Metode analogice și digitale de înregistrare a sunetului. Înregistrarea digitală a informațiilor
Înregistrare sunet- procesul de înregistrare a semnalelor sonore. Rezultatul înregistrării sunetului este o fonogramă.
Echipament necesar: un dispozitiv pentru conversia vibrațiilor acustice într-un semnal electric (microfon) sau un generator de tonuri (de exemplu, sintetizator de sunet, prelevator), un dispozitiv pentru conversia vibrațiilor electrice într-o secvență de numere (în înregistrarea digitală), un dispozitiv de stocare (registrofon , hard disk al computerului sau alt dispozitiv pentru salvarea informațiilor primite pe un mediu). Înregistrarea sunetului poate fi mono-, stereo- și cuadrafonic.
Cea mai veche înregistrare de sunet cunoscută a fost realizată la 9 aprilie 1860 de către inventatorul parizian Edouard-Léon Scott de Martinville folosind un dispozitiv numit fonautograf.
În funcție de stocare, există două tipuri principale de înregistrare a sunetului: analogicȘi digital.
Înregistrare audio analogică[ | ]
Înregistrare magnetică a sunetului[ | ]
Înregistrarea se face folosind un cap de înregistrare magnetic care creează un câmp magnetic alternativ pe o secțiune de suport în mișcare (adesea bandă magnetică) care are proprietăți magnetice. O urmă de magnetizare reziduală rămâne pe stratul feromagnetic al purtătorului. Urma este pista fonogramei. În timpul redării, capul magnetic transformă fluxul magnetic rezidual al mediului de înregistrare în mișcare într-un semnal audio electric.
Înregistrare audio digitală[ | ]
Înregistrarea digitală se referă la digitizarea și stocarea sunetului sub forma unui set de biți (secvență de biți) care descrie redarea de către un anumit dispozitiv.
Înregistrare audio digitală magnetică[ | ]
Semnalele digitale sunt înregistrate pe bandă magnetică. Există două tipuri de înregistrări:
Înregistrare magneto-optică[ | ]
Înregistrarea pe un disc magneto-optic se realizează folosind următoarea tehnologie: radiația laser încălzește o secțiune a pistei deasupra temperaturii punctului Curie, după care pulsul electromagnetic modifică magnetizarea, creând amprente echivalente cu gropi pe discurile optice. Citirea este efectuată de același laser, dar la o putere mai mică, insuficientă pentru a încălzi discul: un fascicul laser polarizat trece prin materialul discului, este reflectat de substrat, trece prin sistemul optic și lovește senzorul. În acest caz, în funcție de magnetizare, planul de polarizare al fasciculului laser se modifică (efectul Kerr), care este determinat de senzor.
Înregistrare cu laser [ | ]
La înregistrare, datele sunt scrise pe disc folosind un fascicul laser de mare putere pentru a „arde” fizic colorantul organic al stratului de înregistrare. Când vopseaua este încălzită peste o anumită temperatură, se descompune și se întunecă, schimbând reflectivitatea zonei „arse”. Astfel, la înregistrare, prin controlul puterii laserului, pe stratul de înregistrare se obțin pete alternative întunecate și luminoase, care sunt interpretate ca gropi la citire. Când citiți, laserul are o putere semnificativ mai mică decât atunci când scrieți și nu distruge colorantul stratului de înregistrare. Fasciculul reflectat de stratul reflectorizant lovește fotodioda, iar dacă fasciculul lovește o zonă întunecată - „arsă” -, atunci fasciculul aproape nu trece prin aceasta către stratul reflectorizant și fotodioda înregistrează slăbirea fluxului de lumină. Secțiunile alternante de lumină și întuneric ale pistei generează o modificare a fluxului luminos al fasciculului reflectat și sunt traduse într-o modificare a semnalului electric, care este apoi convertit în biți de informații de către sistemul de acționare electrică - „decodificat”.
Înregistrare audio digitală optică[ | ]
Coloana sonoră a filmului este tipărită direct pe film de 35 mm folosind metoda optică în formă codificată digital. În timpul redării, semnalul digital este citit de un atașament special de pe proiectorul de film și apoi decodat de procesor într-o coloană sonoră multicanal.
Formate audio digitale[ | ]
Datele de sunet sunt înregistrate într-un fișier cu un anumit format, care este salvat pe medii audio electronice.
Scopul acestui articol nu este de a incita un război sfânt între fanii audio analog și digital. Scopul este de a arăta fundamentalul
diferențe dintre cele două tehnologii. Autorul articolului (adică eu) ia partea tehnologiei digitale ca fiind cea mai avansată și dorește
explicați tuturor punctul meu de vedere nu numai din punct de vedere subiectiv, ci și din punct de vedere științific. Cunoașterea principiului înregistrării audio digitale, împreună cu înțelegerea părții științifice a acestei probleme,
exclude în mod clar orice îndoială cu privire la superioritatea tehnologiilor digitale față de cele analogice.
Înregistrare analogică a sunetului.
În esență, sunetul (vibrațiile particulelor de aer) este de natură analogică. Sunetul călătorește prin aer și poate fi distorsionat în funcție de
din diverse condiții - distanța față de sursa sonoră, reflexia de la obiectele din jur, viteza de mișcare față de sursă etc.
Gama de vibrații sonore percepute de urechea umană este considerată a fi de la 20 Hz la 20 kHz. De fapt, 20 kHz este o cifră destul de mare
optimisti, putini oameni se pot lauda ca aud de fapt o asemenea frecventa. Majoritatea adulților pe care i-am întâlnit nu au auzit frecvențe peste 15-16
kHz, deci cu un grad ridicat de încredere aș numi pragul mediu de auz o frecvență de 15 kHz. Cu toate acestea, în ceea ce privește tonul, urechile noastre
sunt percepute frecvențe de până la doar 5 kHz - tot ce este mai mare este armonici suplimentare, tonuri, consonanțe etc. Cu toate acestea, corect
reproducerea componentelor înalte (frecvența de tăiere a reproducerii) este în principal o măsură a calității înregistrării sunetului, de obicei indicată în
caracteristicile tehnice ale oricărui dispozitiv serios de înregistrare a sunetului.
În lumea înregistrărilor audio analogice, vibrațiile aerului sunt mai întâi convertite în vibrații electrice prin intermediul unui microfon. Apoi, electric
vibrația este alimentată către un cap magnetic de înregistrare (în cazul benzii magnetice) sau un tăietor mecanic (în cazul vinilului). În primul caz,
informațiile sunt înregistrate pe o bandă magnetizată, în a doua - în canelura înregistrării. Pentru a reda sunetul, trebuie doar să întindeți banda magnetică de-a lungul capului magnetic cu aceeași
viteza la care a fost realizată înregistrarea - capul transformă câmpul magnetic alternativ înapoi în vibrații electrice, care sunt amplificate și
sunt alimentate la sistemul de reproducere a sunetului (difuzor). Sistemul de reproducere a sunetului face ca aerul să vibreze și auzim sunetul. In caz de
placa, este suficient să conduceți acul de-a lungul canelurii, care transformă vibrațiile mecanice în cele electrice și apoi din nou amplificatorul cu difuzoare.
