ЧАСТОТА ДИСКРЕТИЗАЦИИ
Физические параметры звука. Звук в пространстве. Звуковые стандарты.
Звук — физическое явление, представляющее собой восприятие механических колебаний в твёрдой, жидкой или газообразной среде. В узком смысле звук – восприятие этих колебаний органами чувств животных и человека.
Звук – раздражитель слуховой сенсорной системы.
Звук (физ. явление) – колебательные движения любого предмета. Передаются по воздуху вызывая сгущения и разряжение его частиц. Распространяется в виде продольной звуковой волны. Скорость звука зависит от упругих свойств среды.
С физической точки зрения звук имеет три свойства:
1. Высота звука зависит от частоты колебаний звучащего тела, единицей измерения высоты звука является герц (Гц). Гц — это число периодических колебаний в 1 сек.
– до 300 Гц – низкочастотные
– более 3000 Гц — высокочастотные, с частотой колебаний от 300 до 3000 Гц — звуками средней частоты.
– Для человеческого уха предел воспринимаемых звуковых частот составляет от 16 до 20000 Гц. Ультразвуки (звуки с частотой свыше 20000 Гц) и инфразвуки (с частотой менее 16 Гц) ухо человека не воспринимает.
2. Сила звука (или громкость) (дБ) зависит от амплитуды звуковых колебаний, чем больше амплитуда колебаний, тем сильнее звук и наоборот.
– шелест листьев – 10 дБ,
– шепот около уха — 25 - 30 дБ,
– разговорная речь— 40 - 60 дБ,
– громкая речь — 80 - 90 дБ.
В музыкальной практике громкость звука обозначается различными терминами: форте, фортиссимо, пиано, пианиссимо и т.д.
3. Звуковой спектр — это совокупность дополнительных колебаний (обертонов), которые возникают в музыкальных звуках наряду с основной частотой — основным тоном, так как происходит колебание тела не только целиком, но и частями, что и порождает добавочные звуки. Обертоны придают звукам определенную окраску, или тембр.
Звуки с периодическими колебаниями, т.е. с одинаковыми и правильно повторяющимися волнами называются музыкальными тонами. Кроме них имеются звуковые колебания непериодического характера (не связанные между собой частоты) — шумы (скрип, стук, гул, вой, треск).
Виды музыкального слуха (способы восприятия звуков):
– высота которого заранее известна (относительный музыкальный слух)
– без предварительного сопоставления (абсолютный музыкальный слух)
– воспринимать многоголосую музыку (гармонический слух)
Звукозапись — процесс сохранения колебаний в диапазоне 20 — 20 000 Гц, на каком-либо носителе с помощью специальных приборов.
Необходимое оборудование:
– прибор для преобразования звуковых колебаний в электрические (микрофон) или генератор тона (напр. звуковой синтезатор, семплер);
– устройство для преобразования электрических колебаний в последовательность цифр АЦП;
– устройство для сохранения.
Процесс оцифровки звука происходит путем измерения мгновенных уровней сигнала и последовательной записи этих значений в файл.
Между измерениями существуют интервалы, длительность которых определяется частотой дискретизации.
Современное состояние аналоговой и цифровой техники достаточно высокое. Ученые и конструкторы продолжают разрабатывать новые и совершенствовать имеющиеся на сегодняшний день технологии и звукотехническую аппаратуру.
Цепочка технических устройств при прохождении звука от микрофона до акустической колонки оказывается очень длинной. В нее может быть включено до 100 самостоятельных систем, каждая из которых выполняет свою полезную функцию, но вносит при этом искажения.
Процесс преобразования сигнала является сложной последовательностью, которая достигается с помощью специальных устройств. Для обработки сигналов (фильтрации) в реальном времени применяют специальные вычислительные устройства — цифровые сигнальные процессоры.
Цифровая обработка сигналов (ЦОС, DSP — англ. digital signal processing) — преобразование сигналов, представленных в цифровой форме.
Многие устройства для ввода данных в компьютер осуществляют дискретизацию. Например, звуковая карта дискретизирует сигнал с микрофона, сканер дискретизирует сигнал, поступающий с фотоэлемента. В результате дискретизации непрерывный (аналоговый) сигнал переводится в последовательность чисел. Устройство, выполняющее этот процесс, называется аналогово-цифровым преобразователем (АЦП, analogue-todigital converter, ADC). Частота, с которой АЦП производит замеры аналогового сигнала и выдает его цифровые значения, называется частотой дискретизации.
