Цифро-аналогове й аналого-цифрове перетворення звукової інформації
Коротко розглянемо процеси перетворення звуку з аналогової форми в цифрову й навпаки.
Звукові хвилі за допомогою мікрофона перетворюються в аналоговий змінний електричний сигнал. Він проходить через звуковий тракт і попадає в аналого-цифровий перетворювач (АЦП) – пристрій, що переводить сигнал у цифрову форму.
У спрощеному виді принцип роботи АЦП полягає в наступному: він вимірює через певні проміжки часу амплітуду сигналу й передає далі, уже по цифровому тракті, послідовність чисел, що несуть інформацію про зміни амплітуди.
Під час аналого-цифрового перетворення ніякого фізичного перетворення не відбувається. З електричного сигналу знімається відбиток, що є цифровою моделлю коливань напруги в аудіотракті. Цифровий сигнал по своїй природі дискретний – тобто переривчастий, тому цифрова модель не зовсім точно відповідає формі аналогового сигналу.
Семпл – це проміжок часу між двома вимірами амплітуди аналогового сигналу.
Дослівно Sample переводиться з англійського як «зразок». У мультимедийної і професійної звукової термінології це слово має кілька значень. Крім проміжку часу семплом називають також будь-яку послідовність цифрових даних, які отримані шляхом аналого-цифрового перетворення. Сам процес перетворення називають семплуванням. У російській технічній мові його називають дискретизацією.
Параметри семплування.
Важливими параметрами семплування є частота та розрядність.
Частота - кількість вимірів амплітуди аналогового сигналу в секунду.
Якщо частота семплирования не буде більш ніж у два рази перевищувати частоту верхньої границі звукового діапазону, то на високих частотах будуть відбуватися втрати. Цим порозумівається те, що стандартна частота для звукового компакт-диску - це частота 44.1 кгц. Тому що діапазон коливань звукових хвиль перебуває в межах від 20 Гц до 20 кгц, та кількість вимірів сигналу в секунду повинне бути більше, ніж кількість коливань за той же проміжок часу. Якщо ж частота дискредитації значно нижче частоти звукової хвилі, то амплітуда сигналу встигає кілька разів змінитися за час між вимірами, а це приводить до того, що цифровий відбиток несе хаотичний набір даних. При цифро-аналоговому перетворенні такий семпл не передає основний сигнал, а видає тільки шум.
У форматі компакт-дисків Audio DVD за одну секунду сигнал виміряється 96 000 разів, тобто застосовують частоту семплування 96 кгц. Для економії місця на жорсткому диску в мультимедійних програмах досить часто застосовують менші частоти: 11, 22, 32 кгц. Це приводить до зменшення чутного діапазону частот, а, виходить, відбувається сильне перекручування того, що чутно.
Розрядність вказує, з якою точністю відбуваються зміна амплітуди аналогового сигналу. Точність, з якої при «оцифровці» передається значення амплітуди сигналу в кожний з моментів часу, визначає якість сигналу після цифро-аналогового перетворення. Саме від розрядності залежить вірогідність відновлення форми хвилі.
Для кодування значення амплітуди використають принцип двійкового кодування. Звуковий сигнал повинен бути представлений у вигляді послідовності електричних імпульсів (двійкових нулів та одиниць). Звичайно використають 8, 16-бітне або 20-бітне представлення значень амплітуди. Від частоти дискредитації (кількості вимірів рівня сигналу в одиницю часу) залежить якість кодування. Зі збільшенням частоти дискредитації збільшується точність двійкового представлення інформації. При частоті 8 кгц (кількість вимірів у секунду 8000) якість семплування звукового сигналу відповідає якості радіотрансляції, а при частоті 48 кгц (кількість вимірів у секунду 48000) – якості звучання аудио-CD.
Якщо використовувати 8-бітне кодування, то можна досягти точності зміни амплітуди аналогового сигналу до 1/256 від динамічного діапазону цифрового пристрою (28 = 256).
Якщо використати 16-бітне кодування для подання значень амплітуди звукового сигналу, то точність виміру зросте в 256 разів.
У сучасних перетворювачах прийнято використати 20-бітне кодування сигналу, що дозволяє одержувати високоякісну «оцифровку» звуку.
Формат Audio DVD використає розрядність 24 біта й частоту семплування 96 кгц.
Виведення цифрового звуку відбувається за допомогою цифро-аналогового перетворювача (ЦАП), що на підставі вхідних цифрових даних у відповідні моменти часу генерує електричний сигнал необхідної амплітуди.