ο συγγραφέας του άρθρου (εγώ δηλαδή) παίρνει το μέρος της ψηφιακής τεχνολογίας ως το πιο προηγμένο και θέλει
εξηγώ σε όλους την άποψή μου όχι μόνο από την υποκειμενική, αλλά και από την επιστημονική πλευρά. Γνώση της αρχής της ψηφιακής εγγραφής ήχου, σε συνδυασμό με την κατανόηση της επιστημονικής πλευράς αυτού του θέματος,
αποκλείει σαφώς κάθε αμφιβολία για την υπεροχή των ψηφιακών τεχνολογιών έναντι των αναλογικών.
Αναλογική εγγραφή ήχου.
Ουσιαστικά, ο ήχος (δονήσεις των σωματιδίων του αέρα) είναι αναλογικής φύσης. Ο ήχος ταξιδεύει μέσω του αέρα και μπορεί να παραμορφωθεί ανάλογα
από διάφορες συνθήκες - απόσταση από την πηγή ήχου, ανάκλαση από γύρω αντικείμενα, ταχύτητα κίνησης σε σχέση με την πηγή κ.λπ.
Το εύρος των ηχητικών δονήσεων που αντιλαμβάνεται το ανθρώπινο αυτί θεωρείται ότι είναι από 20 Hz έως 20 kHz. Στην πραγματικότητα, τα 20 kHz είναι αρκετά νούμερα
αισιόδοξοι, λίγοι άνθρωποι μπορούν να καυχηθούν ότι ακούν πραγματικά μια τέτοια συχνότητα. Οι περισσότεροι από τους ενήλικες που συνάντησα δεν άκουγαν συχνότητες πάνω από 15-16
kHz, οπότε με υψηλό βαθμό εμπιστοσύνης θα έλεγα το μέσο ουδό ακοής συχνότητα 15 kHz. Ωστόσο, όσον αφορά τον τόνο, τα αυτιά μας
Γίνονται αντιληπτές συχνότητες έως και 5 kHz - ό,τι υψηλότερο είναι πρόσθετες αρμονικές, επισημάνσεις, συμφωνίες κ.λπ. Ωστόσο, το σωστό
η αναπαραγωγή υψηλών στοιχείων (συχνότητα αποκοπής) είναι κυρίως ένα μέτρο της ποιότητας της εγγραφής ήχου, που συνήθως υποδεικνύεται σε
τεχνικά χαρακτηριστικά κάθε σοβαρής συσκευής εγγραφής ήχου.
Στον κόσμο της αναλογικής εγγραφής ήχου, οι δονήσεις του αέρα μετατρέπονται πρώτα σε ηλεκτρικούς κραδασμούς μέσω μικροφώνου. Στη συνέχεια, ηλεκτρικό
η δόνηση τροφοδοτείται σε μια μαγνητική κεφαλή εγγραφής (στην περίπτωση της μαγνητικής ταινίας) ή σε έναν μηχανικό κόφτη (στην περίπτωση του βινυλίου). Στην πρώτη περίπτωση,
οι πληροφορίες καταγράφονται σε μια μαγνητισμένη ταινία, στη δεύτερη - στο αυλάκι του δίσκου. Για αναπαραγωγή ήχου, απλώς τεντώστε τη μαγνητική ταινία κατά μήκος της μαγνητικής κεφαλής με το ίδιο
ταχύτητα με την οποία έγινε η εγγραφή - η κεφαλή μετατρέπει το εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο ξανά σε ηλεκτρικούς κραδασμούς, οι οποίοι ενισχύονται και
τροφοδοτούνται στο σύστημα αναπαραγωγής ήχου (ηχείο). Το σύστημα αναπαραγωγής ήχου προκαλεί δόνηση του αέρα και ακούμε ήχο. Σε περίπτωση που
πλάκα, αρκεί να οδηγήσετε τη βελόνα κατά μήκος της αυλάκωσης, η οποία μετατρέπει τους μηχανικούς κραδασμούς σε ηλεκτρικούς και μετά πάλι τον ενισχυτή με ηχεία.
Καθαρά από την άποψη της κοινής λογικής, από όλα τα παραπάνω προκύπτει ότι το βινύλιο είναι η χειρότερη επιλογή καταρχήν για ηχογράφηση ήχου, γιατί
υπάρχουν σκληροί μηχανισμοί στη διαδικασία εγγραφής/αναπαραγωγής (ανεξάρτητα από το πώς
παραδόξως, για κάποιο λόγο είναι σύνηθες για τους συντηρητικούς να υπερασπίζονται το βινύλιο και όχι τις μαγνητικές ταινίες, αν και οι τελευταίες στην κορυφή της ανάπτυξής τους είχαν πολύ περισσότερα
υψηλά ποιοτικά χαρακτηριστικά). Μεταξύ άλλων, σχεδόν όλο το περισσότερο ή λιγότερο κανονικό βινύλιο γράφτηκε από μαγνητικές ταινίες. Αυτός μόλις
δεν υπήρχε πουθενά ηχογράφηση - το mastering και η μίξη έγιναν σε κασέτα, αφού αυτό είναι βασικά αδύνατο σε δίσκο. Δηλαδή ο ήχος από βινύλιο είναι
ήχος από μαγνητική ταινία, που συμπληρώνεται μόνο από τα μειονεκτήματα του βινυλίου - κροτάλισμα, συριγμό και άλλα "ακουόφιλα"
ατιμίες που προκαλούνται από τη μηχανική αφαίρεση του ήχου από το αυλάκι ενός δίσκου - «ένα άροτρο σε ένα αυλάκι».
Στην πραγματικότητα, η αναλογική εγγραφή ήχου είναι ατελής σχεδόν σε κάθε στάδιο. Για παράδειγμα, κατά την εγγραφή σε μαγνητική ταινία, πολλά εξαρτώνται από την ποιότητα της μαγνητικής ταινίας.
κεφάλι, το πιο σημαντικό πράγμα είναι η βαθμονόμησή του σε σχέση με την ταινία (ένας αιώνιος πονοκέφαλος). Προσθέστε εδώ την έκρηξη (ασυνέπεια της ταχύτητας του ιμάντα
λόγω ανακρίβειων στον μηχανισμό μεταφοράς της ταινίας), αυτοδιάταση της ταινίας, αλλαγές στα χαρακτηριστικά της ταινίας στο μήκος της, τυχαίες λακκούβες/εξωγενείς
σωματίδια πάνω του. Βινύλι; Έκρηξη, είσοδος συντριμμιών στο αυλάκι, παραμόρφωση δίσκου, υποβάθμιση της ποιότητας του ήχου μετά από κάθε
αναπαραγωγή λόγω "ξέσπασης" του αυλακιού. Αλλά το κύριο μειονέκτημα της αναλογικής εγγραφής είναι η αδυναμία
δημιουργώντας ένα ακριβές αντίγραφο - οποιοδήποτε αντίγραφο από το πρωτότυπο θα είναι χειρότερης ποιότητας. Επιπλέον, κάθε αναλογικό μέσο, ακόμη και αν δεν χρησιμοποιείται, είναι επιρρεπές
γήρανση και σταδιακή υποβάθμιση της ποιότητας του ήχου που αναπαράγεται από αυτό.
Ψηφιακή εγγραφή ήχου.
Η ψηφιακή εγγραφή ήχου κατέστη δυνατή χάρη στις τεράστιες τεχνολογικές εξελίξεις που έχουν σημειωθεί τις τελευταίες δεκαετίες. Ουσιαστικά, σε
Η ψηφιακή ηχογράφηση βασίζεται σε μια αρκετά παλιά θεωρία - απλά κατέστη δυνατή η μετατροπή της θεωρίας σε πράξη. Να εξηγήσει την αρχή της ψηφιακής
σημειωσεις, θα πρεπει να βαλω λιγο παραπανω, μιας και ειναι αδυνατο να το πω με δυο λογια.
Το ίδιο το όνομα «ψηφιακή εγγραφή» υποδηλώνει την παρουσία αριθμών. Ποιοι είναι αυτοί οι αριθμοί; Είπα ήδη παραπάνω ότι ο ίδιος ο ήχος είναι αναλογικής φύσης. Προς την
ηχογραφήστε τον ήχο σε ψηφιακή μορφή, απλά πρέπει να καταγράψετε τις τιμές της ηχητικής δόνησης, που αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου, σε αριθμούς με το μεγαλύτερο δυνατό
ακρίβεια. Στη συνέχεια, για να δείξω την αρχή της ψηφιακής εγγραφής ήχου, θα χρησιμοποιήσω τη δική μου ανάπτυξη - το πρόγραμμα
μοντελοποίηση συστημάτων επεξεργασίας ψηφιακών σημάτων sDCAD.
Στο σχήμα, το αναλογικό, συνεχές σήμα φαίνεται με πράσινο και τα καταγεγραμμένα δείγματά του (δείγματα) φαίνονται με κίτρινο. Δείγμα - η τιμή του σήματος σε μια δεδομένη στιγμή,
γραμμένο με αριθμούς. Δεδομένου ότι το αναλογικό σήμα αλλάζει συνεχώς με την πάροδο του χρόνου, εμφανίζεται αμέσως ένα πρόβλημα: να αναπαραχθεί με ακρίβεια το σήμα
απαιτείται άπειρος αριθμός δειγμάτων - "το ένα μετά το άλλο". Ωστόσο, εδώ τίθεται σε ισχύ το θεώρημα του Kotelnikov (εδώ θα πρέπει να με εμπιστευτείτε
λέξη) - σήμα με γνωστή μέγιστη συχνότηταμπορεί να ανακατασκευαστεί με ακρίβεια από ψηφιακά δείγματα που λαμβάνονται σε συχνότητα
διπλάσια της μέγιστης συχνότητας αυτού του σήματος. Στους συμπαγείς δίσκους (CD), η συχνότητα δειγματοληψίας ρυθμίζεται "με περιθώριο" - 44,1 kHz, επομένως, με
Ένα CD μπορεί να επαναφέρει με ακρίβεια σήματα με συχνότητες έως 22,05 kHz, κάτι που υπερβαίνει τις δυνατότητες του πιο ευαίσθητου αυτιού.