Pur din punct de vedere al bunului simț, din toate cele de mai sus rezultă că vinilul este cea mai proastă opțiune pentru înregistrarea sunetului în principiu, deoarece
există mecanici aspre în procesul de înregistrare/redare (indiferent cum
în mod paradoxal, din anumite motive, este obișnuit ca conservatorii să apere vinilul și nu benzile magnetice, deși acestea din urmă în apogeul dezvoltării lor aveau mult mai multe
caracteristici de înaltă calitate). Printre altele, aproape toate vinilurile mai mult sau mai puțin normale au fost scrise din benzi magnetice. El doar
nu era de unde să înregistrezi - masterizarea și mixarea s-au făcut pe bandă, deoarece acest lucru este practic imposibil pe o înregistrare. Adică sunetul din vinil este
sunet de pe bandă magnetică, completat doar de propriile deficiențe ale vinilului - trosnet, șuierat și alți „audiofili”
dizgrații cauzate de îndepărtarea mecanică a sunetului din canelura unui disc - „un plug într-o brazdă”.
De fapt, înregistrarea audio analogică este imperfectă în aproape fiecare etapă. De exemplu, când înregistrați pe bandă magnetică, mult depinde de calitatea benzii magnetice.
cap, cel mai important lucru este calibrarea lui în raport cu bandă (o durere de cap eternă). Adăugați aici detonația (incoerența vitezei benzii
din cauza inexactităților mecanismului de transport al benzii), auto-întinderea benzii, modificări ale caracteristicilor benzii de-a lungul lungimii sale, gropi aleatorii/extrane
particule de pe el. Vinil? Detonație, resturi care pătrund în canelura, deformarea discului, deteriorarea calității sunetului după fiecare
redare din cauza „ruperii” canelurii. Dar principalul dezavantaj al înregistrării analogice este incapacitatea de a
crearea unei copii exacte - orice copie din original va fi de o calitate mai proasta. În plus, orice suport analogic, chiar dacă nu este utilizat, este susceptibil la
îmbătrânirea și deteriorarea treptată a calității sunetului reprodus din acesta.
Înregistrare digitală a sunetului.
Înregistrarea audio digitală a fost posibilă datorită progreselor tehnologice enorme care au avut loc în ultimele decenii. În esență, în
Înregistrarea audio digitală se bazează pe o teorie destul de veche – pur și simplu a devenit posibil să se transforme teoria în practică. Pentru a explica principiul digitalului
note, va trebui să mai dezvălui puțin, deoarece este imposibil să o spun pe scurt.
Însuși numele „înregistrare digitală” sugerează prezența numerelor. Care sunt aceste numere? Am spus deja mai sus că sunetul în sine este de natură analogică. La
înregistrați sunetul în formă digitală, trebuie doar să înregistrați valorile vibrației sunetului, schimbându-se în timp, în numere cu cel mai mare posibil
precizie. În continuare, pentru a ilustra principiul înregistrării digitale a sunetului, voi folosi propria mea dezvoltare - programul
modelarea sistemelor digitale de procesare a semnalului sDCAD.
În figură, semnalul analog, continuu este afișat în verde, iar mostrele (probele) înregistrate ale acestuia sunt afișate cu galben. Eșantion - valoarea semnalului la un moment dat,
scris cu cifre. Deoarece semnalul analogic se modifică continuu în timp, imediat apare o problemă: reproducerea cu acuratețe a semnalului
este necesar un număr infinit de mostre - „una după alta”. Cu toate acestea, aici intră în vigoare teorema lui Kotelnikov (aici va trebui să aveți încredere în mine
cuvânt) - semnal cu frecventa maxima cunoscuta poate fi reconstruit cu precizie din mostre digitale prelevate la o frecvență
de două ori frecvența maximă a acestui semnal. În discurile compacte (CD), frecvența de eșantionare este setată „cu o marjă” - 44,1 kHz, astfel, cu
Un CD poate restabili cu acuratețe semnalele cu frecvențe de până la 22,05 kHz, ceea ce depășește cu mult capacitățile celei mai sensibile urechi.
Procesul de restabilire a valorilor semnalului „intermediar” între probele prelevate se numește interpolare. Interpolarea se face la redarea sunetului,
înregistrate în format digital. Cu cât interpolarea este mai bună, cu atât
recuperare mai bună a semnalului. Să trecem la o demonstrație vizuală a reconstrucției semnalului din mostre.
Figura prezintă semnalul inițial și eșantioanele capturate ale acestuia. Figura următoare arată ce se întâmplă dacă „restaurați” semnalul
fără interpolare, „conectând” aproximativ cele mai apropiate mostre între ele cu linii drepte.
După cum puteți vedea, rezultatul este puțin similar cu originalul, dar încă foarte departe de el. Desigur, sunetul „restaurat” în acest fel va fi diferit.
din original și după ureche. Ce se întâmplă dacă interpolezi mostrele și „restaurează” semnalul de la
coeficientul de interpolare 2 (adică, adăugați o probă reconstruită „artificială” între eșantioanele pe care le avem deja)?
Acum, unul „restaurat” a fost adăugat între mostrele pe care le avem. Observați cât de similar este semnalul cu originalul! Desigur, înainte
idealul este încă departe - dar acesta este doar un factor de interpolare de 2! Permiteți-mi să vă atrag atenția: nu există magie - semnalul este interpolat strict conform
teorie, calcule matematice, fără nicio captură. De asemenea, rețineți un fapt interesant: eșantioanele reconstruite nu sunt deloc medii
valori între două mostre originale adiacente.
Să dublăm coeficientul de interpolare (4). Calitatea restabilirii semnalului crește într-un ritm fără precedent.
Dacă dublăm coeficientul (8), semnalul reconstruit nu arată practic cu nimic diferit de cel original. Cred că voi continua să interpolez
mai departe nu are sens - ai înțeles deja totul.
Acum ajung la o altă problemă a înregistrării digitale. De fapt, nu este suficient să eșantionați pur și simplu semnalul la frecvența dorită. De asemenea, trebuie să le notăm
valoarea este cât se poate de precisă. Precizia înregistrării se numește adâncime de biți. Cu cât este mai mare adâncimea de biți, cu atât mai precis puteți înregistra mostre de semnal. Mai clar
Toate acestea sunt demonstrate de următoarele două cifre.
Figura arată același semnal ca în cele precedente - doar digitizat cu o capacitate de 2 biți. Deşi interpolare
a fost produs cu un factor de 16, semnalul reconstruit nu este deloc asemănător cu originalul. Nu poate fi ca el - 2 biți lățime
este foarte scăzută și nepotrivită pentru înregistrarea vibrațiilor sonore.
Același semnal, digitizat pe 16 biți (aceasta este exact calitatea unui CD) și restaurat cu un factor de interpolare de 16. Aproape imposibil de distins de
original. Diferențele nu vor fi observate după ureche. În practica studioului, adâncimi mai mari de biți și rate de eșantionare sunt mai des folosite -
de exemplu, 24bit/48kHz, 24bit/96kHz etc. Acest lucru se datorează faptului că în studiouri sunetul este supus unei procesări minuțioase și este mai bine să îl aveți în
cea mai înaltă calitate digitală disponibilă. În rezultatul final – de exemplu, pe un CD – calitatea de 16 biți/44,1 kHz este mai mult decât suficientă pentru o redare excelentă.
