Дигитализација звука

Звук који се среће у природи је непрекидни (аналогни) сигнал у времену. Такав сигнал се преко микрофона претвара у електрични сигнал, најчешће напон. Али, ради све веће присутности дигиталних медија у свакодневном животу и звук се претвара у дигитални облик. Дигитални сигнал је испрекидан у времену, тј. постоји само у одређеним тренуцима времена.

Код дигиталног записа, ради се о узимању узорака, које се најчешће темељи на Теореми узорковања која каже да ако сигнал садржи фреквенцију до тачке f, тада узорак мора имати фреквенцију најмање 2f како би се из узорка могла исправно извршити реконструкција изворног сигнала. Још у првим данима дигитализованог звука прихваћене су фреквенције узорковања од 44.1kHz и 48kHz који у потпуности испуњавају захтеве реконструкције звучних сигнала у чујном подручју човека до 20kHz.

Приликом дигитализације је довољно вредност звучног сигнала одмеравати (узорковати) два пута чешће од његове највеће фреквенције. Опште прихваћен CD аудио стандард се заснива на учестаности узорковања од 44.1kHz. DAT касете (Digital Audio Tape) користе учестаност од 48kHz. Већина звукова у игрицама је узоркована фреквенцијом од 11 или 22kHz.

Да би се звук из свог природног облика (аналогни сигнал) претворио у дигитални облик потребно је обавити следеће кораке:

  • одабирање (узорковање, семпловање) је поступак којим се у одређеним тренуцима времена узима вредност електричног напона посматраног сигнала. Учестаност узорковања се одређује тако да буде најмање два пута већа од највеће учестаности аналогног сигнала. За опсег који људско ухо може да чује (20Hz до 20kHz) договорено је да учестаност узорковања износи 44,1kHz за CD аудио, 48kHz за музику (професионалне примене), 11 или 22kHz за рачунарске игрице. Последњих година све чешће се срећу учестаности узорковања 96kHz или чак 192kHz, иако људско ухо НЕ МОЖЕ приметити разлику!
  • квантизација — поступак којим се одабране вредности електричног напона заоукружују на најближу из скупа дозвољених вредности

  • кодирање (кодовање) — додељивање кодне комбинације јединица и нула свакој одабраној вредности. При кодирању свака вредност се представља одређеним бројем логичких нула и јединица — битова: 8 битова (1 бајт), 16 битова (2 бајта), 24 бита (3 бајта)… Број битова одређује динамички распон јачине звука, који се изражава у децибелима.

Овај поступак претварања аналогног у дигитални сигнал назива се дигитализација, обавља се у уређају који се назива аналогно-дигитални претварач (А/Д конвертор).

Податак који означава колико ће килобита у секунди бити потребно за смештање звука назива се битска брзина (bit rate) и изражава се у јединицама килобит у секунди (kbps — kilobit per second). За веће битске брзине користи се јединица мегабит у секунди (Mbps).

При репродукцији врши се поновно претварање дигиталног сигнала у аналогни, у уређају који се зове дигитално-аналогни претварач.

Звук се може снимати на једном каналу (монозвук), на два канала (стерео звук) или на више канала.

– Иако се раније за дигитализацију користило 8 битова (за пренос говора у телефонији), данас је стандардно да се за запис сваког узорка користи 16 битова. Ово омогућава запис 65536 разних нивоа јачине звука, што даје динамички распон од неких 96dB што се сматра прилично задовољавајућим.

– Да би се боље дочарао просторни распоред звука, користи се стерео техника. За дигитализацију стерео звука потребно је најмање 2 микрофона (два канала)

Уколико једноставно запишемо низ бројева добијених дигитализацијом звука, добијамо тзв. сирови запис (PCM – Pulse Code Modulation, односно импулсно кодована модулација). За запис једног минута звука у стерео техници, потребно је:

44100 * 2 бајта * 2 канала * 60секунди = 10,5 MB

Кориштењем PCM-а могу се записати или репродуковати практично све врсте аудио сигнала. Ограничења PCM-а су следећа:

ограничење фреквенцијског опсега [Hz], те

ограничење динамике [dB].

Нископропусни филтер и (коначна) фреквенција узорковања fsr одређују расположиви фреквенцијски опсег, а финоћа квантизирања ограничава корисну динамику аудио сигнала. Зависно о захтеваном квалитету записа аналогног сигнала разликују се вредности за горњу граничну фреквенцију аудио сигнала fm, фреквенцију узорковања fsr, те финоћу квантизовања у броју бита n. За споменуте практичне примене PCM-а, подаци су дати у следећој табели:

Намена PCM-a

fm

fsr

Квантовање

Телефонија

3400Hz

8kHz

8 бита

CD

20kHz

44,1kHz

16 бита

DAT

22kHz

48kHz

16 бита

Профи музички уређаји

do 44kHz

do 96kHz

18, 20, 24, 32 бита

Advertisements

4 thoughts on “Дигитализација звука

  1. Повратни пинг: Zvuk i kako se zvuk predstavlja na računaru | natasaandjela27

  2. Повратни пинг: Звук и како се звук представља у рачунару | akicameda

Оставите одговор

Попуните детаље испод или притисните на иконицу да бисте се пријавили:

WordPress.com лого

Коментаришет користећи свој WordPress.com налог. Одјавите се / Промени )

Слика на Твитеру

Коментаришет користећи свој Twitter налог. Одјавите се / Промени )

Фејсбукова фотографија

Коментаришет користећи свој Facebook налог. Одјавите се / Промени )

Google+ photo

Коментаришет користећи свој Google+ налог. Одјавите се / Промени )

Повезивање са %s