Η διαδικασία επαναφοράς των «ενδιάμεσων» τιμών σήματος μεταξύ των δειγμάτων που λαμβάνονται ονομάζεται παρεμβολή. Η παρεμβολή γίνεται κατά την αναπαραγωγή ήχου,
καταγράφονται σε ψηφιακή μορφή. Όσο καλύτερη είναι η παρεμβολή, τόσο
καλύτερη ανάκτηση σήματος. Ας στραφούμε σε μια οπτική επίδειξη ανακατασκευής σήματος από δείγματα.
Το σχήμα δείχνει το αρχικό σήμα και τα δείγματά του. Το παρακάτω σχήμα δείχνει τι συμβαίνει εάν «επαναφέρετε» το σήμα
χωρίς παρεμβολή, «συνδέοντας» χονδρικά τα πλησιέστερα δείγματα μεταξύ τους με ευθείες γραμμές.
Όπως μπορείτε να δείτε, το αποτέλεσμα είναι λίγο παρόμοιο με το πρωτότυπο, αλλά εξακολουθεί να απέχει πολύ από αυτό. Φυσικά, ο ήχος που «αποκαθίσταται» με αυτόν τον τρόπο θα είναι διαφορετικός.
από το πρωτότυπο και στο αυτί. Τι συμβαίνει εάν παρεμβάλετε τα δείγματα και «αποκαταστήσετε» το σήμα από
συντελεστής παρεμβολής 2 (δηλαδή, προσθέστε ένα «τεχνητό» ανακατασκευασμένο δείγμα μεταξύ των δειγμάτων που έχουμε ήδη);
Τώρα, ένα «αποκατεστημένο» έχει προστεθεί μεταξύ των δειγμάτων που έχουμε. Παρατηρήστε πόσο παρόμοιο είναι το σήμα με το πρωτότυπο! Φυσικά, πριν
το ιδανικό είναι ακόμα μακριά - αλλά αυτός είναι απλώς ένας παράγοντας παρεμβολής 2! Επιτρέψτε μου να επιστήσω την προσοχή σας: δεν υπάρχει μαγεία - το σήμα παρεμβάλλεται αυστηρά σύμφωνα με
θεωρία, μαθηματικούς υπολογισμούς, χωρίς καμία σύλληψη. Σημειώστε επίσης ένα ενδιαφέρον γεγονός: τα ανακατασκευασμένα δείγματα δεν είναι καθόλου μέσοι όροι
τιμές μεταξύ δύο γειτονικών αρχικών δειγμάτων.
Ας διπλασιάσουμε τον συντελεστή παρεμβολής (4). Η ποιότητα της αποκατάστασης σήματος αυξάνεται με πρωτοφανή ρυθμό.
Αν διπλασιάσουμε τον συντελεστή (8), το ανακατασκευασμένο σήμα δεν φαίνεται πρακτικά καθόλου διαφορετικό από το αρχικό. Νομίζω ότι θα συνεχίσω να παρεμβάλλω
περαιτέρω δεν έχει νόημα - έχετε ήδη καταλάβει τα πάντα.
Τώρα έρχομαι σε ένα άλλο πρόβλημα ψηφιακής εγγραφής. Στην πραγματικότητα, δεν αρκεί η απλή δειγματοληψία του σήματος στην επιθυμητή συχνότητα. Πρέπει επίσης να τα γράψουμε
η τιμή είναι όσο το δυνατόν ακριβέστερη. Η ακρίβεια εγγραφής ονομάζεται βάθος bit. Όσο μεγαλύτερο είναι το βάθος bit, τόσο με μεγαλύτερη ακρίβεια μπορείτε να καταγράψετε δείγματα σήματος. Πιο καθαρά
Όλα αυτά αποδεικνύονται από τα ακόλουθα δύο σχήματα.
Το σχήμα δείχνει το ίδιο σήμα με τα προηγούμενα - ψηφιοποιημένο μόνο με χωρητικότητα 2 bit. Αν και παρεμβολή
παρήχθη με συντελεστή 16, το ανακατασκευασμένο σήμα δεν είναι καθόλου παρόμοιο με το αρχικό. Δεν μπορεί να είναι σαν αυτόν - πλάτος 2 bits
είναι πολύ χαμηλή και ακατάλληλη για εγγραφή ηχητικών δονήσεων.
Το ίδιο σήμα, ψηφιοποιημένο σε 16 bit (αυτή είναι ακριβώς η ποιότητα ενός CD) και αποκαταστάθηκε με συντελεστή παρεμβολής 16. Σχεδόν δεν διακρίνεται από
πρωτότυπο. Οι διαφορές δεν θα γίνουν αισθητές στο αυτί. Στην πρακτική στούντιο, χρησιμοποιούνται πιο συχνά υψηλότερα βάθη bit και ταχύτητες δειγματοληψίας -
για παράδειγμα, 24bit/48kHz, 24bit/96kHz, κ.λπ. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι στα στούντιο ο ήχος υφίσταται περαιτέρω επίπονη επεξεργασία και είναι προτιμότερο να υπάρχει
την υψηλότερη διαθέσιμη ψηφιακή ποιότητα. Στο τελικό αποτέλεσμα -για παράδειγμα, σε CD- η ποιότητα των 16bit/44,1kHz είναι υπεραρκετή για εξαιρετική αναπαραγωγή.
Ας προσθέσουμε εδώ το γεγονός ότι οι ψηφιακές εγγραφές δεν γερνούν και δεν μπορούν κατ' αρχήν να αλλοιωθούν. Αυτό είναι ένα καστ ήχου, το οποίο από μόνο του
δεν υπόκειται σε προσωρινές αλλαγές. Επίσης, από αυτό το καστ μπορείτε να δημιουργήσετε όσα αντίγραφα θέλετε - και όλα θα είναι ακριβώς
είναι τα ίδια. Και εάν η εντύπωση έχει επαρκή ακρίβεια, μπορεί επίσης να υποβληθεί σε επεξεργασία σχεδόν απεριόριστες φορές.
Επιτρέψτε μου να τραβήξω μια γραμμή: όλες οι προηγούμενες έρευνες, οι προτροπές και τα σχέδια συνοψίζονται σε μια σκέψη - η ψηφιακή ηχογράφηση είναι ιδανική θεωρητικά. Μαζί της
Με αυτό μπορείτε να ηχογραφήσετε οποιονδήποτε ήχο μπορεί να ακούσει το ανθρώπινο αυτί. Και τότε μπορείτε να αναπαράγετε αυτόν τον ήχο όσο το δυνατόν ακριβέστερα - με τέτοιο
ακρίβεια, την οποία τα αναλογικά μέσα δεν θα μπορούσαν καν να ονειρευτούν λόγω των προφανών ατελειών του τελευταίου.
Πού είναι το αλιεύμα;
Η θεωρία της ψηφιακής εγγραφής -όπως πιθανότατα έχετε ήδη δει- είναι απαλλαγμένη από ελαττώματα. Τι συμβαίνει στην πράξη;
Πρώτον, ο ήχος πρέπει να ψηφιοποιηθεί σωστά - και αυτό δεν είναι μια εντελώς ασήμαντη εργασία, αν και εξαρτάται κυρίως από μια μοναδική λεπτομέρεια - το ADC
(μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό). Ας υποθέσουμε ότι πήραμε ένα μικρόφωνο σούπερ υψηλής ποιότητας, εξασφαλίσαμε την κανονική διέλευση του ηλεκτρικού σήματος από όλα τα
αναλογικά κυκλώματα (σύρματα, μίξερ κ.λπ.). Ένας ADC χαμηλής ποιότητας στην είσοδο μιας ψηφιακής συσκευής εγγραφής θα καταστρέψει αμέσως όλες τις προσπάθειές σας. Αυτός
μπορεί να καταγράψει μετρήσεις με ανεπαρκή ακρίβεια. Μπορεί να κάνει δειγματοληψία σε ανομοιόμορφη συχνότητα. Γενικά - αν το ADC στην ηχογράφηση ήταν κακό -
ο ηχογραφημένος ήχος αποδεικνύεται ότι απέχει πολύ από τον αρχικό και δεν θα μπορούμε να κάνουμε τίποτα με αυτόν (αν και τα δείγματα θα είναι ακόμα ψηφιακά - δεν υπάρχει τρόπος να τα διορθώσετε
με τιποτα).
Δεύτερον, ο ψηφιακός ήχος πρέπει να αναπαράγεται σωστά. Η κατάσταση είναι ακριβώς το αντίθετο: έχουμε ένα εξαιρετικό ακουστικό σύστημα, ένα υπέροχο
ενισχυτής, εξαιρετικά καλώδια. Αν όμως τα συνδέσουμε όλα αυτά στην έξοδο ενός DAC χαμηλής ποιότητας (μετατροπέας ψηφιακού σε αναλογικό), θα πάρουμε το αντίστοιχο
κακής ποιότητας ήχος. Τα DAC συνήθως έχουν περισσότερους τρόπους να καταστρέψουν τον ήχο: ανομοιόμορφη συχνότητα, έλλειψη ακρίβειας και πιθανώς πλήρης
απουσία καθεαυτού σχήματος παρεμβολής! Ο συγγραφέας έχει δει κάρτες ήχου «υπερ-προϋπολογισμού» για υπολογιστές που δεν διαθέτουν
δεν έγινε καθόλου παρεμβολή και το βάθος bit του σήματος εξόδου δεν έφτασε καν τα 5 bit.
Τι σημαίνουν όλα τα παραπάνω; Ναι, η ποιότητα της ψηφιακής εγγραφής/αναπαραγωγής εξαρτάται μόνο και μόνο από τον εξοπλισμό - ακριβώς όπως και στην περίπτωση των αναλογικών τεχνολογιών.
Και αν τα στούντιο ηχογράφησης έχουν κάνει προφανώς το καλύτερο δυνατό, έχουν αγοράσει καλά ηλεκτρονικά είδη και δεν έχουν προβλήματα με τον ψηφιακό ήχο - έχετε αυτά τα προβλήματα
μπορεί κάλλιστα να εμφανιστεί, καθώς οι καταναλωτικές ψηφιακές συσκευές αναπαραγωγής μουσικής παράγουν συχνά τρομερό ήχο. Ένα σημείο αποκαλύπτεται εδώ: σε καιρούς
βινυλίου και μαγνητικής ταινίας, ο ίδιος ο εξοπλισμός αναπαραγωγής ήχου ήταν κατασκευασμένος πολύ καλύτερης ποιότητας - ο ίδιος ο συγγραφέας θυμάται εκείνες τις εποχές. Στην εποχή μας, ηλικία
Μειώνοντας το κόστος όλων των δυνατοτήτων και μετακινώντας την παραγωγή που ξέρετε, δεν μπορείτε να περιμένετε αξιοσημείωτη ποιότητα από τη συντριπτική ποσότητα εξοπλισμού μεσαίου προϋπολογισμού. Ίσως με
Αυτό είναι που ευθύνεται για το μεγαλύτερο μέρος της αρνητικότητας προς την ψηφιακή μουσική, επειδή... οι άνθρωποι δεν ακούν τον ήχο που άκουσαν κάποτε. Αλλά γιατί να το κατηγορήσουμε
ψηφιακή εγγραφή; Αυτό το θέμα είναι για άλλη συζήτηση.