Să adăugăm aici faptul că înregistrările digitale nu îmbătrânesc și nu se pot deteriora în principiu. Aceasta este o distribuție de sunet, care în sine
nu face obiectul unor modificări temporare. De asemenea, din această distribuție puteți face câte copii doriți - și toate vor fi exact
sunt la fel. Și dacă impresia este de suficientă acuratețe, poate fi procesată și de un număr aproape nelimitat de ori.
Permiteți-mi să trag o linie: toate cercetările anterioare, îndemnurile și desenele se rezumă la un singur gând - înregistrarea digitală a sunetului este ideală în teorie. Cu ea
Cu aceasta puteți înregistra orice sunet pe care urechea umană îl poate auzi. Și apoi puteți reproduce acest sunet cât mai precis posibil - cu așa ceva
acuratețe, la care media analogică nici nu putea visa din cauza imperfecțiunilor evidente ale acestuia din urmă.
Unde-i captura?
Teoria înregistrării digitale - așa cum probabil ați văzut deja - este lipsită de defecte. Ce se întâmplă în practică?
În primul rând, sunetul trebuie digitizat corect - și aceasta nu este o sarcină complet trivială, deși depinde în principal de un singur detaliu - ADC
(convertor analog-digital). Să presupunem că am luat un microfon super de înaltă calitate, a asigurat trecerea normală a semnalului electric prin toate
circuite analogice (fire, mixer etc.). Un ADC de calitate scăzută la intrarea unui dispozitiv de înregistrare digitală vă va distruge imediat toate eforturile. El
poate înregistra citiri cu o acuratețe insuficientă. Poate eșantiona la o frecvență neuniformă. În general - dacă ADC-ul de pe înregistrare a fost rău -
sunetul înregistrat se dovedește a fi departe de original și nu vom putea face nimic cu el (deși mostrele vor fi în continuare digitale - nu există nicio modalitate de a le corecta
în nici un caz).
În al doilea rând, sunetul digital trebuie reprodus corect. Situația este exact inversă: avem un sistem acustic excelent, un minunat
amplificator, fire excelente. Dar dacă conectăm toate acestea la ieșirea unui DAC (convertor digital-analogic) de calitate scăzută, vom obține
sunet de proastă calitate. DAC-urile au, de obicei, mai multe moduri de a distruge sunetul: frecvență neuniformă, lipsă de precizie și, eventual, complet
absența unei scheme de interpolare ca atare! Autorul a văzut plăci de sunet „super-buget” pentru computere care au nr
nu a fost efectuată deloc interpolare, iar adâncimea de biți a semnalului de ieșire nu a ajuns nici măcar la 5 biți.
Ce înseamnă toate cele de mai sus? Da, calitatea inregistrarii/redarii digitale depinde doar si numai de echipament – exact la fel ca si in cazul tehnologiilor analogice.
Și dacă studiourile de înregistrare au făcut, evident, tot ce au putut, și-au cumpărat electronice bune și nu au probleme cu sunetul digital - aveți aceste probleme
poate să apară, deoarece playerele de muzică digitală de consum produc adesea un sunet teribil. Un punct este dezvăluit aici: în timp
vinil și bandă magnetică, echipamentul de reproducere a sunetului în sine a fost realizat de o calitate mult mai bună - autorul însuși își amintește acele vremuri. În epoca noastră, vârsta
Prin reducerea costurilor a tot ceea ce este posibil și mutarea producției unde știți, nu vă puteți aștepta la o calitate remarcabilă de la cantitatea copleșitoare de echipamente cu buget mediu. Poate cu
Aceasta este cea mai mare parte a negativității față de muzica digitală, deoarece... oamenii nu aud sunetul pe care l-au auzit cândva. Dar de ce să dai vina
înregistrare digitală? Acest subiect este pentru o altă conversație.
Uneori vezi „recenzii” amuzante în care oamenii compară albume identice ale unor artiști - mai întâi pe vinil, apoi pe CD.
Este amuzant: în primul rând, înregistrarea relansată pe CD va avea, desigur, un sunet diferit, deoarece a fost remasterizată special pentru CD.
Mai mult, desigur, remasterizarea se face clar pentru a îmbunătăți sunetul și nu pentru a-l deteriora. Se pare că studiourile care relansează clasic
ediții de colecție de muzică de succes din ultimele decenii, aceștia nu sunt laici.
În al doilea rând, același vinil nu este capabil să transmită corect o anumită cantitate de frecvențe înalte din cauza inerției evidente a acului - sunetul de la vinil este întotdeauna
caracterizat printr-un bloc în înalte - va fi mai moale și plictisitor, dar cine a spus că tuturor le place un fel de moliciune retro?
Îmi vine și în minte o altă analogie amuzantă. Din anumite motive, nimeni nu apără formatul video VHS, spunând că DVD-ul are cea mai proastă imagine. Ea și
Este clar - totul aici este vizibil cu ochiul liber. În cazul sunetului, când toată lumea se grăbește să-i convingă pe alții de auzul său excepțional, totul
mai complicată iar rampa de lansare pentru diverse tipuri de speculații este mai largă. De aici și numeroasele afirmații delirante care nu au nimic în comun cu bunul simț și știința.
De exemplu, afirmația că „în special în înregistrările digitale, basul se pierde”. De ce exact basul este complet neclar. Este la fel de neclar
de unde vin mereu astfel de opinii profane?
Rezumat.
Din punct de vedere științific, înregistrarea audio digitală are avantaje complete și fără dezavantaje în comparație cu cea analogică. Din punct de vedere al realităților – să auzi cu adevărat
sunet digital de înaltă calitate - trebuie să plătiți o mulțime de bani și, chiar și pentru mulți bani, nu veți obține întotdeauna un rezultat bun. Totuși, în cazul înregistrării analogice, totul este exact la fel.
Și în sfârșit, o mică senzație: sunetul de la benzi magnetice este de fapt... Digital. Acest lucru se datorează faptului că, de fapt
decalajul capului magnetic scade în orice moment dat final numărul de particule magnetice ale benzii. Prin urmare,
valoarea semnalului a fost deja înregistrată nu cu acuratețe totală, ci cu o precizie limitată. În acest caz, capul magnetic însuși acționează ca un „interpolator”, deoarece V
Câmpul său magnetic nu se poate schimba absolut instantaneu. Am citit undeva (nu voi garanta autenticitatea ei) că capacitatea aproximativă a unei benzi magnetice este
- 18 biți. Cu toate acestea, această „adâncime de biți” nu trebuie confundată cu digitalul - la urma urmei, aceasta este doar o aproximare, care se limitează la o glumă.
Ce zici de vinil?
Și vinilul a fost înregistrat de pe bandă magnetică.
Reprezentarea analogică tradițională a semnalelor se bazează pe asemănarea semnalelor electrice (modificări ale curentului și tensiunii) cu semnalele originale pe care le reprezintă (presiunea sonoră, temperatură, viteza etc.), precum și pe asemănarea formelor semnalelor electrice la diferite puncte din calea de amplificare sau de transmisie. Forma curbei electrice care descrie (care poartă) semnalul inițial este cât mai apropiată de forma curbei acestui semnal.
Această reprezentare este cea mai precisă, totuși, cea mai mică distorsiune a formei semnalului electric purtător va atrage în mod inevitabil aceeași distorsiune a formei și a semnalului celui transmis. În termeni de teoria informației, cantitatea de informații din semnalul purtător este exact egală cu cantitatea de informații din semnalul original, iar reprezentarea electrică nu conține nicio redundanță care ar putea proteja semnalul transportat de distorsiuni în timpul stocării, transmisiei și amplificării.