Устройство, которое интерполирует дискретный сигнал до непрерывного, называется цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП, digital-to-analogue con-verter, DAC). Эти устройства применяются, например, в проигрывателях компакт-дисков для восстановления звука по цифровому звуковому сигналу, записанному на компакт-диск. Частота дискретизации звукового сигнала при записи на компакт-диск составляет 44100 Гц. Таким образом, говорят, что ЦАП на CD-плеере работает на частоте 44100 Гц.
Существуют устройства, называемые фильтрами, которые позволяют изменять спектр сигнала. Например, фильтры низких частот (НЧ-фильтры, low-pass fil-ters) пропускают без изменения все частоты ниже заданной, и удаляют из сигнала все частоты выше заданной. Эта граничная частота называется частотой среза (cutoff frequency) фильтра. Одно из важных применений НЧ-фильтров заключается в искусственном ограничении спектра сигнала перед оцифровкой.
Параметры цифрового звука:
Частота дискретизации — это частота, с которой записывающим устройством фиксируются отсчеты входного сигнала.
• Частота дискретизации для записывающих устройств имеет обычно следующие стандартные значения: 44,1 кГц; 48 кГц и 96 кГц. Чем большая величина частоты дискретизации, тем большее количество отсчетов делается за 1 секунду и тем лучше качество цифрового звука мы имеет в результате.
• Чем больше частота дискретизации, тем меньше интервал, тем точнее повторится форма исходного сигнала.
• По теореме Котельникова – Шеннона она должна быть в два раза выше максимальной частоты измеряемого сигнала. Вот откуда взялась частота дискретизации 44 кГц. Это удвоенная частота слышимого человеком звука.
• Для измерения частоты дискретизации используются килогерцы (кГц), 1 кГц = 1 000 отсчетам в секунду. К примеру, если запись осуществляется с частотой дискретизации 48 кГц, то это означает, что значение интенсивности звука звукозаписывающее устройство измеряет и фиксирует 48 000 раз в секунду.
Квантование, разрядность (разрешение) или глубина дискретизации.
При оцифровке сигнала уровень квантования называют также глубиной дискретизации или битностью. Глубина дискретизации измеряется в Битах и обозначает количество бит, выражающих амплитуду сигнала. Чем больше глубина дискретизации, тем точнее цифровой сигнал соответствует аналоговому.
• В разговоре о цифровых записывающих устройствах часто можно услышать слова «16 бит», «24 бита» и т. д. Одни означают количество единиц информации, с помощью которых можно представить значение каждого отсчета, получаемого при цифровой записи.
• Глубина дискретизации измеряется в Битах и обозначает количество бит, выражающих амплитуду сигнала. Чем больше глубина дискретизации, тем точнее цифровой сигнал соответствует аналоговому.
Битрейт
• Это количество данных на единицу времени, используемое для передачи аудиопотока. Чем выше битрейт файла, тем «качественнее» звук, и тем больше места файл занимает на диске.
• Битрейт измеряется, как правило, в килобитах в секунду (kbps).
Например, если mp3-файл закодирован с постоянным битрейтом в 128 kbps, это означает, что на каждую секунду композиции выделяется 128*1024 битов, то есть ровно 16 килобайт памяти. Минута музыки в таком файле будет занимать 128*1024*60 бит, то есть примерно 0,94 мегабайта, так что песня длиной в 5 минут будет занимать на диске около 5 мегабайт.
ЧАСТОТА ДИСКРЕТИЗАЦИИ
РАЗРЯДНОСТЬ
Преимущества и недостатки цифрового звука:
С позиции обычного пользователя:
– компактность современных носителей информации; применение специального программного обеспечения при обработке аудиоинформации;
– возможность обмена аудиоинфорацией через сеть Интернет;
– возможность прослушивания аудиоинформации на коппактных носителях.
С точки зрения профессиональной обработки звука:
– замена звуковой студии - ПЭВМ, который по возможностям превосходит десять таких студий вместе взятых, а по стоимости оказывается многократно дешевле одной;
– современное программное обеспечение позволяет делать со звуком все что угодно;
– компактность, мобильность, колоссальная мощность и обеспечиваемое качество современной цифровой техники, предназначенной для обработки звука, уже сегодня почти полностью вытеснило из студий старую аналоговую аппаратуру;
– при сохранном носителе данные на нем не искажаются с течением времени.
Недостатки цифрового звука:
– процесс оцифровки вносит определенную погрешность в звучание;
– различная усиливающая цифровая аппаратура привносит так называемые «транзисторные шумы» и другие специфические искажения.
Site was designed with Mobirise