Μερικές φορές βλέπετε αστείες "κριτικές" όπου οι άνθρωποι συγκρίνουν πανομοιότυπα άλμπουμ ορισμένων καλλιτεχνών - πρώτα σε βινύλιο και μετά σε CD.
Αυτό είναι αστείο: πρώτον, η ηχογράφηση που θα επανακυκλοφορήσει σε CD θα έχει, φυσικά, διαφορετικό ήχο, αφού έγινε remaster ειδικά για CD.
Επιπλέον, βέβαια, το remastering γίνεται ξεκάθαρα για να βελτιωθεί ο ήχος, και όχι να αλλοιωθεί. Φαίνεται ότι τα στούντιο που επανακυκλοφορούν κλασικά
συλλεκτικές εκδόσεις επιτυχημένης μουσικής περασμένων δεκαετιών, δεν είναι λαϊκοί.
Δεύτερον, το ίδιο βινύλιο δεν είναι σε θέση να μεταδώσει σωστά μια ορισμένη ποσότητα υψηλών συχνοτήτων λόγω της προφανούς αδράνειας της βελόνας - ο ήχος από το βινύλιο είναι πάντα
χαρακτηρίζεται από ένα μπλοκ στο πρίμα - θα είναι πιο απαλό και θαμπό, αλλά ποιος είπε ότι σε όλους αρέσει ένα είδος ρετρό απαλότητας;
Μια άλλη αστεία αναλογία μου έρχεται επίσης στο μυαλό. Για κάποιο λόγο, κανείς δεν υπερασπίζεται τη μορφή βίντεο VHS, λέγοντας ότι το DVD έχει τη χειρότερη εικόνα. Αυτό και
Είναι σαφές - όλα εδώ είναι ορατά με γυμνό μάτι. Στην περίπτωση του ήχου, όταν ο καθένας βιάζεται να πείσει τους άλλους για την εξαιρετική ακοή του, τα πάντα
πιο περίπλοκο και το εφαλτήριο για διάφορα είδη εικασιών είναι ευρύτερο. Εξ ου και οι πολυάριθμες τρελές δηλώσεις που δεν έχουν τίποτα κοινό με την κοινή λογική και την επιστήμη.
Για παράδειγμα, η δήλωση ότι «ειδικά στις ψηφιακές ηχογραφήσεις, το μπάσο χάνεται». Γιατί ακριβώς το μπάσο είναι εντελώς ασαφές. Είναι εξίσου ασαφές
από πού προέρχονται πάντα τέτοιες βέβηλες απόψεις;
Περίληψη.
Από επιστημονική άποψη, η ψηφιακή εγγραφή ήχου έχει πλήρη πλεονεκτήματα και κανένα μειονέκτημα σε σύγκριση με την αναλογική. Από τη σκοπιά της πραγματικότητας - για να ακούσετε πραγματικά
ψηφιακός ήχος υψηλής ποιότητας - πρέπει να ξοδέψετε πολλά χρήματα και ακόμη και για πολλά χρήματα δεν θα έχετε πάντα καλό αποτέλεσμα. Ωστόσο, στην περίπτωση της αναλογικής εγγραφής, όλα είναι ακριβώς τα ίδια.
Και τέλος, μια μικρή αίσθηση: ο ήχος από τις μαγνητικές ταινίες είναι στην πραγματικότητα... ψηφιακός. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι στην πραγματικότητα
το χάσμα της μαγνητικής κεφαλής σε κάθε δεδομένη χρονική στιγμή πέφτει τελικόςτον αριθμό των μαγνητικών σωματιδίων της ταινίας. Ως εκ τούτου,
η τιμή του σήματος έχει ήδη καταγραφεί όχι με πλήρη, αλλά με περιορισμένη ακρίβεια. Σε αυτή την περίπτωση, η ίδια η μαγνητική κεφαλή λειτουργεί ως «παρεμβολή», γιατί V
Το μαγνητικό του πεδίο δεν μπορεί να αλλάξει απολύτως αμέσως. Κάπου διάβασα (δεν θα εγγυηθώ για την αυθεντικότητά της) ότι η κατά προσέγγιση χωρητικότητα μιας μαγνητικής ταινίας είναι
- 18 bit. Ωστόσο, αυτό το "βάθος bit" δεν πρέπει να συγχέεται με το ψηφιακό - τελικά, αυτό είναι απλώς μια προσέγγιση, που συνορεύει με ένα αστείο.
Τι γίνεται με το βινύλιο;
Και το βινύλιο ηχογραφήθηκε από μαγνητική ταινία.
Η παραδοσιακή αναλογική αναπαράσταση σημάτων βασίζεται στην ομοιότητα των ηλεκτρικών σημάτων (μεταβολές ρεύματος και τάσης) με τα αρχικά σήματα που αντιπροσωπεύουν (ηχητική πίεση, θερμοκρασία, ταχύτητα κ.λπ.), καθώς και στην ομοιότητα των σχημάτων των ηλεκτρικών σημάτων σε διάφορα σημεία στη διαδρομή ενίσχυσης ή μετάδοσης. Το σχήμα της ηλεκτρικής καμπύλης που περιγράφει (μεταφέρει) το αρχικό σήμα είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στο σχήμα της καμπύλης αυτού του σήματος.
Αυτή η αναπαράσταση είναι η πιο ακριβής, ωστόσο, η παραμικρή παραμόρφωση του σχήματος του φέροντος ηλεκτρικού σήματος θα συνεπάγεται αναπόφευκτα την ίδια παραμόρφωση του σχήματος και του σήματος του εκπεμπόμενου. Σε όρους θεωρίας πληροφοριών, η ποσότητα πληροφοριών στο φέρον σήμα είναι ακριβώς ίση με την ποσότητα πληροφοριών στο αρχικό σήμα και η ηλεκτρική αναπαράσταση δεν περιέχει πλεονασμό που θα μπορούσε να προστατεύσει το μεταφερόμενο σήμα από παραμόρφωση κατά την αποθήκευση, μετάδοση και ενίσχυση.
Οποιοσδήποτε φυσικός ήχος έχει αναλογική φύση: το δέρμα ενός τυμπάνου, οι χορδές ενός πιάνου, οι φωνητικές χορδές κινούνται ομαλά στο χώρο, προκαλώντας ελαστικά κύματα (περιοχές συμπίεσης/σπάσεως αέρα) που διαδίδονται στην ατμόσφαιρα. Ήχοςονομάζονται μηχανικά κύματα των οποίων οι συχνότητες κυμαίνονται από 17-20 έως 20.000 Hz. Τα μηχανικά κύματα τέτοιων συχνοτήτων παράγουν την αίσθηση του ήχου. Τα μηχανικά κύματα με συχνότητες κάτω των 17 Hz ονομάζονται υποήχους,
και πάνω από 20.000 Hz - υπερήχους. Τα ηχητικά κύματα που συλλαμβάνονται από το αυτί προκαλούν δόνηση στο τύμπανο (Εικ. 7.1) και στη συνέχεια μέσω του συστήματος των ακουστικών οστών, υγρά και άλλοι σχηματισμοί μεταδίδονται στα κύτταρα αντιληπτικού υποδοχέα, προκαλώντας ηχητικές αισθήσεις στον ανθρώπινο εγκέφαλο. Σε αυτή την περίπτωση, η ένταση του ήχου καθορίζεται από τη δύναμη με την οποία τα ηχητικά κύματα δρουν στο ανθρώπινο αυτί (το πλάτος του ηχητικού κύματος) και το ύψος καθορίζεται από τη συχνότητα των δονήσεων. Η ισχύς της αίσθησης των ηχητικών κυμάτων από τα όργανα ακοής είναι υποκειμενική, εξαρτάται από την ευαισθησία του οργάνου ακοής, αλλά σχετίζεται άμεσα με την ένταση των κυμάτων. Σε μια ορισμένη ελάχιστη ένταση, το ανθρώπινο αυτί δεν αντιλαμβάνεται τον ήχο. Αυτή η ελάχιστη ένταση ονομάζεται κατώφλι ακοής. Το κατώφλι ακοής έχει διαφορετικές τιμές για ήχο διαφορετικών συχνοτήτων. Σε υψηλές εντάσεις, το αυτί βιώνει μια οδυνηρή αίσθηση. Η χαμηλότερη ένταση κατά την αντίληψη του ήχου του πόνου ονομάζεται κατώφλι πόνου.
Το επίπεδο έντασης του ήχου μετριέται σε ντεσιμπέλ (dB). Ο αριθμός των ντεσιμπέλ είναι ίσος με τον δεκαδικό λογάριθμο του λόγου έντασης πολλαπλασιασμένο επί 10, δηλ. 10 lg (I/I 0).
Τα μικρόφωνα χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή των ηχητικών δονήσεων σε ηλεκτρικές δονήσεις σε τηλέφωνα, συσκευές εγγραφής ήχου, συστήματα ραδιοφωνικής μετάδοσης και άλλες περιοχές. Σε αυτή την περίπτωση, μια συνεχώς μεταβαλλόμενη αναλογική τάση (ένα ανάλογο της συχνότητας πίεσης και δόνησης ενός ηχητικού κύματος) σχηματίζεται στην έξοδο των μικροφώνων.