Orice sunet natural are o natură analogică: pielea unei tobe, coardele unui pian, corzile vocale se mișcă lin în spațiu, provocând unde elastice (zone de compresie/rarefacție a aerului) care se propagă în atmosferă. Sunet se numesc unde mecanice ale căror frecvenţe variază de la 17-20 la 20.000 Hz. Undele mecanice de astfel de frecvențe produc senzația de sunet. Se numesc unde mecanice cu frecvențe sub 17 Hz infrasunete,
și peste 20.000 Hz - ecografii. Undele sonore captate de auricul provoacă vibrația timpanului (Fig. 7.1) și apoi prin sistemul de oscicule auditive, fluidele și alte formațiuni sunt transmise celulelor receptoare perceptive, provocând senzații de sunet în creierul uman. În acest caz, intensitatea sunetului este determinată de forța cu care undele sonore acționează asupra urechii umane (amplitudinea undei sonore), iar înălțimea este determinată de frecvența vibrațiilor. Puterea senzației undelor sonore de către organele auzului este subiectivă, depinde de sensibilitatea organului auditiv, dar este direct legată de intensitatea undelor. La o anumită intensitate minimă, urechea umană nu percepe sunetul. Această intensitate minimă se numește pragul de auz. Pragul de auz are valori diferite pentru sunet de diferite frecvențe. La intensități mari, urechea experimentează o senzație dureroasă. Cea mai scăzută intensitate în timpul percepției durerii a sunetului se numește pragul durerii.
Nivelul de intensitate a sunetului este măsurat în decibeli (dB). Numărul de decibeli este egal cu logaritmul zecimal al raportului de intensitate înmulțit cu 10, adică. 10lg(I/I 0).
Microfoanele sunt folosite pentru a converti vibrațiile sonore în vibrații electrice în telefoane, dispozitive de înregistrare a sunetului, sisteme de radiodifuziune și alte zone. În acest caz, la ieșirea microfoanelor se formează o tensiune analogică în schimbare continuă (un analog al presiunii și frecvenței oscilațiilor undelor sonore).
Totuși, computerul funcționează cu zerouri și unu. Procesul de digitizare audio constă în înregistrarea instantanee a valorilor tensiunii în diferite momente de timp și „lipirea” ulterioară a valorilor obținute. Când vizionați un film, ochii și creierul leagă un lanț de imagini statice în mișcare continuă. În cazul audio digital, „cadrele” sunt îmbinate în dispozitivul de redare: tensiunea în continuă schimbare este recreată mai mult sau mai puțin precis și aplicată difuzorului. Dacă este făcută corect, difuzorul reproduce mișcarea originală a unei coarde de pian sau a pielii de tobe. Analogia cu un film este corectă în principiu, totuși, „cadrele” audio (eșantioane) sunt înregistrate de sute și mii de ori mai des decât cadrele de film.
Poate că „cadrele” audio pot fi mai clar comparate cu punctele care alcătuiesc o fotografie de ziar. Cu cât punctele sunt situate mai dense (cu cât liniatura este mai mare), cu atât imaginea este mai detaliată. O linie înaltă necesită hârtie de calitate superioară și imprimare mai precisă, iar o rată mare de eșantionare are ca rezultat o încărcare mare a computerului: mai multe valori sunt procesate în aceeași perioadă de timp și este nevoie de mai multă memorie și lățime de bandă pentru stocare. și transferă date. În ambele cazuri, trebuie făcut un compromis între practic și fidelitate.
La cale analogicăînregistrările stochează valori care se modifică continuu în amplitudine și timp, adică modificări ale parametrilor pot apărea cu orice valoare infinitezimală. Pentru semnalele care variază în timp, frecvența de măsurare joacă un rol important. Să luăm în considerare această afirmație folosind exemplul înregistrării audio digitale. Audio digitizat este o parte esențială a multimedia. Prin urmare, pare rațional să înțelegem fundamental digitizarea informațiilor audio.
Ca și în cazul digitizării unei imagini, înregistrarea digitală a sunetului necesită un analog tehnic al unui organ senzorial. Numai că aici nu este un „ochi electronic”, ci o „ureche electronică”, care este de obicei folosită ca microfon. Microfonul conține o membrană în care vibrațiile sunt excitate sub influența unei unde sonore, iar cu ajutorul unei bobine pe un miez magnetic, informațiile sonore sunt convertite în valori numerice. Astfel, trebuie să avem de-a face cu un semnal care variază în timp, și anume o tensiune electrică a cărei magnitudine se modifică în timp.
La digitalînregistrările salvează valori măsurate la anumite intervale succesive de timp și luând valori fixe.
Vibrațiile sonore sunt convertite într-un semnal digital într-un adaptor audio, înregistrate pe un mediu de stocare, de exemplu, pe un CD magneto-optic, apoi, dacă este necesar, convertite înapoi într-un semnal analog printr-un adaptor audio și reproduse printr-un difuzor. . În Fig. 7.2, creșterea și scăderea presiunii sonore sunt prezentate sub forma unei curbe.
De obicei, există deja o eroare în reprezentarea analogică care apare din cauza transformărilor imperfecte. Deoarece distorsiunile și interferențele apar în timpul procesării, transmisiei și înregistrării, semnalul reprodus nu se potrivește exact cu originalul. Semnalul se deteriorează cu fiecare procesare ulterioară. Cu cât acest proces se repetă mai des, cu atât rezultatele vor fi din ce în ce mai rele. De regulă, pierderea calității se simte clar după primul tratament. Pierderea calității cu fiecare copie nouă poate merge atât de departe încât nu se poate distinge nimic pe exemplarul X. Pentru a reduce aceste erori în timpul procesării, este necesar să folosiți echipamente costisitoare și complexe.
Să revenim la exemplul undelor sonore. Pentru a descrie mai precis caracteristicile sunetului (de exemplu, înălțimea acestuia), sunt necesare anumite concepte fizice. Inițial, sunetul există ca semnal analogic (perceput de un microfon) și sub forma unei creșteri și scăderi alternante a presiunii sonore pe membrana microfonului, ceea ce determină un proces oscilator în ea.
Prima armonică a oscilațiilor membranei poate fi reprezentată ca o sinusoidă. Abaterea maximă de la poziția de repaus (atât în sus, cât și în jos) se numește amplitudine.
Se numește numărul de vibrații într-o secundă frecvențăși se măsoară în Herți (Hz). O oscilație are loc într-o perioadă de timp numită perioadă de oscilație, timp în care procesul, pornind de la poziția de repaus, va vizita punctele maxime superioare și inferioare și va reveni din nou la poziția de repaus (Fig. 7.3).
Dacă vă imaginați unde sonore sub formă de oscilații pe un osciloscop, veți observa că un volum mai mare de sunet corespunde unei amplitudini mai mari a oscilațiilor. În același mod, frecvența vibrațiilor depinde dacă sunetul este scăzut sau ridicat (Fig. 7.4).
Dacă ne uităm la răspunsul microfonului la vorbire sau muzică pe un osciloscop, vom vedea nu o undă sinusoidală obișnuită, ci o curbă mai complexă care apare ca urmare a suprapunerii și interacțiunii diferitelor oscilații; această suprapunere se mai numește și interferență.
