Loading AI tools
З Вікіпедії, вільної енциклопедії
Цифровий звукозапис — технологія перетворення аналогового звуку на цифровий з метою збереження його на фізичному носії для можливості подальшого відтворення записаного сигналу.
Цифровий звук — результат перетворення аналогового сигналу звукового діапазону в цифровий формат звуку.
Найпростіший метод перетворення, імпульсно-кодова модуляція (ІКМ), полягає в отриманні послідовності миттєвих значень рівня сигналу, що вимірюється аналого-цифровим перетворювачем (АЦП) через рівні проміжки часу.
Різновидом ІКМ є дельта-модуляція, де на кожному кроці дискретизації сигнал порівнюється з пилкоподібною напругою.
Сигма-дельта модуляція — спосіб подання сигналу на основі принципу надлишкової дискретизації і формування шуму квантування, що дозволяє знизити рівень шуму.
Сучасні методи використовують складніші алгоритми перетворення. Крім подання звукових коливань у цифровому вигляді, застосовується також створення спеціальних команд для автоматичного відтворення на різних електронних музичних інструментах. Відомим прикладом такої технології є MIDI.
Переваги бітового коду використовуються при передаванні кодованого сигналу на відстань, шифруванні сигналу, цифровому підписуванні сигналу, відновленні втрат, викликаних перешкодами під час передавання, а також в інших застосуваннях.
Подання аудіоданих у цифровому вигляді дозволяє ефективно змінювати вихідний матеріал за допомогою спеціальних пристроїв або комп'ютерних програм — звукових редакторів, що знайшло широке застосування в промисловості, медіа-індустрії та побуті.
Для відтворення цифрового звуку застосовують спеціальне устаткування, наприклад музичні центри, цифрові плеєри, комп'ютери зі звуковою картою та встановленим програмним забезпеченням: аудіоплеєром або медіаплеєром.
Принцип цифрового подання коливань звуку досить простий:
Принцип дії АЦП теж досить простий: аналоговий сигнал, отриманий від мікрофонів і електромузичних інструментів, перетворюється на цифровий. Це перетворення включає такі операції:
Робиться це в такий спосіб: безперервний аналоговий сигнал «ріжеться» на ділянки, з частотою дискретизації; отриманий цифровий дискретний сигнал проходить процес квантування з певною розрядністю, а потім кодується, тобто замінюється послідовністю кодових символів. Для якісного запису звуку в смузі частот 20-20 000 Гц застосовується мінімальна стандартна частота дискретизації від 44,1 кГц і вище (в даний час[коли?] з'явилися АЦП і ЦАП c частотою дискретизації 192,3 і навіть 384,6 кГц). Для отримання досить якісного запису досить розрядності 16 біт, однак для розширення динамічного діапазону і підвищення якості звукозапису використовується розрядність 24 (рідше 32) біти.
Завадостійке кодування дозволяє під час відтворення сигналу виявити й усунути (або знизити частоту їх появи) помилки читання з носія. Для цього в процесі запису до відліків, отриманих на виході АЦП, додається штучна надмірність (контрольні біти), яка згодом допомагає відновити пошкоджений відлік. У пристроях запису звуку зазвичай використовується комбінація з двох або трьох завадостійких кодів. Якщо ж обраний рівень надмірності кодування не дозволяє відновити правильне значення відліку, то проводиться його заміна за допомогою інтерполяції, щоб виключити появу стрибкоподібної зміни рівня сигналу (клацання).
Для кращого захисту від пакетних помилок, викликаних пошкодженнями носія даних (подряпини на компакт-диску, загини магнітної стрічки) також застосовується перемежування[ru].
До корисного сигналу також додаються допоміжні дані, які полегшують подальше декодування. Це можуть бути сигнали часового коду, службові сигнали, сигнали синхронізації.
Канальне кодування служить для узгодження цифрових сигналів з параметрами каналу передавання (запису/відтворення). Наприклад, під час записування цифрових сигналів на магнітний носій необхідно виключити появу в струмі запису постійної складової і низькочастотних складових спектра (що виникають за появи довгих послідовностей нулів або одиниць). Для цього використовуються таблиці перетворення, за якими проводиться заміна слів з m біт даних на слова з n канальних біт, причому завжди n>m. У пристроях відтворення цифрових сигналів канальний декодер виділяє із загального потоку даних тактові сигнали і виконує зворотне перетворення канальних n-бітових слів на m-бітові слова даних. Після корекції помилок сигнал надходить до ЦАП.
Цифровий сигнал, отриманий з декодера, перетворюється на аналоговий. Це перетворення відбувається таким чином:
За принципом запису виділяють такі методи:
На цифрових носіях і в персональних комп'ютерах для зберігання звуку (музики, голосу тощо) застосовуються різні формати, що дозволяють вибрати прийнятне співвідношення стиснення, якості звуку та обсягу даних.
Популярні формати файлів для персональних комп'ютерів і відповідних пристроїв:
Основними параметрами, що впливають на якість цифрового звукозапису, є:
Також важливими залишаються параметри аналогового тракту цифрових пристроїв звукозапису і звуковідтворення:
Запис цифрового звуку в даний час здійснюється на студіях звукозапису за допомогою персональних комп'ютерів та іншої дорогої і якісної апаратури. Також досить широко розвинене поняття «домашня студія», в якій застосовується професійне і напівпрофесійне звукозаписне обладнання, що дозволяє створювати якісні записи в домашніх умовах.
Застосовуються звукові карти в складі комп'ютерів, які здійснюють обробку в своїх АЦП і ЦАП — найчастіше в 24 біти і 96 кГц, подальше підвищення бітності і частоти дискретизації, практично не збільшує якості запису.
Існує цілий клас комп'ютерних програм — звукових редакторів, які дозволяють працювати зі звуком:
Деякі прості програми, дозволяють здійснювати тільки конвертацію форматів і кодеків.
| Назва формату | Розрядність, біт | Частота дискретизації, кГц | Число каналів | Величина потоку даних, Кбіт / с | Ступінь стиснення /пакування |
|---|---|---|---|---|---|
| CD | 16 | 44,1 | 2 | 1411,2 | 1: 1 без втрат |
| Dolby Digital (AC3) | 16-24 | 48 | 6 | до 640 | ~ 12: 1 з втратами |
| DTS | 20-24 | 48; 96 | до 8 | до 1536 | ~ 3: 1 з втратами |
| DVD-Audio | 16; 20; 24 | 44,1; 48; 88,2; 96 | 6 | 6912 | 2: 1 без втрат |
| DVD-Audio | 16; 20; 24 | 176,4; 192 | 2 | 4608 | 2: 1 без втрат |
| MP3 | 16-24 | до 48 | 2 | до 320 | ~ 11: 1 з втратами |
| AAC | 16-24 | до 96 | до 48 | до 529 | з втратами |
| AAC + (SBR[en]) | 16-24 |
до 48 | 2 | до 320 | з втратами |
| Ogg Vorbis | до 32 | до 192 | до 255 | до 1000 | з втратами |
| WMA | до 24 | до 96 | до 8 | до 768 | 2: 1, є версія без втрат |
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