Ωστόσο, ο υπολογιστής λειτουργεί με μηδενικά και ένα. Η διαδικασία ψηφιοποίησης ήχου συνίσταται σε στιγμιαία καταγραφή των τιμών τάσης σε διάφορα χρονικά σημεία και στη συνέχεια «κόλληση» των τιμών που λαμβάνονται. Όταν παρακολουθείτε μια ταινία, τα μάτια και ο εγκέφαλος συνδέουν μια αλυσίδα στατικών εικόνων σε συνεχή κίνηση. Στην περίπτωση του ψηφιακού ήχου, τα "πλαίσια" συγχωνεύονται στη συσκευή αναπαραγωγής: η συνεχώς μεταβαλλόμενη τάση αναδημιουργείται λίγο πολύ με ακρίβεια και εφαρμόζεται στο μεγάφωνο. Εάν γίνει σωστά, το ηχείο αναπαράγει την αρχική κίνηση μιας χορδής πιάνου ή ενός δέρματος τυμπάνου. Η αναλογία με μια ταινία είναι σωστή κατ' αρχήν, ωστόσο, τα ηχητικά "καρέ" (δείγματα) εγγράφονται εκατοντάδες και χιλιάδες φορές πιο συχνά από τα καρέ ταινιών.
Ίσως τα «πλαίσια» ήχου να μπορούν να συγκριθούν πιο ξεκάθαρα με τις κουκκίδες που συνθέτουν μια φωτογραφία εφημερίδας. Όσο πιο πυκνές είναι οι κουκκίδες (όσο υψηλότερη είναι η γραμμικότητα), τόσο πιο λεπτομερής αναπαράγεται η εικόνα. Η υψηλή γραμμικότητα απαιτεί χαρτί υψηλότερης ποιότητας και πιο ακριβή εκτύπωση και ο υψηλός ρυθμός δειγματοληψίας επιβαρύνει τον υπολογιστή: περισσότερες τιμές υποβάλλονται σε επεξεργασία την ίδια χρονική περίοδο και απαιτούνται περισσότερη μνήμη και εύρος ζώνης για την αποθήκευση και τη μεταφορά δεδομένων . Και στις δύο περιπτώσεις, πρέπει να γίνει συμβιβασμός μεταξύ πρακτικότητας και πιστότητας.
Στο αναλογικό τρόποκαταγράφει τιμές αποθήκευσης που αλλάζουν συνεχώς σε πλάτος και χρόνο, δηλαδή, αλλαγές στις παραμέτρους μπορούν να συμβούν με οποιαδήποτε απειροελάχιστη τιμή. Για σήματα που μεταβάλλονται χρονικά, η συχνότητα μέτρησης παίζει σημαντικό ρόλο. Ας εξετάσουμε αυτή τη δήλωση χρησιμοποιώντας το παράδειγμα της ψηφιακής εγγραφής ήχου. Ο ψηφιοποιημένος ήχος είναι ουσιαστικό μέρος των πολυμέσων. Ως εκ τούτου, φαίνεται λογικό να κατανοήσουμε θεμελιωδώς την ψηφιοποίηση των ακουστικών πληροφοριών.
Όπως και με την ψηφιοποίηση μιας εικόνας, η ψηφιακή εγγραφή ήχου απαιτεί ένα τεχνικό ανάλογο ενός αισθητηρίου οργάνου. Μόνο που εδώ δεν είναι «ηλεκτρονικό μάτι», αλλά «ηλεκτρονικό αυτί», το οποίο συνήθως χρησιμοποιείται ως μικρόφωνο. Το μικρόφωνο περιέχει μια μεμβράνη στην οποία οι δονήσεις διεγείρονται υπό την επίδραση ενός ηχητικού κύματος και με τη βοήθεια ενός πηνίου σε έναν μαγνητικό πυρήνα, οι πληροφορίες ήχου μετατρέπονται σε αριθμητικές τιμές. Επομένως, πρέπει να αντιμετωπίσουμε ένα σήμα που μεταβάλλεται χρονικά, δηλαδή μια ηλεκτρική τάση της οποίας το μέγεθος αλλάζει με την πάροδο του χρόνου.
Στο ψηφιακάΟι εγγραφές αποθηκεύουν τιμές που μετρώνται σε ορισμένα διαδοχικά χρονικά διαστήματα και λαμβάνουν σταθερές τιμές.
Οι ηχητικές δονήσεις μετατρέπονται σε ψηφιακό σήμα σε έναν προσαρμογέα ήχου, καταγράφονται σε κάποιο αποθηκευτικό μέσο, για παράδειγμα, σε ένα μαγνητοοπτικό CD, και στη συνέχεια, εάν είναι απαραίτητο, μετατρέπονται ξανά σε αναλογικό σήμα μέσω ενός προσαρμογέα ήχου και αναπαράγονται μέσω ενός μεγαφώνου . Στο Σχ. 7.2, η αύξηση και η μείωση της ηχητικής πίεσης παρουσιάζονται με τη μορφή καμπύλης.
Συνήθως υπάρχει ήδη ένα σφάλμα στην αναλογική αναπαράσταση που εμφανίζεται λόγω ατελών μετασχηματισμών. Εφόσον παρουσιάζονται παραμόρφωση και παρεμβολές κατά την επεξεργασία, τη μετάδοση και την εγγραφή, το σήμα που αναπαράγεται δεν ταιριάζει ακριβώς με το πρωτότυπο. Το σήμα επιδεινώνεται με κάθε επόμενη επεξεργασία. Όσο πιο συχνά επαναλαμβάνεται αυτή η διαδικασία, τόσο χειρότερα και χειρότερα θα είναι τα αποτελέσματα. Κατά κανόνα, η απώλεια ποιότητας γίνεται σαφώς αισθητή μετά την πρώτη θεραπεία. Η απώλεια ποιότητας με κάθε νέο αντίγραφο μπορεί να φτάσει τόσο μακριά που τίποτα δεν μπορεί να διακριθεί καθόλου στο αντίτυπο Χ. Προκειμένου να μειωθούν αυτά τα σφάλματα κατά την επεξεργασία, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί ακριβός και πολύπλοκος εξοπλισμός.
Ας επιστρέψουμε στο παράδειγμα των ηχητικών κυμάτων. Για να περιγράψουμε τα χαρακτηριστικά του ήχου (για παράδειγμα, το ύψος του) με μεγαλύτερη ακρίβεια, χρειάζονται ορισμένες φυσικές έννοιες. Αρχικά, ο ήχος υπάρχει ως αναλογικό σήμα (που γίνεται αντιληπτός από ένα μικρόφωνο) και με τη μορφή εναλλασσόμενης αύξησης και μείωσης της ηχητικής πίεσης στη μεμβράνη του μικροφώνου, η οποία προκαλεί μια ταλαντωτική διαδικασία σε αυτήν.
Η πρώτη αρμονική των ταλαντώσεων της μεμβράνης μπορεί να αναπαρασταθεί ως ημιτονοειδής. Η μέγιστη απόκλιση από τη θέση ηρεμίας (τόσο πάνω όσο και κάτω) ονομάζεται πλάτος.
Ο αριθμός των δονήσεων σε ένα δευτερόλεπτο ονομάζεται συχνότητακαι μετριέται σε Hertz (Hz). Μια ταλάντωση συμβαίνει κατά τη διάρκεια μιας χρονικής περιόδου που ονομάζεται περίοδος ταλάντωσης, κατά την οποία η διαδικασία, ξεκινώντας από τη θέση ηρεμίας, θα επισκεφθεί το ανώτερο και το κάτω μέγιστο σημείο και θα επιστρέψει ξανά στη θέση ηρεμίας (Εικ. 7.3).
Αν φανταστείτε ηχητικά κύματα σε μορφή ταλαντώσεων σε έναν παλμογράφο, θα παρατηρήσετε ότι μεγαλύτερη ένταση ήχου αντιστοιχεί σε μεγαλύτερο πλάτος ταλαντώσεων. Με τον ίδιο τρόπο, η συχνότητα της δόνησης εξαρτάται από το αν ο ήχος είναι χαμηλός ή υψηλός (Εικ. 7.4).
Αν κοιτάξουμε την απόκριση του μικροφώνου στην ομιλία ή τη μουσική σε έναν παλμογράφο, δεν θα δούμε ένα κανονικό ημιτονοειδές κύμα, αλλά μια πιο σύνθετη καμπύλη που προκύπτει ως αποτέλεσμα της υπέρθεσης και της αλληλεπίδρασης διαφορετικών ταλαντώσεων. αυτή η επικάλυψη ονομάζεται επίσης παρεμβολή.
Η ψηφιακή παρουσίαση φαίνεται εντελώς διαφορετική. Με την ψηφιακή αναπαράσταση, η αλλαγή της τιμής συμβαίνει διακριτά και, όπως ήταν, παγώνει σε ορισμένα χρονικά σημεία για τη μέτρηση τιμών. Έτσι, αυτές οι τιμές περιγράφουν τη διαδικασία, ορίζοντας την κατάστασή της σε ορισμένα χρονικά σημεία με μια ακολουθία διακριτών αριθμών. Το αναλογικό σήμα μετατρέπεται σε ψηφιακό (δειγματοληπτικό) χρησιμοποιώντας μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό (ADC).Σε αυτό, το αναλογικό σήμα, μετά από μέτρηση στην είσοδο, κβαντοποιείται και κωδικοποιείται. Όσο μικρότερα είναι τα χρονικά διαστήματα μεταξύ των μεμονωμένων μετρήσεων, τόσο ακριβέστερα περιγράφεται και στη συνέχεια αναπαράγεται η διαδικασία. Η συχνότητα με την οποία γίνεται δειγματοληψία ενός αναλογικού σήματος ονομάζεται συχνότητα δειγματοληψίας.Το πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου αναπαράστασης είναι προφανές: εφόσον η μετρούμενη τιμή υπάρχει με τη μορφή αριθμού, η αντιγραφή πραγματοποιείται χωρίς απώλεια ποιότητας, αφού μόνο ο αριθμός ξαναγράφεται. Δεν υπάρχει απώλεια ποιότητας για το αντίγραφο X, εάν, φυσικά, η αντιγραφή γίνει χωρίς σφάλματα.