Prezentarea digitală arată complet diferit. Cu reprezentarea digitală, modificarea valorii are loc discret și este, parcă, înghețată la anumite momente în timp pentru măsurarea valorilor. Astfel, aceste valori descriu procesul, definindu-și starea în anumite momente de timp printr-o succesiune de numere discrete. Semnalul analogic este convertit în digital (eșantionat) folosind convertor analog-digital (ADC).În acesta, semnalul analogic, după măsurarea la intrare, este cuantificat și codificat. Cu cât intervalele de timp dintre măsurătorile individuale sunt mai scurte, cu atât procesul este descris și apoi reprodus mai precis. Se numește frecvența la care este prelevat un semnal analogic frecvența de eșantionare. Avantajul acestei metode de reprezentare este evident: deoarece valoarea măsurată există sub forma unui număr, copierea are loc fără pierderea calității, deoarece doar numărul este rescris. Nu există nicio pierdere de calitate pentru copia X, dacă, desigur, copierea are loc fără erori.
Acum să aflăm cât de des pe unitatea de timp este necesară măsurarea tensiunii care vine de la microfon pentru a obține cea mai bună calitate a digitizării. Cea mai importantă condiție de limită aici este sensibilitatea urechii umane la undele sonore de diferite lungimi
La o vârstă fragedă, pragul de sensibilitate este la o frecvență de aproximativ 20.000 de herți, iar în timp scade semnificativ, iar o persoană nu este capabilă să perceapă undele sonore cu frecvențe de peste 20.000 de herți. Acest lucru ar duce doar la o creștere inutilă a volumului de date. Din criteriul Nyquist rezultă că pentru digitizarea fără distorsiuni, măsurătorile ar trebui făcute în pași de jumătate din dimensiunea celui mai fin detaliu al informațiilor. În înregistrarea sunetului, cel mai fin detaliu este o oscilație cu o frecvență de 20.000 de herți, așa că măsurătorile de tensiune trebuie făcute de cel puțin 40.000 de ori pe secundă. De fapt, ele iau o valoare ceva mai mare și fac măsurători cu o frecvență de 44100 herți.
Această valoare nerotundă se datorează faptului că primele înregistrări digitale au fost realizate cu ajutorul unui video recorder. Un astfel de magnetofon, care funcționează conform standardului de televiziune color PAL, înregistrează 50 de imagini (câmpuri) pe secundă, iar în fiecare câmp sunt înregistrate 294 de linii de televiziune, iar această valoare este standardizată. În schimb, numărul de mostre audio pe linie poate varia și poate fi orice număr întreg până la o anumită limită superioară. Cu trei mostre pe linie pe secundă, rezultatul este de 50 x 294 x 3 mostre, adică exact 44100. Interesant, un VCR care funcționează conform standardului american NTSC este de asemenea potrivit pentru o astfel de înregistrare a sunetului, deoarece înregistrează 60 de câmpuri pe secundă de 245 de linii (60 x 245 x 3 dă și 44100).
Cu toate acestea, un semnal sonor primit, de exemplu, de la un instrument muzical, poate conține tonuri cu o frecvență de 22.000 de herți. Acest lucru provoacă anumite dificultăți. La fel ca atunci când scanați imagini la o rezoluție prea mică, rezoluția insuficientă a digitizării în cazul înregistrărilor audio poate duce la distorsiuni. Datorită numărului redus de mostre, în semnalul digitizat apar noi fluctuații care nu erau prezente în semnalul original. Acest efect se numește zgomot de eșantionare, iar zgomotul în sine se numește aliasing. În primele zile ale ingineriei audio digitale, frecvențele false au creat provocări semnificative pentru ingineri. Între timp, au apărut filtre cu o tăietură foarte ascuțită, care elimină frecvențele din semnalul audio peste valoarea admisă de aproximativ 22.000 de herți, înainte ca semnalul să fie trimis către un convertor analog-digital. În acest sens, se spune că înainte de digitizare semnalul este limitat în banda de frecvență.
Problema preciziei măsurătorilor rămâne încă. Deși frecvențele false apar cu o acuratețe redusă, calitatea înregistrării se deteriorează în mod clar. ADC compară valoarea măsurată cu o scară de valori numerice și atribuie acestei valori o valoare discretă dintre cele disponibile pe scară. Valoarea discretă atribuită reflectă starea procesului la fel de exact ca diviziunile mici de pe scară.
Dacă, de exemplu, există o scară destul de grosieră de la 1 la 16 (16 valori în total), atunci inevitabil apare o abatere relativ mare a valorii cantității eșantionate de la valoarea cuantificată atribuită. Această abatere se numește eroare de cuantizare sau distorsiuni de cuantizare. Dacă scara are 256 de valori, atunci, în consecință, eroarea de cuantizare se reduce de patru ori. Deoarece doar reprezentarea binară a numărului este utilizată pentru înregistrare, aceasta înseamnă că 16 (2 4) grade de comparație necesită patru biți pentru descriere. Prin urmare, 256 (2 8) ar necesita 8 biți. Pentru o eroare acceptabilă mai mică de 0,1 procente, este necesar să existe 1000 de grade de comparație, ceea ce necesită 10 biți.
Înregistrarea stereo digitală a muzicii, cum ar fi cea utilizată pe CD-uri, este efectuată la o rată de eșantionare de 44,1 kiloherți și o precizie de măsurare de 16 biți (2 octeți). Aceasta corespunde unui volum de date de 44100 x 2 x 2 = 176400 octeți pe secundă, ceea ce este destul de mult. În aplicațiile multimedia, acest flux de date este acceptabil numai în anumite condiții. De obicei, calitatea înregistrării în aceste scopuri este redusă, folosind o frecvență de eșantionare de 22 kiloherți și o rezoluție de 8 biți și este limitată la redarea monofonică. Datorită acestui fapt, fluxul de date este redus la 22 KB pe secundă. Cu toate acestea, o reducere suplimentară nu mai este acceptabilă, deoarece ar reduce prea mult calitatea sunetului.
Un CD player de înaltă calitate (Hi-Fi) este pe 16 biți; aceasta face posibilă distingerea între 65.536 de stări diferite atunci când se compară. Adaptorul audio poate avea 8 biți și 256 de stări diferite. Deoarece la înregistrare trebuie să procesați cantități uriașe de date, pentru a nu încărca microprocesorul, se folosește așa-numita metodă DMA (Direct Memory Access). - acces direct la memorie). Datele, ocolind microprocesorul, intră direct în memorie Pentru a elimina conflictul dintre adaptorul audio și microprocesor, computerul are un cip special numit controler de memorie cu acces direct Controlerul controlează accesul la memorie de la microprocesor sau de la alte adaptoare canale (numărul unui astfel de canal este necesar setat la instalarea adaptorului audio).
Conversia unei valori digitale într-un semnal analogic pe care urechea îl poate auzi are loc într-un convertor digital-analogic (DAC - Digital-to-Analog Converter - DAC).
