Digital lyd

Digital lyd er transponering av lyder (eller lydopptak i analogt format , elektriske utganger fra analogt elektronisk lydutstyr [1] ) til en digital form som kan konverteres, nesten i sanntid [2] eller utsettes, til lyder som kan oppfattes av mennesker selv som identiske med de originale.

I virkeligheten er digital lyd en slags vektorisering av de originale bølgeformene til lydene, som derfor ikke blir tatt opp / overført i den integrerte formen produsert for eksempel av elektroakustiske transdusere som mikrofoner (som tilfellet er konseptuelt mer i opptak / analoge overføringer), men i en bølgeform jo mer sammenlignbar med originalen, jo høyere er samplingsfrekvensen og kvantiseringsdybden som den analog-digitale konverteringen finner sted .

I motsetning til analog lyd, har digital imidlertid en større troverdighet i opptak/overføring av digitalisert lyd, som ikke påvirkes av noen tillegg av bakgrunnsstøy eller farge [3] [4] [5] typisk for analoge opptaksmedier, eller lange kjeder av overføring / re-opptak av analog lyd.

Mer info

Den auditive effekten (fra latin audire) kalt lyd består i oppfattelsen av en spesiell enhet ( øre til levende vesener eller kunstige mikrofoner ) av vibrasjonene av frekvenser som sendes ut nøyaktig av en "lydkilde" og forplantes i det omkringliggende miljøet av et medium egnet for deres forplantning (vanligvis luften, men også vann og bergarter er stedet for lignende fenomener). Derfor genereres lyd i naturen som mekaniske vibrasjoner, den forplanter seg på en lignende måte og blir alltid oppfattet som vibrasjoner.

Siden begynnelsen har forskere forsøkt å finne ulike løsninger for å lette denne naturlige forplantningen ved hjelp av kunstige enheter som øker effektiviteten til denne overføringen, spesielt ved å prøve å få lyden til å krysse større rom uten å bli for forurenset av forstyrrelser (kalt støy ). eller støy på engelsk) og eventuelt lagres på lagringsmedier som ville tillate, samt transport i rommet, også det over tid, det vil si at de ville tillate permanent lagring.

For å gjøre dette ble det brukt mange teknologiske kunstgrep, frem til den definitive oppfinnelsen av telefonen (av italieneren Antonio Meucci , men først patentert av amerikaneren Alexander Graham Bell ), som gjorde det mulig å transformere lydsignaler til elektriske signaler som alle inneholdt informasjonen (eller nesten) til det originale lydsignalet, men som lettere (og raskere) kunne transporteres i rommet (først gjennom elektriske ledninger og deretter også gjennom elektromagnetiske bølger med oppfinnelsen av radioen av Guglielmo Marconi ). For å oppnå dette ble en annen fysisk størrelse assosiert med lyden, med karakteristikker av strengt forhold til lyden den representerte. Dette strenge forholdet til startlyden gjorde at ankomsten av den fysiske mengden kunne konverteres tilbake til lyd, slik det for eksempel skjer i telefonmottakeren, hvor den elektriske strømmen, som førte lydinformasjonen, omformes ved ankomst. fra den lille høyttaleren som er satt inn i håndsettet.

Dette korrespondanseforholdet kalles transduksjon av lyd til elektrisk strøm, ved å transformere et analogt signal (stemmen) til et elektrisk signal (analogt, i form av vekselstrøm) som representerer det. Det elektriske signalet blir så "rekonstruert" på den andre siden av telefonen med en motsatt koding fra elektrisk-analog til akustisk. Analoge kriterier for analog transkripsjon - transponering så trofast som mulig av den originale akustiske bølgeformen på forskjellige fysiske støtter - forekommer for eksempel ved opptak av lyder gjennom variasjoner i magnetfeltet i båndet til spole-til-spol-opptakere, eller i de geometriske parametrene for form og dybde av spor i gamle vinylopptak .

Moderne datateknologier, som gir datamaskiner som er i stand til å behandle store mengder tall per sekund, gir en ytterligere og annerledes mulighet for å kode lyder, assosierer de akustiske parameterne til lydbølgene med lange serier av tall (også kalt sifre , på italiensk chiffer), som representerer dem ganske trofast og som med høy presisjon kan omdannes til de originale lydene. Denne prosessen med å kode kontinuerlige fysiske størrelser ( analoge ) til numeriske serier av digitale sifre kalles digitalisering og mengdene sies å være representert digitalt. Disse lange numeriske seriene kan deretter lagres i silisiumminner ( pennstasjoner for eksempel) eller i magnetiske minner ( dataharddisker ) eller til slutt i optiske minner ( CD , DVD eller Blu-Ray), for å transporteres i rom og tid .

Det digitale elektriske signalet er kvalitativt og kvantitativt helt forskjellig fra det analoge, selv om med tilstrekkelig samplingsfrekvens ved kilden, og en god forbindelse i mellomveien mellom sender og mottaker, er sansene ikke i stand til å oppfatte forskjellen (de er likeverdige for eksterne formål). Dette gjelder både syn og hørsel.