Τώρα ας μάθουμε πόσο συχνά ανά μονάδα χρόνου είναι απαραίτητο να μετράμε την τάση που προέρχεται από το μικρόφωνο για να έχουμε την καλύτερη ποιότητα ψηφιοποίησης. Η πιο σημαντική οριακή συνθήκη εδώ είναι η ευαισθησία του ανθρώπινου αυτιού σε ηχητικά κύματα διαφόρων μηκών
Σε νεαρή ηλικία, το όριο ευαισθησίας είναι σε συχνότητα περίπου 20.000 hertz και με την πάροδο του χρόνου μειώνεται σημαντικά και ένα άτομο δεν είναι σε θέση να αντιληφθεί ηχητικά κύματα με συχνότητες πάνω από 20.000 Hertz. Αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα μόνο μια άχρηστη αύξηση του όγκου των δεδομένων. Από το κριτήριο Nyquist προκύπτει ότι για ψηφιοποίηση χωρίς παραμόρφωση, οι μετρήσεις θα πρέπει να γίνονται σε βήματα του μισού του μεγέθους της λεπτότερης λεπτομέρειας πληροφοριών. Στην ηχογράφηση, η καλύτερη λεπτομέρεια είναι μια ταλάντωση με συχνότητα 20.000 hertz, επομένως οι μετρήσεις τάσης πρέπει να γίνονται τουλάχιστον 40.000 φορές το δευτερόλεπτο. Μάλιστα παίρνουν λίγο μεγαλύτερη τιμή και κάνουν μετρήσεις με συχνότητα 44100 hertz.
Αυτή η μη στρογγυλή τιμή οφείλεται στο γεγονός ότι οι πρώτες ψηφιακές εγγραφές έγιναν με χρήση συσκευής εγγραφής βίντεο. Ένα τέτοιο μαγνητόφωνο, που λειτουργεί σύμφωνα με το πρότυπο έγχρωμης τηλεόρασης PAL, καταγράφει 50 εικόνες (πεδία) ανά δευτερόλεπτο και καταγράφονται 294 γραμμές τηλεόρασης σε κάθε πεδίο και αυτή η τιμή είναι τυποποιημένη. Αντίθετα, ο αριθμός των δειγμάτων ήχου ανά γραμμή μπορεί να ποικίλλει και μπορεί να είναι οποιοσδήποτε ακέραιος μέχρι ένα ορισμένο ανώτερο όριο. Με τρία δείγματα ανά γραμμή ανά δευτερόλεπτο, το αποτέλεσμα είναι 50 x 294 x 3 δείγματα, που είναι ακριβώς 44100. Είναι ενδιαφέρον ότι ένα VCR που λειτουργεί σύμφωνα με το αμερικανικό πρότυπο NTSC είναι επίσης κατάλληλο για τέτοια ηχογράφηση, καθώς καταγράφει 60 πεδία ανά δευτερόλεπτο 245 γραμμές ( 60 x 245 x 3 δίνει επίσης 44100).
Ωστόσο, ένα ηχητικό σήμα που λαμβάνεται, για παράδειγμα, από ένα μουσικό όργανο, μπορεί κάλλιστα να περιέχει τόνους με συχνότητα 22.000 hertz. Αυτό προκαλεί ορισμένες δυσκολίες. Ακριβώς όπως κατά τη σάρωση εικόνων σε πολύ χαμηλή ανάλυση, η ανεπαρκής ανάλυση ψηφιοποίησης στην περίπτωση εγγραφών ήχου μπορεί να οδηγήσει σε παραμόρφωση. Λόγω του μικρού αριθμού δειγμάτων, εμφανίζονται νέες διακυμάνσεις στο ψηφιοποιημένο σήμα που δεν υπήρχαν στο αρχικό σήμα. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται θόρυβος δειγματοληψίας, και ο ίδιος ο θόρυβος ονομάζεται ψευδώνυμο. Στις πρώτες μέρες της ψηφιακής μηχανικής ήχου, οι ψευδείς συχνότητες δημιούργησαν σημαντικές προκλήσεις για τους μηχανικούς. Εν τω μεταξύ, έχουν εμφανιστεί φίλτρα με πολύ έντονη αποκοπή, τα οποία εξαλείφουν τις συχνότητες στο ηχητικό σήμα πάνω από την επιτρεπόμενη τιμή των περίπου 22.000 hertz, πριν το σήμα σταλεί σε μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό. Από αυτή την άποψη, λέγεται ότι πριν από την ψηφιοποίηση το σήμα περιορίζεται στη ζώνη συχνοτήτων.
Το πρόβλημα της ακρίβειας των μετρήσεων παραμένει. Αν και οι ψευδείς συχνότητες συμβαίνουν με μειωμένη ακρίβεια, η ποιότητα εγγραφής σαφώς υποβαθμίζεται. Το ADC συγκρίνει τη μετρούμενη τιμή με μια κλίμακα αριθμητικών τιμών και εκχωρεί σε αυτήν την τιμή μια διακριτή τιμή από αυτές που είναι διαθέσιμες στην κλίμακα. Η εκχωρηθείσα διακριτή τιμή αντικατοπτρίζει την κατάσταση της διαδικασίας με την ίδια ακρίβεια με τις μικρές διαιρέσεις στην κλίμακα.
Εάν, για παράδειγμα, υπάρχει μια μάλλον αδρή κλίμακα από το 1 έως το 16 (16 τιμές συνολικά), τότε αναπόφευκτα προκύπτει μια σχετικά μεγάλη απόκλιση της τιμής της ποσότητας του δείγματος από την κβαντοποιημένη εκχωρημένη τιμή. Αυτή η απόκλιση ονομάζεται σφάλμα κβαντισμούή παραμόρφωση κβαντισμού.Εάν η κλίμακα έχει 256 τιμές, τότε, κατά συνέπεια, το σφάλμα κβαντισμού μειώνεται κατά τέσσερις φορές. Εφόσον μόνο η δυαδική αναπαράσταση του αριθμού χρησιμοποιείται για την εγγραφή, αυτό σημαίνει ότι 16 (2 4) βαθμοί σύγκρισης απαιτούν τέσσερα bit για περιγραφή. Επομένως, το 256 (2 8) θα απαιτούσε 8 bit. Για ένα αποδεκτό σφάλμα μικρότερο από 0,1 τοις εκατό, είναι απαραίτητο να έχουμε 1000 μοίρες σύγκρισης, κάτι που απαιτεί 10 bit.
Η ψηφιακή στερεοφωνική εγγραφή μουσικής, όπως αυτή που χρησιμοποιείται στα CD, εκτελείται με ρυθμό δειγματοληψίας 44,1 kilohertz και ακρίβεια μέτρησης 16 bit (2 byte). Αυτό αντιστοιχεί σε όγκο δεδομένων 44100 x 2 x 2 = 176400 byte ανά δευτερόλεπτο, που είναι αρκετά. Σε εφαρμογές πολυμέσων, αυτή η ροή δεδομένων είναι αποδεκτή μόνο υπό ορισμένες προϋποθέσεις. Συνήθως, η ποιότητα εγγραφής για αυτούς τους σκοπούς μειώνεται, χρησιμοποιώντας συχνότητα δειγματοληψίας 22 kilohertz και ανάλυση 8 bit, και περιορίζεται στη μονοφωνική αναπαραγωγή. Χάρη σε αυτό, η ροή δεδομένων μειώνεται στα 22 KB ανά δευτερόλεπτο. Ωστόσο, η περαιτέρω μείωση δεν είναι πλέον αποδεκτή, καθώς θα μείωνε υπερβολικά την ποιότητα του ήχου.
Ένα CD player υψηλής ποιότητας (Hi-Fi) είναι 16-bit. Αυτό καθιστά δυνατή τη διάκριση μεταξύ 65.536 διαφορετικών καταστάσεων κατά τη σύγκριση. Ο προσαρμογέας ήχου μπορεί να έχει 8 bit και 256 διαφορετικές καταστάσεις. Δεδομένου ότι κατά την εγγραφή πρέπει να επεξεργαστείτε τεράστιες ποσότητες δεδομένων, για να μην φορτωθεί ο μικροεπεξεργαστής, χρησιμοποιείται η λεγόμενη μέθοδος DMA (Direct Memory Access). - άμεση πρόσβαση στη μνήμη). Τα δεδομένα, παρακάμπτοντας τον μικροεπεξεργαστή, εισέρχονται απευθείας στη μνήμη Για την εξάλειψη της σύγκρουσης μεταξύ του προσαρμογέα ήχου και του μικροεπεξεργαστή, ο υπολογιστής διαθέτει ένα ειδικό τσιπ που ονομάζεται ελεγκτής μνήμης άμεσης πρόσβασης. Ο ελεγκτής ελέγχει την πρόσβαση στη μνήμη από τον μικροεπεξεργαστή ή άλλους προσαρμογείς κανάλια (ο αριθμός ενός τέτοιου καναλιού απαιτείται ρυθμισμένος κατά την εγκατάσταση του προσαρμογέα ήχου).
Η μετατροπή μιας ψηφιακής τιμής σε αναλογικό σήμα που μπορεί να ακούσει το αυτί γίνεται σε έναν μετατροπέα ψηφιακού σε αναλογικό (DAC - Μετατροπέας ψηφιακού σε αναλογικό - DAC).
Συνοψίζοντας, ο ψηφιακός ήχος είναι η ψηφιακή αναπαράσταση ενός αναλογικού σήματος ήχου. Για να σχηματιστεί μια ψηφιακή αναπαράσταση ενός ηχητικού σήματος, χρησιμοποιείται μια διαδικασία δειγματοληψίας. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει την περιοδική μέτρηση του πλάτους (δυνατότητα) ενός αναλογικού σήματος ήχου και τη μετατροπή της τιμής που προκύπτει σε μια ακολουθία bit. Για να πραγματοποιηθεί αυτή η μετατροπή, χρησιμοποιείται μια ειδική συσκευή, η οποία ονομάζεται μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό - ADC (Analog-to-Digital Converter - ADC). Η έξοδος του ADC δημιουργεί μια ακολουθία byte, τα οποία μπορούν να γραφτούν είτε σε μαγνητική ταινία είτε σε άλλη ψηφιακή συσκευή σε δυαδική μορφή.
Η εγγραφή σε δυαδική μορφή σάς επιτρέπει να αποφύγετε παρεμβολές κατά την εγγραφή σε μαγνητικό μέσο, καθώς καταγράφονται μόνο δύο επίπεδα σήματος - λογικό μηδέν και λογικό ένα, σε αντίθεση με τη μέθοδο αναλογικής εγγραφής, στην οποία καταγράφονται πολλά διαφορετικά επίπεδα σήματος.
Τέτοια συστήματα εγγραφής ήχου ονομάζονται συνήθως συστήματα ψηφιακής εγγραφής ήχου με διαμόρφωση κωδικού παλμού (PCM). Ωστόσο, στην ορολογία των υπολογιστών, μια τέτοια διαδικασία συνήθως ονομάζεται εγγραφή ήχου κυμάτων (waveaudio ή waveform audio).