Pentru a rezuma, audio digital este reprezentarea digitală a unui semnal audio analogic. Pentru a forma o reprezentare digitală a unui semnal audio, se utilizează un proces de eșantionare. Acest proces implică măsurarea periodică a amplitudinii (intensitatea) unui semnal audio analogic și conversia valorii rezultate într-o secvență de biți. Pentru a efectua această conversie, se folosește un dispozitiv special, care se numește convertor analog-digital - ADC (Analog-to-Digital Converter - ADC). Ieșirea ADC generează o secvență de octeți, care pot fi scrise fie pe bandă magnetică, fie pe alt dispozitiv digital în formă binară.
Înregistrarea în formă binară vă permite să evitați interferența în timpul înregistrării pe un mediu magnetic, deoarece sunt înregistrate doar două niveluri de semnal - zero logic și unul logic, spre deosebire de metoda de înregistrare analogică, în care sunt înregistrate multe niveluri de semnal diferite.
Astfel de sisteme de înregistrare audio sunt de obicei numite sisteme de înregistrare audio digitală cu Pulse Code Modulation (PCM). Cu toate acestea, în terminologia computerizată, un astfel de proces este de obicei numit înregistrare audio wave (waveaudio sau waveform audio).
Sunetul digital este caracterizat de următorii parametri:
rata de eșantionare(frecvența de eșantionare), care determină de câte ori este digitizat semnalul audio pe unitatea de timp și se măsoară în kiloherți (kiloherți - mii de mostre pe secundă). Această caracteristică arată cât de des este măsurată amplitudinea semnalului sonor de intrare în momentul înregistrării sunetului și, prin urmare, cât de corect reflectă reprezentarea digitală a sunetului rata de modificare a amplitudinii semnalului sonor (Fig. 7.6).
rezoluția sunetului(rezoluție audio), care caracterizează reprezentarea corectă a amplitudinii semnalului analogic original. Sistemele audio digitale vin de obicei în formate de 8 și 16 biți.
Cele mai frecvent utilizate rate de eșantionare sunt 11.025; 22,05 și 44,1 kHz. La o frecvență de 11,025 kHz, vorbirea umană este reprodusă destul de bine. La o frecvență de 22,05 kHz, nu numai vorbirea umană, ci și fragmentele muzicale sună bine. Iar pentru o reprezentare foarte bună a sunetului muzical este necesar să folosiți o frecvență de eșantionare de cel puțin 44,1 kHz.
Rata de eșantionare afectează foarte mult cantitatea de informații necesare pentru stocarea sunetului. De exemplu, redarea sunetului stereo pe 16 biți cu o frecvență de eșantionare de 44,1 kHz necesită stocarea a 176,2 KB de sunet pentru o secundă de sunet și 90 KB de octeți sunt necesari pentru redarea unei secunde din același sunet cu o frecvență de eșantionare de 22,05 kHz , care este de aproape două ori mai puțin.
Sistemele pe 8 biți convertesc amplitudinea semnalului analogic în doar 256 de valori fixe (Fig. 7.8). Această reprezentare a semnalului analogic nu este foarte precisă și, prin urmare, semnalul de ieșire reconstruit din reprezentarea pe 8 biți va fi diferit de semnalul audio original. Această diferență este de obicei vizibilă clar după ureche.
Sistemele pe 16 biți convertesc amplitudinea semnalului analogic în 65536 de valori fixe. În astfel de sisteme, calitatea sunetului digitalizat este mult mai bună și practic nu diferă de sunetul original. În plus, oferă o gamă dinamică largă (diferența, exprimată în decibeli, între cel mai puternic semnal prin care dispozitivul este capabil să-l treacă și cel mai slab, care este încă vizibil pe fundalul zgomotului rezidual). Din această cauză, sistemele audio digitale moderne, cum ar fi CD-urile audio digitale și recorderele audio digitale, utilizează de obicei sisteme pe 16 biți (Figura 7.9).
Fișierele audio, cum ar fi datele grafice, pot fi comprimate. Acest lucru vă permite să reduceți semnificativ cantitatea de informații transmise. Pentru aceasta se folosesc codecuri (Fig. 7.10).
Care este mai bine: înregistrarea analogică sau digitală? Ambele au fanii și adepții lor. Dar să înțelegem în continuare esența acestor două tehnologii și să luăm în considerare diferențele fundamentale dintre ele.
Ce este înregistrarea analogică?
Sunetul ca atare este de natură analogică. Se răspândește în aer și este inevitabil distorsionat în timp ce face acest lucru. Distorsiunea sunetului este influențată de o varietate de condiții: distanța de la sursă, viteza de mișcare în raport cu aceasta, caracteristicile de reflexie de la obiectele din jur etc.
Urechea umană percepe vibrații sonore în intervalul de la 20 Hz la 20.000 Hz. Cu toate acestea, nu toată lumea se poate lăuda cu astfel de capacități auditive remarcabile. Majoritatea adulților aud frecvențe de până la 16.000-18.000 Hz. Merită clarificat faptul că chiar și frecvențele de peste 6.000-8.000 Hz sunt de obicei doar armonici și tonuri suplimentare.
Pe de altă parte, calitatea înregistrării este în mare măsură determinată de reproducerea corectă a armonicilor și a altor elemente de înaltă frecvență.
În timpul înregistrării analogice, o undă sonoră care intră într-un microfon este transformată într-o vibrație electrică, care este apoi alimentată fie către un tăietor mecanic, dacă vorbim de un disc de vinil, fie către un cap magnetic, dacă înregistrarea se face pe bandă magnetică.
Pentru a reproduce sunetul, o bandă magnetizată trebuie trasă de-a lungul capului magnetic, iar viteza acestui proces trebuie să fie egală cu viteza de înregistrare.
În cazul vinilului, pentru a-l reda va trebui să mutați acul de-a lungul canelurii în care sunt înregistrate informațiile. Vibrațiile mecanice vor fi transformate în cele electrice, care vor fi transmise la amplificator, respectiv de la amplificator la difuzoare.
La citirea atentă a materialului de mai sus, imperfecțiunea înregistrării analogice este destul de evidentă.
1. Când înregistrați pe bandă magnetică, ar trebui să vă faceți griji cu privire la calitatea capului magnetic și să țineți cont de calibrarea acestuia în raport cu bandă.
2. Inexactitățile în mecanismul de transport al benzii dau naștere la variabilitatea vitezei sale.
3. Este imposibil să nu menționăm capacitatea benzii de a se întinde, modificările caracteristicilor sale pe întreaga lungime, particule străine aleatorii de pe ea etc.
4. În cazul unui disc de vinil, apar detonații, pătrunderea prafului în caneluri și tot felul de deteriorări mecanice. În plus, șanțul, într-un fel sau altul, se deformează după fiecare joc.
5. Și, în sfârșit, merită să ne amintim că este aproape imposibil să faci o copie a unui disc de vinil sau a unei înregistrări magnetice fără a pierde calitatea. Și toate mediile analogice în cele din urmă îmbătrânesc și își pierd calitatea sunetului, chiar dacă nu sunt folosite prea des.
Ce este înregistrarea digitală?
Pentru a înregistra sunetul în formă digitală, este suficient să înregistrați pur și simplu valorile vibrației sunetului, care se modifică în timp, în numere cu cea mai mare acuratețe posibilă.
Probă
Pentru a înțelege principiile înregistrării digitale, să înțelegem conceptul de eșantionare. Eșantionarea, sau discretizarea, este valoarea unui semnal la un anumit moment în timp în formă digitală.