Den nåværende teknikkens stand sørger for at et lydsignal konverteres (derfor kodet) til et analogt elektrisk signal (analogt for informasjon som finnes, bortsett fra den uunngåelige støyen, selv minimal, introdusert av enhver manipulasjon) ved hjelp av en mikrofon , som produserer, når truffet av en kontinuerlig mekanisk lydbølge, et uavbrutt elektrisk signal, hvis spenningsverdier, normalt inkludert i et område (kalt signaldynamikk og mellom et minimum og et maksimum), inneholder formen til bølgens opprinnelige akustikk. Et slikt signal, kontinuerlig over tid og som kontinuerlig kan anta alle verdiene innenfor sin dynamikk, kalles analogt. En andre konvertering kan gjøres ved å assosiere dette signalet med en numerisk (og derfor digital) serie som koder den originale analoge elektriske bølgeformen med tilstrekkelig presisjon, og dermed oppnå den analog-digitale konverteringen, kort kalt A/D-konvertering.

For å gjøre dette er det nødvendig å gjentatte ganger lese de kontinuerlige spenningsverdiene til den analoge bølgeformen med tilstrekkelig tidsfrekvens, det vil si å gjøre en tilstrekkelig tett avlesning av disse spenningsverdiene, og produsere et antall avlesninger (og derfor av numeriske verdier) i veldig høy sjanger for hvert sekund av A/D-konvertering. De individuelle avlesningene kalles samples og samplingsteoremet sier at hvis tidsfrekvensen til disse avlesningene (kalt samplingsfrekvensen ) er stor nok, er det ingen tap av informasjon med hensyn til den opprinnelige bølgeformen. Det vil si at serien med tall som produseres inneholder nesten intakt all informasjon om den opprinnelige analoge elektriske bølgeformen. I moderne teknologiske standarder varierer samplingsfrekvensene generelt fra 8000 prøver per sekund (Sampler per sekund, S/s) for telefonstemme, opptil 44 100 og flere prøver per sekund for musikalsk kvalitet. Disse spenningsavlesningene kan da falle når som helst i dynamikken til signalet, dvs. hver enkelt prøve kan ha en verdi mellom minimum og maksimum mulig.

Så potensielt kan du ha uendelige spenningsavlesningsverdier for hver enkelt prøve. For å fullføre arbeidet med å konvertere signalet fra analogt til digitalt, må nå all mulig dynamisk rekkevidde til signalet deles opp i et begrenset antall intervaller og hvert enkelt intervall skal kodes med en velbestemt digital verdi. Disse to operasjonene kalles kvantisering og kildekoding . Kvantisering deler generelt det dynamiske området til signalet inn i et antall effektintervaller på to (2 ^ n intervaller), slik at hver enkelt prøve uunngåelig vil falle inn i et av de kvantiserte intervallene og dermed kan kodes digitalt med n bits. De vanligste digitaliseringsverdiene som for tiden brukes varierer fra minimum 8 bits per prøve i telefonfeltet (dynamisk rekkevidde for signalet delt inn i 256 intervaller), opptil 20 og flere biter per prøve (dynamisk område for signalet delt inn i en million og flere intervaller).

Selvfølgelig, ettersom antall biter per sample øker, øker trofastheten til det samplede signalet til den opprinnelige bølgeformen og unøyaktigheten som introduseres av kvantisering (kvantiseringsstøy) reduseres, men det bør bemerkes at allerede 8 bits per sample ville være nesten nok til å tilfredsstille de gamle HiFi - kriteriene. Den numeriske serien som dermed går ned kalles digitalt lydsignal og inneholder i seg all informasjon som er nødvendig for å rekonstruere den opprinnelige elektriske formen, som igjen var det nesten perfekte bildet av den akustiske bølgeformen som hadde opphav til den. Om ønskelig kan den derfor nå konverteres fra digital til analog med D/A-omformere, for å gjenopprette den originale elektriske formen, som en gang sendt til en høyttaler gjengir den originale lyden.

Hele denne prosessen koster penger i forhold til å introdusere diverse støy, men med moderne teknikker kan dette lett holdes under en generelt akseptabel terskel. Et siste skritt tas vanligvis på dette området. Det digitale lydsignalet som produseres av A/D-omformere er typisk kodet med et visst antall biter for hver sample, og dermed resulterer et 60-sekunders lydopptak samplet med 44 100 samples per sekund, med hver sample kodet med 16 bits, i en sekvens av 44 100 samples per sekund i 60 sekunder, lik 2 646 000 samples, som nå må multipliseres med 16 bits per sample, og oppnå en serie på 42 336 000 biter. Dette kodede digitale lydsignalet kalles "rå". Et andre nivå av koding er nå mulig, som gjør at informasjonen kan komprimeres til kortere numeriske sekvenser og som opptar færre biter per sekund av konvertering. Med moderne kodeteknikker er det mulig å komprimere lyden på en veldig effektiv måte, for eksempel i MP3- eller Vorbis- standardene , som brukes til å spre musikk og lyder generelt.

Merknader

  1. ^ Eksempler: kassettspiller , synthesizer , etc.
  2. ^ I digital lyd er det problemet med ventetid på grunn av dobbel analog-digital og digital-analog konvertering; den utgjør vanligvis noen få millisekunder og har blitt lavere og lavere med årene, men avhengig av de spesifikke omstendighetene kan det være problematisk.
  3. ^ Mer eller mindre liten deformasjon av lyden behandlet i analog, spesielt i opptak, som generelt oppfattes som behagelig, nyttig for å gi en "varmere" klang enn den originale lyden som er tatt opp av mikrofonene.
  4. ^ http://www.musicoff.com/recording-studio/special/i-registratori-analogici-a-bobina-pt1/
  5. ^ http://www.uaudio.com/blog/analog-tape-recording-basics/

Bibliografi

Relaterte elementer

Andre prosjekter

Eksterne lenker