Ο ψηφιακός ήχος χαρακτηρίζεται από τις ακόλουθες παραμέτρους:
ρυθμός δειγματοληψίας(ρυθμός δειγματοληψίας), που καθορίζει πόσες φορές ψηφιοποιείται το ηχητικό σήμα ανά μονάδα χρόνου και μετράται σε kilohertz (kilohertz - χιλιάδες δείγματα ανά δευτερόλεπτο). Αυτό το χαρακτηριστικό δείχνει πόσο συχνά μετριέται το πλάτος του ηχητικού σήματος εισόδου τη στιγμή της ηχογράφησης και κατά συνέπεια πόσο σωστά η ψηφιακή αναπαράσταση του ήχου αντανακλά το ρυθμό μεταβολής του πλάτους του ηχητικού σήματος (Εικ. 7.6).
ανάλυση ήχου(ηχητική ανάλυση), που χαρακτηρίζει τη σωστή αναπαράσταση του πλάτους του αρχικού αναλογικού σήματος. Τα ψηφιακά ηχοσυστήματα διατίθενται συνήθως σε μορφές 8-bit και 16-bit.
Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι ρυθμοί δειγματοληψίας είναι 11.025. 22,05 και 44,1 kHz. Σε συχνότητα 11.025 kHz, η ανθρώπινη ομιλία αναπαράγεται αρκετά καλά. Σε συχνότητα 22,05 kHz, όχι μόνο η ανθρώπινη ομιλία, αλλά και τα μουσικά κομμάτια ακούγονται καλά. Και για πολύ καλή αναπαράσταση του μουσικού ήχου, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί συχνότητα δειγματοληψίας τουλάχιστον 44,1 kHz.
Ο ρυθμός δειγματοληψίας επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό τον όγκο των πληροφοριών που απαιτούνται για την αποθήκευση ήχου. Για παράδειγμα, η αναπαραγωγή στερεοφωνικού ήχου 16 bit με συχνότητα δειγματοληψίας 44,1 kHz απαιτεί αποθήκευση 176,2 KB ήχου για ένα δευτερόλεπτο ήχου και 90 KB byte για αναπαραγωγή ενός δευτερολέπτου του ίδιου ήχου με συχνότητα δειγματοληψίας 22,05 kHz , που είναι σχεδόν δύο φορές λιγότερο.
Τα συστήματα 8 bit μετατρέπουν το πλάτος του αναλογικού σήματος σε μόνο 256 σταθερές τιμές (Εικ. 7.8). Αυτή η αναπαράσταση του αναλογικού σήματος δεν είναι πολύ ακριβής, και επομένως το σήμα εξόδου που ανακατασκευάζεται από την αναπαράσταση 8-bit θα είναι διαφορετικό από το αρχικό σήμα ήχου. Αυτή η διαφορά είναι συνήθως σαφώς αισθητή στο αυτί.
Τα συστήματα 16 bit μετατρέπουν το πλάτος του αναλογικού σήματος σε 65536 σταθερές τιμές. Σε τέτοια συστήματα, η ποιότητα του ψηφιοποιημένου ήχου είναι πολύ καλύτερη και πρακτικά δεν διαφέρει από τον αρχικό ήχο. Επιπλέον, παρέχει ένα ευρύ δυναμικό εύρος (η διαφορά, εκφρασμένη σε ντεσιμπέλ, μεταξύ του ισχυρότερου σήματος από το οποίο μπορεί να περάσει η συσκευή και του ασθενέστερου σήματος που είναι ακόμα ορατό στο φόντο του υπολειπόμενου θορύβου). Εξαιτίας αυτού, τα σύγχρονα ψηφιακά συστήματα ήχου, όπως τα ψηφιακά CD ήχου και οι ψηφιακές συσκευές εγγραφής ήχου, χρησιμοποιούν συνήθως συστήματα 16-bit (Εικόνα 7.9).
Τα αρχεία ήχου, όπως τα δεδομένα γραφικών, μπορούν να συμπιεστούν. Αυτό σας επιτρέπει να μειώσετε σημαντικά τον όγκο των μεταδιδόμενων πληροφοριών. Για αυτό, χρησιμοποιούνται κωδικοποιητές (Εικ. 7.10).
Τι είναι καλύτερο: αναλογική ή ψηφιακή εγγραφή; Και οι δύο έχουν τους θαυμαστές και τους οπαδούς τους. Αλλά ας καταλάβουμε ακόμα την ουσία αυτών των δύο τεχνολογιών και ας εξετάσουμε τις θεμελιώδεις διαφορές μεταξύ τους.
Τι είναι η αναλογική εγγραφή;
Ο ήχος ως τέτοιος έχει αναλογικό χαρακτήρα. Απλώνεται στον αέρα και αναπόφευκτα παραμορφώνεται καθώς το κάνει. Η παραμόρφωση του ήχου επηρεάζεται από μια ποικιλία συνθηκών: απόσταση από την πηγή, ταχύτητα κίνησης σε σχέση με αυτήν, χαρακτηριστικά ανάκλασης από γύρω αντικείμενα κ.λπ.
Το ανθρώπινο αυτί αντιλαμβάνεται ηχητικές δονήσεις στην περιοχή από 20 Hz έως 20.000 Hz. Ωστόσο, δεν μπορούν όλοι να καυχηθούν για τέτοιες εξαιρετικές ικανότητες ακοής. Η πλειοψηφία των ενηλίκων ακούει συχνότητες έως 16.000-18.000 Hz. Αξίζει να διευκρινιστεί ότι ακόμη και συχνότητες πάνω από 6.000-8.000 Hz είναι συνήθως μόνο πρόσθετες αρμονικές και υπερτονίες.
Από την άλλη πλευρά, η ποιότητα της εγγραφής καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από τη σωστή αναπαραγωγή αρμονικών και άλλων στοιχείων υψηλής συχνότητας.
Κατά την αναλογική εγγραφή, ένα ηχητικό κύμα που εισέρχεται σε μικρόφωνο μετατρέπεται σε ηλεκτρική δόνηση, η οποία στη συνέχεια τροφοδοτείται είτε σε μηχανικό κόφτη, εάν μιλάμε για δίσκο βινυλίου, είτε σε μαγνητική κεφαλή, εάν η εγγραφή γίνεται σε μαγνητική ταινία.
Για την αναπαραγωγή ήχου, πρέπει να τραβήξετε μια μαγνητισμένη ταινία κατά μήκος της μαγνητικής κεφαλής και η ταχύτητα αυτής της διαδικασίας πρέπει να είναι ίση με την ταχύτητα εγγραφής.
Στην περίπτωση του βινυλίου, για να το παίξετε θα χρειαστεί να μετακινήσετε τη βελόνα κατά μήκος του αυλακιού στο οποίο καταγράφονται οι πληροφορίες. Οι μηχανικοί κραδασμοί θα μετατραπούν σε ηλεκτρικούς, οι οποίοι θα μεταδίδονται στον ενισχυτή, και από τον ενισχυτή, αντίστοιχα, στα μεγάφωνα.
Με την προσεκτική ανάγνωση του παραπάνω υλικού, η ατέλεια της αναλογικής εγγραφής είναι αρκετά εμφανής.
1. Κατά την εγγραφή σε μαγνητική ταινία, θα πρέπει να ανησυχείτε για την ποιότητα της μαγνητικής κεφαλής και να λάβετε υπόψη τη βαθμονόμησή της σε σχέση με την ταινία.
2. Οι ανακρίβειες στον μηχανισμό μεταφοράς ταινίας προκαλούν μεταβλητότητα στην ταχύτητά του.
3. Είναι αδύνατο να μην αναφέρουμε την ικανότητα της ταινίας να τεντώνεται, τις αλλαγές στα χαρακτηριστικά της σε όλο το μήκος της, τα τυχαία ξένα σωματίδια πάνω της κ.λπ.
4. Στην περίπτωση ενός δίσκου βινυλίου, εμφανίζεται έκρηξη, σκόνη που μπαίνει στις αυλακώσεις και κάθε είδους μηχανική βλάβη. Επιπλέον, το αυλάκι, με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, παραμορφώνεται μετά από κάθε παιχνίδι.
5. Και τέλος, αξίζει να θυμόμαστε ότι είναι σχεδόν αδύνατο να δημιουργήσετε ένα αντίγραφο ενός δίσκου βινυλίου ή μιας μαγνητικής εγγραφής χωρίς απώλεια ποιότητας. Και όλα τα αναλογικά μέσα τελικά γερνούν και χάνουν την ποιότητα του ήχου, ακόμα κι αν δεν χρησιμοποιούνται πολύ συχνά.
Τι είναι η ψηφιακή εγγραφή;
Για την εγγραφή ήχου σε ψηφιακή μορφή, αρκεί απλώς να καταγράψετε τις τιμές μιας ηχητικής δόνησης που αλλάζει με την πάροδο του χρόνου σε αριθμούς με τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια.
Δείγμα
Για να κατανοήσουμε τις αρχές της ψηφιακής εγγραφής, ας κατανοήσουμε την έννοια της δειγματοληψίας. Η δειγματοληψία ή η διακριτοποίηση είναι η τιμή ενός σήματος σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή σε ψηφιακή μορφή.
Λόγω των συνεχών αλλαγών του αναλογικού σήματος με την πάροδο του χρόνου, η ανάγκη για άπειρο αριθμό δειγμάτων γίνεται εμφανής. Ωστόσο, το θεώρημα του Kotelnikov δηλώνει ότι ένα σήμα μπορεί να ανακατασκευαστεί με ακρίβεια από ψηφιακά δείγματα που δημιουργούνται σε συχνότητα μεγαλύτερη από τη διπλάσια της μέγιστης συχνότητας αυτού του σήματος.
Για παράδειγμα, ένα τυπικό CD ήχου έχει συχνότητα δειγματοληψίας 44,1 kHz και κατά συνέπεια είναι δυνατή η επαναφορά με μεγάλη ακρίβεια ενός σήματος με συχνότητες έως 22,05 kHz, το οποίο ήδη υπερβαίνει τις δυνατότητες του ανθρώπινου αυτιού.