Datorită modificărilor continue ale semnalului analogic în timp, necesitatea unui număr infinit de mostre devine evidentă. Cu toate acestea, teorema lui Kotelnikov afirmă că un semnal poate fi reconstruit cu precizie din mostre digitale create la o frecvență mai mare de două ori mai mare decât frecvența maximă a acelui semnal.
De exemplu, un CD audio standard are o frecvență de eșantionare de 44,1 kHz și, în consecință, este posibil să restabiliți cu mare precizie un semnal cu frecvențe de până la 22,05 kHz, care depășește deja capacitățile urechii umane.
Interpolare
Restaurarea valorilor semnalului în intervalele dintre probele prelevate se numește interpolare. Acest proces este utilizat la redarea sunetului care a fost înregistrat digital. Calitatea reconstrucției semnalului depinde de calitatea interpolării.
Semnalul restabilit fără interpolare va fi foarte diferit de cel original. Dacă setați chiar și un coeficient de interpolare mic, acest lucru va face semnalul mult mai asemănător cu originalul.
Prin creșterea coeficientului de interpolare, puteți crește semnificativ calitatea reconstrucției semnalului.
Adâncime de biți
Dacă săpați mai adânc, devine clar că eșantionarea semnalului la frecvența dorită este doar jumătate din luptă. De asemenea, este necesar să se înregistreze valoarea cu cea mai mare acuratețe posibilă sau, așa cum se numește, adâncimea de biți.
Cu cât este mai mare adâncimea de biți, care este măsurată în biți, cu atât înregistrarea unui eșantion de semnal va fi mai precisă.
Dacă adâncimea de biți este prea mică, de exemplu, 4 biți, atunci nici un coeficient de interpolare ridicat nu va ajuta, iar semnalul reconstruit va fi de o calitate groaznică.
Dar dacă același semnal este digitizat cu o adâncime de biți de, de exemplu, 16 biți, atunci va fi practic imposibil de distins după ureche de original. Apropo, un CD audio standard are o adâncime de doar 16 biți.
În studiourile de înregistrare, se folosesc de obicei adâncimi de biți mai mari de 24 și 32 de biți, frecvențe de eșantionare de 48, 96 și chiar 192 kHz, ceea ce se explică prin necesitatea de a avea cea mai înaltă calitate digitală disponibilă necesară procesării ulterioare.
Înregistrare digitală
Trebuie remarcat faptul că înregistrarea digitală nu este supusă îmbătrânirii sau altor modificări temporare. Puteți crea câte copii doriți din acesta cu aceeași acuratețe.
După cum se poate observa din cele de mai sus, teoria înregistrării digitale nu implică prezența niciunui defecte în ea. Să vedem ce se întâmplă în practică.
1. În primul rând, pentru a obține o digitizare de înaltă calitate, de înaltă calitate a sunetului analogic este necesară, care depinde în principal de calitatea ADC - convertor analog-digital. Un microfon de înaltă calitate sau cabluri de conectare scumpe nu vor ajuta într-o situație în care calitatea ADC-ului lasă mult de dorit.
Înregistrarea citirilor cu acuratețe insuficientă, crearea de eșantioane cu frecvență neuniformă etc. va duce la un sunet care este departe de originalul în calitate și nu se poate face nimic pentru a corecta acest lucru mai târziu.
2. Și în al doilea rând, sunetul digitizat trebuie, de asemenea, să fie reprodus la o calitate înaltă, ceea ce este posibil numai cu un DAC de înaltă calitate - convertor digital-analogic.
Din cauza ratelor de eșantionare inegale, a preciziei insuficiente sau a lipsei de interpolare, sunetul va fi degradat într-un mod pe care niciun sistem modern de difuzoare nu îl poate compensa.
Astfel, se poate înțelege că calitatea înregistrării și redării digitale este influențată în principal de calitatea convertoarelor.
Convertoarele încorporate în interfețele audio moderne (și deloc cele mai ieftine) nu sunt, în cea mai mare parte, capabile să producă un sunet cu adevărat de înaltă calitate și, din acest motiv, mulți oameni preferă înregistrarea analogică.
Dar, cu toate acestea, rezumând cele de mai sus, este de remarcat faptul că înregistrarea digitală are anumite avantaje și destul de pronunțate în comparație cu cea analogică.
Deși, în practică, pentru a obține un sunet digital cu adevărat de înaltă calitate, trebuie să cheltuiți mulți bani pe convertoare de înaltă calitate.
______________________
La copierea materialului, o referire la site este obligatorie!
Când faceți muzică, poate fi foarte util să înțelegeți în general ce este sunetul și cum este înregistrat sunetul pe un computer. Având astfel de cunoștințe, devine mult mai ușor de înțeles ce este, de exemplu, compresia sau cum are loc tăierea. În muzică, ca în aproape orice afacere, cunoașterea elementelor de bază face mai ușor să avansezi.
Ce este sunetul?
Sunetul este vibrațiile fizice ale unui mediu care călătoresc sub formă de unde. Preluăm aceste vibrații și le percepem ca sunet. Dacă încercăm să descriem grafic o undă sonoră, obținem, în mod surprinzător, val.
Undă sinusoidală
Mai sus este o undă sinusoidală, tipul de sunet pe care l-ați putea auzi de la sintetizatoare analogice sau de la un telefon fix dacă încă îl folosiți. Apropo, telefonul sună, vorbind în limbaj tehnic, nu muzical.
Sunetul are trei caracteristici importante, și anume: volumul, înălțimea și timbrul - acestea sunt senzații subiective, dar se reflectă în lumea fizică sub forma proprietăților fizice ale unei unde sonore.
Amplitudine
Ceea ce percepem ca zgomot este forța vibrației sau nivelul presiunii sonore, care se măsoară în (dB).
Reprezentat grafic prin valuri de diferite înălțimi:
Cu cât este mai mare amplitudinea (înălțimea undei pe grafic), cu atât sunetul este perceput mai puternic și invers, cu cât amplitudinea este mai mică, cu atât sunetul este mai silentios. Desigur, percepția volumului este influențată și de frecvența sunetului, dar acestea sunt caracteristici ale percepției noastre.
Exemple de volume diferite, în decibeli:
| Sunet | Volumul (dB) | Efect |
| Zona rurala departe de drumuri | 25 dB | Aproape inaudibil |
| Şoaptă | 30 dB | Foarte linistita |
| Birou în timpul programului de lucru | 50-60 dB | Nivelul de zgomot rămâne confortabil până la 60 dB |
| Aspirator, uscator de par | 70 dB | Enervant; îngreunează vorbirea la telefon |
| Robot de bucatarie, blender | 85-90 dB | Începând de la un volum de 85 dB cu ascultare pe termen lung (8 ore), auzul începe |
| Camion, betoniera, vagon de metrou | 95-100 dB | Pentru sunete între 90 și 100 dB, se recomandă expunerea la cel mult 15 minute pe urechea neprotejată. |
| Ferăstrău cu lanț, ciocan pneumatic | 110 dB | Expunerea regulată la sunete mai puternice de 110 dB timp de mai mult de 1 minut prezintă un risc de pierdere permanentă a auzului |
| Concert de muzică rock | 110-140 dB | Pragul durerii începe în jurul valorii de 125 dB |
Frecvență
Când spunem că un sunet este „mai mare” sau „mai jos”, înțelegem ce ne referim, dar grafic este afișat nu prin înălțime, ci prin distanță și frecvență:
Înălțimea unei note (sunet) este frecvența unei unde sonore.