Παρεμβολή
Η επαναφορά των τιμών του σήματος στα διαστήματα μεταξύ των δειγμάτων που λαμβάνονται ονομάζεται παρεμβολή. Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται κατά την αναπαραγωγή ήχου που έχει εγγραφεί ψηφιακά. Η ποιότητα της ανακατασκευής του σήματος εξαρτάται από την ποιότητα της παρεμβολής.
Το σήμα που αποκαθίσταται χωρίς παρεμβολή θα είναι πολύ διαφορετικό από το αρχικό. Εάν ορίσετε έστω και έναν μικρό συντελεστή παρεμβολής, αυτό θα κάνει το σήμα πολύ πιο παρόμοιο με το πρωτότυπο.
Αυξάνοντας τον συντελεστή παρεμβολής, μπορείτε να αυξήσετε σημαντικά την ποιότητα της ανακατασκευής του σήματος.
Λίγο βάθος
Εάν σκάψετε βαθύτερα, γίνεται σαφές ότι η δειγματοληψία του σήματος στην επιθυμητή συχνότητα είναι μόνο η μισή μάχη. Είναι επίσης απαραίτητο να καταγράψετε την τιμή με τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια ή, όπως λέγεται, βάθος bit.
Όσο μεγαλύτερο είναι το βάθος bit, το οποίο μετράται σε bit, τόσο πιο ακριβής θα είναι η εγγραφή ενός δείγματος σήματος.
Εάν το βάθος bit είναι πολύ χαμηλό, για παράδειγμα, 4 bit, τότε ακόμη και ένας υψηλός συντελεστής παρεμβολής δεν θα βοηθήσει και το ανακατασκευασμένο σήμα θα είναι τρομερής ποιότητας.
Αλλά αν το ίδιο σήμα ψηφιοποιηθεί με λίγο βάθος, για παράδειγμα, 16 bit, τότε θα είναι πρακτικά αδιάκριτο στο αυτί από το πρωτότυπο. Παρεμπιπτόντως, ένα τυπικό CD ήχου έχει βάθος bit μόλις 16 bit.
Στα στούντιο ηχογράφησης χρησιμοποιούνται συνήθως μεγαλύτερα βάθη bit 24 και 32 bit, συχνότητες δειγματοληψίας 48, 96 και ακόμη και 192 kHz, γεγονός που εξηγείται από την ανάγκη να υπάρχει η υψηλότερη διαθέσιμη ψηφιακή ποιότητα που απαιτείται για περαιτέρω επεξεργασία.
Ψηφιακή εγγραφή
Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η ψηφιακή εγγραφή δεν υπόκειται σε παλαίωση ή άλλες προσωρινές αλλαγές. Μπορείτε να δημιουργήσετε όσα αντίγραφα θέλετε από αυτό με την ίδια ακρίβεια.
Όπως φαίνεται από τα παραπάνω, η θεωρία της ψηφιακής εγγραφής δεν συνεπάγεται την παρουσία οποιωνδήποτε ελαττωμάτων σε αυτήν. Ας δούμε τι θα γίνει στην πράξη.
1. Πρώτον, για την απόκτηση υψηλής ποιότητας, απαιτείται ψηφιοποίηση αναλογικού ήχου υψηλής ποιότητας, η οποία εξαρτάται κυρίως από την ποιότητα του μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό ADC. Ένα υψηλής ποιότητας μικρόφωνο ή ακριβά καλώδια σύνδεσης δεν θα βοηθήσουν σε μια κατάσταση όπου η ποιότητα του ADC αφήνει πολλά να είναι επιθυμητή.
Καταγραφή αναγνώσεων με ανεπαρκή ακρίβεια, δημιουργία δειγμάτων με ανομοιόμορφη συχνότητα κ.λπ. θα οδηγήσει σε έναν ήχο που απέχει πολύ από τον αρχικό σε ποιότητα και δεν μπορεί να γίνει τίποτα για να το διορθώσετε αργότερα.
2. Και δεύτερον, ο ψηφιοποιημένος ήχος πρέπει επίσης να αναπαραχθεί σε υψηλή ποιότητα, κάτι που είναι δυνατό μόνο με έναν υψηλής ποιότητας μετατροπέα DAC - ψηφιακό σε αναλογικό.
Λόγω ανομοιόμορφων ρυθμών δειγματοληψίας, ανεπαρκούς ακρίβειας ή έλλειψης παρεμβολής, ο ήχος θα υποβαθμιστεί με τρόπο που κανένα σύγχρονο σύστημα ηχείων δεν μπορεί να αντισταθμίσει.
Έτσι, μπορεί να γίνει κατανοητό ότι η ποιότητα της ψηφιακής εγγραφής και αναπαραγωγής επηρεάζεται κυρίως από την ποιότητα των μετατροπέων.
Οι μετατροπείς που είναι ενσωματωμένοι σε σύγχρονες (και σε καμία περίπτωση τις φθηνότερες) διεπαφές ήχου, ως επί το πλείστον, δεν είναι ικανοί να παράγουν πραγματικά υψηλής ποιότητας ήχο και για αυτόν τον λόγο πολλοί άνθρωποι προτιμούν την αναλογική εγγραφή.
Ωστόσο, συνοψίζοντας τα παραπάνω, αξίζει να σημειωθεί ότι η ψηφιακή εγγραφή έχει ορισμένα και αρκετά έντονα πλεονεκτήματα σε σύγκριση με την αναλογική.
Αν και στην πράξη, για να αποκτήσετε πραγματικά υψηλής ποιότητας ψηφιακό ήχο, πρέπει να ξοδέψετε πολλά χρήματα σε μετατροπείς υψηλής ποιότητας.
______________________
Κατά την αντιγραφή υλικού, η αναφορά στον ιστότοπο είναι υποχρεωτική!
Όταν δημιουργείτε μουσική, μπορεί να είναι πολύ χρήσιμο να κατανοήσετε γενικά τι είναι ήχος και πώς εγγράφεται ο ήχος σε έναν υπολογιστή. Έχοντας τέτοιες γνώσεις, γίνεται πολύ πιο εύκολο να κατανοήσουμε τι είναι, για παράδειγμα, η συμπίεση ή πώς συμβαίνει το ψαλίδισμα. Στη μουσική, όπως σχεδόν σε κάθε επιχείρηση, η γνώση των βασικών καθιστά ευκολότερο να προχωρήσεις μπροστά.
Τι είναι ο ήχος;
Ο ήχος είναι οι φυσικές δονήσεις ενός μέσου που ταξιδεύουν με τη μορφή κυμάτων. Μαζεύουμε αυτές τις δονήσεις και τις αντιλαμβανόμαστε ως ήχος. Αν προσπαθήσουμε να απεικονίσουμε γραφικά ένα ηχητικό κύμα, παίρνουμε, παραδόξως, κύμα.
Ημιτονοειδές κύμα
Παραπάνω είναι ένα ημιτονοειδές κύμα, ο τύπος ήχου που μπορεί να ακούσετε από αναλογικούς συνθεσάιζερ ή από σταθερό τηλέφωνο, εάν εξακολουθείτε να χρησιμοποιείτε. Παρεμπιπτόντως, το τηλέφωνο ακούγεται, μιλώντας σε τεχνική, όχι μουσική γλώσσα.
Ο ήχος έχει τρία σημαντικά χαρακτηριστικά, δηλαδή: ένταση, ύψος και χροιά - αυτές είναι υποκειμενικές αισθήσεις, αλλά αντανακλώνται στον φυσικό κόσμο με τη μορφή των φυσικών ιδιοτήτων ενός ηχητικού κύματος.
Εύρος
Αυτό που αντιλαμβανόμαστε ως ηχηρότητα είναι η δύναμη της δόνησης ή το επίπεδο ηχητικής πίεσης, το οποίο μετριέται σε (dB).
Γραφικά παριστάνεται με κύματα διαφορετικού ύψους:
Όσο μεγαλύτερο είναι το πλάτος (ύψος κύματος στο γράφημα), τόσο πιο δυνατός γίνεται αντιληπτός ο ήχος και αντίστροφα, όσο χαμηλότερο είναι το πλάτος, τόσο πιο ήσυχος είναι ο ήχος. Φυσικά, η αντίληψη της έντασης επηρεάζεται και από τη συχνότητα του ήχου, αλλά αυτά είναι χαρακτηριστικά της αντίληψής μας.
Παραδείγματα διαφορετικών όγκων, σε ντεσιμπέλ:
| Ήχος | Ένταση (dB) | Αποτέλεσμα |
| Αγροτική περιοχή μακριά από δρόμους | 25 dB | Σχεδόν δεν ακούγεται |
| Ψίθυρος | 30 dB | Πολύ ήσυχος |
| Γραφείο εν ώρα εργασίας | 50-60 dB | Το επίπεδο θορύβου παραμένει άνετο έως και 60 dB |
| Ηλεκτρική σκούπα, πιστολάκι μαλλιών | 70 dB | Ενοχλητικός; δυσκολεύει την ομιλία στο τηλέφωνο |
| Κουζινομηχανή, μπλέντερ | 85-90 dB | Ξεκινώντας από την ένταση των 85 dB με μακροχρόνια (8 ώρες) ακρόαση, αρχίζει η βλάβη της ακοής |
| Φορτηγό, μπετονιέρα, βαγόνι του μετρό | 95-100 dB | Για ήχους μεταξύ 90 και 100 dB, συνιστάται η έκθεση σε όχι περισσότερο από 15 λεπτά στο μη προστατευμένο αυτί. |
| Αλυσοπρίονο, γρύλος | 110 dB | Η τακτική έκθεση σε ήχους μεγαλύτερους από 110 dB για περισσότερο από 1 λεπτό ενέχει κίνδυνο μόνιμης απώλειας ακοής |
| Ροκ συναυλία | 110-140 dB | Ο ουδός πόνου ξεκινά περίπου στα 125 dB |
Συχνότητα
Όταν λέμε ότι ένας ήχος είναι «υψηλότερος» ή «χαμηλότερος», καταλαβαίνουμε τι εννοούμε, αλλά γραφικά δεν εμφανίζεται κατά ύψος, αλλά από απόσταση και συχνότητα:
Το ύψος μιας νότας (ήχου) είναι η συχνότητα ενός ηχητικού κύματος.
Όσο μικρότερη είναι η απόσταση μεταξύ των ηχητικών κυμάτων, τόσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα του ήχου ή, απλά, τόσο υψηλότερος είναι ο ήχος.
Νομίζω ότι όλοι γνωρίζουν ότι το ανθρώπινο αυτί είναι ικανό να αντιλαμβάνεται ήχους με συχνότητα περίπου 20 Hz έως 20 kHz (σε εξαιρετικές περιπτώσεις - από 16 Hz έως 22 kHz), και οι μουσικοί ήχοι είναι στην περιοχή από 16.352 Hz ("πριν" υπεργολαβία) στα 7.902 kHz («Β» της πέμπτης οκτάβας).
Τέμπο
Και το τελευταίο σημαντικό χαρακτηριστικό για εμάς είναι η χροιά του ήχου. Με λόγια, έτσι είναι ο ήχος "χρωματισμένος" και γραφικά μοιάζει με μια διαφορετική πολυπλοκότητα, την πολυπλοκότητα του ηχητικού κύματος. Εδώ, για παράδειγμα, είναι μια γραφική αναπαράσταση των ηχητικών κυμάτων ενός βιολιού και ενός πιάνου:
Sound timbre - πολυπλοκότητα (πολυπλοκότητα) ενός ηχητικού κύματος
Τα ημιτονοειδή είναι πιο περίπλοκα, έτσι δεν είναι;
Υπάρχουν διάφοροι τρόποι εγγραφής ήχου: σημειογραφία, αναλογική εγγραφή και ψηφιακή εγγραφή.
Μουσική σημειογραφία- πρόκειται απλώς για δεδομένα σχετικά με τη συχνότητα, τη διάρκεια και την ένταση των ήχων που πρέπει να αναπαραχθούν σε ένα όργανο. Στον κόσμο των υπολογιστών υπάρχει ένα αναλογικό - δεδομένα MIDI. Αλλά η εξέταση αυτού του ζητήματος ξεφεύγει από το πεδίο εφαρμογής αυτού του άρθρου, θα το εξετάσουμε λεπτομερώς άλλη φορά.
Αναλογική εγγραφή- ουσιαστικά καταγραφή φυσικών δονήσεων όπως είναι σε οποιοδήποτε μέσο: δίσκο βινυλίου ή μαγνητική ταινία. Οι λάτρεις του θερμού ήχου θα πρέπει αμέσως να αρχίσουν να τρέχουν άφθονα σάλια, αλλά δεν είμαστε από αυτούς τους ανθρώπους και οι αναλογικές συσκευές έχουν ισχυρά σφάλματα και θεμελιώδεις περιορισμούς, αυτό προκαλεί παραμόρφωση και υποβαθμίζει την ποιότητα της εγγραφής και τα φυσικά μέσα φθείρονται με την πάροδο του χρόνου, τα οποία μειώνει περαιτέρω την ποιότητα του φωνογραφήματος, έτσι η αναλογική εγγραφή ανήκει πλέον στο παρελθόν.
Ψηφιακή εγγραφή ήχου- μια τεχνολογία που έδωσε σε οποιονδήποτε την ευκαιρία να δοκιμάσει τον εαυτό του ως ηχολήπτης ή παραγωγός. Πως λειτουργεί, λοιπόν? Εξάλλου, ένας υπολογιστής μπορεί να καταγράφει μόνο αριθμούς, και για την ακρίβεια, μόνο μηδενικά και μονάδες στους οποίους κωδικοποιούνται άλλοι αριθμοί, γράμματα και εικόνες. Πώς να καταγράψετε τόσο πολύπλοκα δεδομένα όπως ο ήχος σε αριθμούς;
Η λύση είναι αρκετά απλή - κόψτε το ηχητικό κύμα σε μικρά κομμάτια, δηλαδή μετατρέψτε μια συνεχή συνάρτηση (ηχητικό κύμα) σε διακριτή. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται δειγματοληψία, όχι από τη λέξη «cretin», αλλά από τη λέξη «discreteness» (λατ. discretus - διαιρεμένος, διακεκομμένος). Κάθε τόσο μικρό κομμάτι ενός ηχητικού κύματος είναι ήδη πολύ εύκολο να περιγραφεί με αριθμούς (το επίπεδο σήματος σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή), κάτι που συμβαίνει κατά την ψηφιακή εγγραφή. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται μετατροπή αναλογικού σε ψηφιακό(μετατροπή αναλογικού σε ψηφιακό) και η συσκευή μετατροπής (τσιπ), αντίστοιχα, είναι μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό (μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό) ή ADC (ADC).
Ακολουθεί ένα παράδειγμα ενός κλιπ ήχου σχεδόν πέντε χιλιοστών του δευτερολέπτου από ένα κύμβαλο:
Βλέπετε πώς είναι όλα φτιαγμένα από γαρίφαλο; Αυτά είναι διακριτά μικρά κομμάτια στα οποία κόβεται το ηχητικό κύμα, αλλά εάν είναι επιθυμητό, μπορεί να τραβηχτεί μια συνεχής καμπύλη γραμμή μέσα από αυτά τα δόντια-στήλες, που θα είναι το αρχικό ηχητικό κύμα. Κατά την αναπαραγωγή, αυτό συμβαίνει σε μια συσκευή (επίσης ένα μικροκύκλωμα) που ονομάζεται μετατροπέας ψηφιακού σε αναλογικό ή DAC. Το ADC και το DAC είναι τα κύρια μέρη μιας διεπαφής ήχου και η ποιότητα και οι δυνατότητές της εξαρτώνται από την ποιότητά τους.
Συχνότητα δειγματοληψίας και βάθος bit
Μάλλον έχω ήδη κουράσει ακόμα και τους πιο επίμονους αναγνώστες, αλλά μην απελπίζεστε, αυτό είναι το μέρος του άρθρου για το οποίο ξεκίνησε.
Η διαδικασία μετατροπής ενός αναλογικού σήματος σε ψηφιακό σήμα (και αντίστροφα) έχει δύο σημαντικές ιδιότητες - τη συχνότητα δειγματοληψίας (επίσης γνωστή ως συχνότητα δειγματοληψίας ή ρυθμός δειγματοληψίας) και το βάθος δειγματοληψίας (βάθος bit).
Συχνότητα δειγματοληψίας- αυτή είναι η συχνότητα με την οποία το ηχητικό σήμα κόβεται σε κομμάτια (δείγματα). Μην επαναλάβετε το λάθος μου: η συχνότητα δειγματοληψίας σχετίζεται με τη συχνότητα ήχου μόνομέσω του θεωρήματος του Kotelnikov, που λέει: για να αποκατασταθεί μοναδικά το αρχικό σήμα, η συχνότητα δειγματοληψίας πρέπει να είναι μεγαλύτερη από τη διπλάσια της υψηλότερης συχνότητας στο φάσμα του σήματος. Έτσι, η συχνότητα δειγματοληψίας των 44,1 kHz χρησιμοποιείται κατά την εγγραφή CD και εξωφύλλων μουσικής
Εύρος συχνοτήτων ανθρώπινης ακουστικής.
Λίγο βάθοςείναι το βάθος δειγματοληψίας που μετράται σε bit, δηλαδή είναι ο αριθμός των bit που χρησιμοποιούνται για την καταγραφή του πλάτους του σήματος. Κατά την εγγραφή ενός CD, χρησιμοποιούνται 16 bit, που είναι αρκετά για 96 dB, δηλαδή μπορούμε να ηχογραφήσουμε ήχο στον οποίο η διαφορά μεταξύ των πιο αθόρυβων και δυνατών τμημάτων είναι 96 dB, που είναι σχεδόν πάντα αρκετό για την εγγραφή οποιασδήποτε μουσικής. Στα στούντιο, κατά την εγγραφή, χρησιμοποιούν συνήθως βάθος 24 bit, το οποίο δίνει δυναμικό εύρος 144 dB, αλλά επειδή το 99% των συσκευών που αναπαράγουν ήχο (κασετόφωνο, συσκευές αναπαραγωγής, κάρτες ήχου που συνοδεύουν υπολογιστή) μπορούν μόνο να επεξεργαστούν Ο ήχος 16 bit, κατά την απόδοση θα πρέπει να χάσει 48 dB (144 μείον 96) δυναμικού εύρους χρησιμοποιώντας ανάλυση 16 bit.
Τέλος, ας υπολογίσουμε το bitrate της μουσικής σε ένα CD ήχου:
16 bit x 44.100 δείγματα ανά δευτερόλεπτο x 2 κανάλια = 1.411.200 bps = 1.411,2 kbps.
Έτσι, ένα δευτερόλεπτο εγγραφής σε CD ήχου χρειάζεται 172 kilobyte ή 0,168 megabyte.
Αυτό ήταν το μόνο που ήθελα να σας πω σχετικά με την εγγραφή ήχου σε υπολογιστή.
Λοιπόν, ή σχεδόν τα πάντα.
Η τελευταία ενότητα είναι για σκληροπυρηνικούς αναγνώστες.
Τρεμούλα
Κατά την απόδοση έργων σε προγράμματα επεξεργασίας ήχου, όταν επιλέγετε τη μορφή 44 100 kHz 16 bit, εμφανίζεται μερικές φορές το πλαίσιο ελέγχου Dither. Τι είναι;
Αυτή είναι η μίξη ενός ψευδοτυχαίου σήματος. Είναι απίθανο αυτή η σύνθεση να σας κάνει να νιώσετε καλύτερα, αλλά θα σας εξηγήσω τώρα.
Κατά τη μετατροπή αναλογικού σε ψηφιακό, το πλάτος στρογγυλοποιείται. Δηλαδή, με βάθος δειγματοληψίας 16 bit, έχουμε 2 16 = 65.536 πιθανές επιλογές επιπέδου πλάτους. Αλλά αν το πλάτος του ήχου σε ένα από τα δείγματα αποδείχθηκε ίσο με 34 ολόκληρα και 478 χιλιοστά, τότε θα πρέπει να το στρογγυλοποιήσουμε στο 34.
Για επίπεδα χαμηλού πλάτους του σήματος εισόδου, μια τέτοια στρογγυλοποίηση έχει αρνητικές συνέπειες με τη μορφή παραμόρφωσης, την οποία καταπολεμά τρεμούλα.
Αυτό είναι σίγουρο πλέον. Ευχαριστούμε που το διαβάσατε!
Μην ξεχάσετε να γράψετε ένα σχόλιο και να κάνετε κλικ στα όμορφα κουμπιά των μέσων κοινωνικής δικτύωσης στο κάτω μέρος του άρθρου.