Cu cât distanța dintre undele sonore este mai mică, cu atât frecvența sunetului este mai mare sau, pur și simplu, cu atât sunetul este mai mare.
Cred că toată lumea știe că urechea umană este capabilă să perceapă sunete cu o frecvență de aproximativ 20 Hz până la 20 kHz (în cazuri excepționale - de la 16 Hz la 22 kHz), iar sunetele muzicale sunt în intervalul de la 16,352 Hz ("înainte" subcontractiv) la 7,902 kHz („B” din octava a cincea).
Timbru
Iar ultima caracteristică importantă pentru noi este timbrul sunetului. În cuvinte, așa este „colorat” sunetul și, grafic, arată ca o complexitate diferită, complexitatea undei sonore. Iată, de exemplu, o reprezentare grafică a undelor sonore ale unei viori și ale unui pian:
Timbrul sonor - complexitatea (complexitatea) unei unde sonore
Sinusoidele sunt mai complicate, nu-i așa?
Există mai multe moduri de a înregistra sunet: notație, înregistrare analogică și înregistrare digitală.
Notație muzicală- acestea sunt pur și simplu date despre frecvența, durata și volumul sunetelor care trebuie reproduse pe un instrument. În lumea computerelor există un analog - date MIDI. Dar luarea în considerare a acestei probleme depășește scopul acestui articol, o vom examina în detaliu altă dată.
Înregistrare analogică- în esență înregistrarea vibrațiilor fizice așa cum sunt acestea pe orice suport: disc de vinil sau bandă magnetică. Iubitorii de sunet cald cu tub ar trebui să înceapă imediat să saliveze abundent, dar nu suntem unul dintre acești oameni, iar dispozitivele analogice au erori puternice și limitări fundamentale, acest lucru introduce distorsiuni și degradează calitatea înregistrării, iar suportul fizic se uzează în timp, ceea ce reduce și mai mult calitatea fonogramei, astfel încât înregistrarea analogică este acum un lucru din trecut.
Înregistrare audio digitală- o tehnologie care a oferit oricui ocazia de a se încerca ca inginer de sunet sau producător. Deci cum funcționează? La urma urmei, un computer poate înregistra doar numere și, mai exact, doar zerouri și unu, în care sunt codificate alte numere, litere și imagini. Cum să înregistrezi date atât de complexe precum sunetul în numere?
Soluția este destul de simplă - tăiați unda sonoră în bucăți mici, adică convertiți o funcție continuă (undă sonoră) într-una discretă. Acest proces se numește prelevarea de probe, nu din cuvântul „cretin”, ci din cuvântul „discreteness” (lat. discretus - divizat, intermitent). Fiecare astfel de mică bucată de undă sonoră este deja foarte ușor de descris în cifre (nivelul semnalului la un anumit moment în timp), ceea ce se întâmplă în timpul înregistrării digitale. Acest proces se numește conversie analog-digitală(conversie analog-digitală), iar dispozitivul de conversie (cip), respectiv, este un convertor analog-digital (convertor analog-digital) sau un ADC (ADC).
Iată un exemplu de un clip de undă sonoră de aproape cinci milisecunde de la un chimval ride:
Vedeți cum este totul alcătuit din cuișoare? Acestea sunt bucăți mici și discrete în care este tăiată unda sonoră, dar, dacă se dorește, o linie curbă continuă poate fi trasată prin aceste coloane-dinți, care va fi unda sonoră originală. În timpul redării, acest lucru se întâmplă într-un dispozitiv (de asemenea, un microcircuit) numit convertor digital-analogic sau DAC. ADC și DAC sunt părțile principale ale unei interfețe audio, iar calitatea și capacitățile acesteia depind de calitatea lor.
Frecvența de eșantionare și adâncimea de biți
Probabil că i-am obosit deja și pe cei mai insistenți cititori, dar nu disperați, aceasta este partea din articol pentru care a fost început.
Procesul de conversie a unui semnal analogic într-un semnal digital (și invers) are două proprietăți importante - frecvența de eșantionare (cunoscută și ca frecvență de eșantionare sau rata de eșantionare) și adâncimea de eșantionare (adâncimea de biți).
Frecvența de eșantionare- aceasta este frecvența la care semnalul sonor este tăiat în bucăți (eșantioane). Nu repeta greșeala mea: frecvența de eșantionare este legată de frecvența audio numai prin teorema lui Kotelnikov, care spune: pentru a restabili în mod unic semnalul inițial, frecvența de eșantionare trebuie să fie de peste două ori cea mai mare frecvență din spectrul semnalului. Astfel, frecvența de eșantionare de 44,1 kHz utilizată la înregistrarea CD-urilor și a copertelor muzicale
intervalul de frecvență audibil uman.
Adâncime de biți este adâncimea de eșantionare măsurată în biți, adică este numărul de biți folosiți pentru a înregistra amplitudinea semnalului. La înregistrarea unui CD sunt folosiți 16 biți, ceea ce este suficient pentru 96 dB, adică putem înregistra sunet în care diferența dintre cele mai silentioase și cele mai puternice părți este de 96 dB, ceea ce este aproape întotdeauna suficient pentru a înregistra orice muzică. Atunci când înregistrează în studiouri, de obicei folosesc adâncimea de 24 de biți, ceea ce oferă o gamă dinamică de 144 dB, dar din moment ce 99% dintre dispozitivele care reproduc sunet (casetofone, playere, plăci de sunet care vin cu un computer) pot procesa doar 16 -biți, atunci când redare va trebui să piardă în continuare 48 dB (144 minus 96) din intervalul dinamic folosind rezoluția de 16 biți.
În cele din urmă, să calculăm rata de biți a muzicii de pe un CD audio:
16 biți x 44.100 de mostre pe secundă x 2 canale = 1.411.200 bps = 1.411,2 kbps.
Astfel, o secundă de înregistrare pe un CD audio ocupă 172 kilobytes sau 0,168 megabytes.
Atât am vrut să vă spun despre înregistrarea sunetului pe computer.
Ei bine, sau aproape totul.
Ultima secțiune este pentru cititorii hardcore.
Dither
Când redați proiecte în editoarele de sunet, când selectați formatul 44 100 kHz pe 16 biți, apare uneori caseta de selectare Dither. Ce este?
Aceasta este amestecarea unui semnal pseudo-aleatoriu. Este puțin probabil ca această formulare să vă facă să vă simțiți mai bine, dar vă voi explica acum.
În timpul conversiei analog-digital, amplitudinea este rotunjită. Adică, cu o adâncime de eșantionare de 16 biți, avem 2 16 = 65.536 opțiuni posibile de nivel de amplitudine. Dar dacă amplitudinea sunetului dintr-una dintre eșantioane s-a dovedit a fi egală cu 34 întregi și 478 de miimi, atunci va trebui să o rotunjim la 34.
Pentru niveluri de amplitudine mică ale semnalului de intrare, o astfel de rotunjire are consecințe negative sub formă de distorsiune, care este ceea ce luptă dither.
Asta e totul sigur acum. Vă mulțumim pentru citit!
Nu uitați să scrieți un comentariu și să faceți clic pe frumoasele butoane ale rețelelor sociale din partea de jos a articolului.
