Multimedia i grafika
komputerowa
C
yfrowa obróbka dźwięku
Mateusz Pańkowski / ZSL
2011
3. Istota dźwięku cyfrowego
Multimedia i grafika
komputerowa
C
yfrowa obróbka dźwięku
Mateusz Pańkowski / ZSL
2011
3. Istota dźwięku cyfrowego
Multimedia i grafika
komputerowa
Mateusz Pańkowski / ZSL
2011
Zamiana dźwięku analogowego na postać cyfrową to
digitalizacja
. Aby dźwięk analogowy zamienić na
cyfrowy należy użyć urządzeń zwanych przetwornikami
dźwięku. Zamieniają one fale dźwiękowe na sygnał
elektryczny i odwrotnie.
Rozróżniamy:
- przetworniki A/D (ang. analog to digital converter)
- przetworniki D/A (ang. digital to analog converter)
Dźwięk cyfrowy może być obrabiany i przesyłany za
pomocą komputerów oraz innych urządzeń cyfrowych.
Przykładem są głośniki wytwarzające dźwięk
zamieniając sygnały elektryczne na wibracje
akustyczne dzięki membranie głośnika
Multimedia i grafika
komputerowa
Mateusz Pańkowski / ZSL
2011
Dźwięk analogowy
- zmieniający się w sposób ciągły
sygnał elektryczny reprezentujący zmiany ciśnienia
powietrza
tworzące
dźwięk.
Oczywiście
to
odwzorowanie nigdy nie będzie idealne ze względu na
ograniczenia
przetworników.
Wadą
dźwięku
analogowego jest podatność na zakłócenia i utratę
jakości
podczas
transmisji
i
kopiowania
oraz
ograniczenie przetwarzania.
Dźwięk cyfrowy
- jest to przetworzenie zmiany
ciśnienia powietrza na postać elektryczną, a następnie
numeryczną. Stosowane są do tego przetworniki. W
rzeczywistości przetworniki A/D i D/A tworzą jedno
urządzenie - konwerter AD/DA. Przykładem urządzenia
zawierającego taki konwerter jest karta dźwiękowa w
komputerze. Schemat przekształcania dźwięku na
postać cyfrową:
dźwięk
(ciśnienie
powietrza)
dźwięk
analogowy
(sygnał
elektryczny)
dźwięk cyfrowy
(postać
numeryczna)
Multimedia i grafika
komputerowa
Mateusz Pańkowski / ZSL
2010
Podczas konwersji dźwięku z postaci analogowej na
cyfrową
sygnał
poddawany
jest
próbkowaniu
(sampling). Fala dźwiękowa podzielona zostaje na
punkty zwane
próbkami
, a próbkowanie polega na
pomiarze w równych odstępach czasu poziomu sygnału
(amplitudy). Dokładność próbkowania zależy od dwóch
parametrów: częstotliwości próbkowania i rozdzielczości
bitowej.
Częstotliwość próbkowania
informuje jak często
przetwornik A/D mierzy poziom sygnału. Mierzy się ją w
hercach na sekundę (Hz/s), np.: jeśli w ciągu 1s
pobrano 10 próbek, to częstotliwość próbkowania
wynosi 10 Hz. Przyjętym standardem, nie powodującym
zniekształceń jest 44.1 kHz (44100 Hz). Właśnie dlatego
na płytach audio (audio CD) umieszczane są nagrania
właśnie z tą częstotliwością (przy paśmie od 20 Hz do
20000 Hz).
Multimedia i grafika
komputerowa
Mateusz Pańkowski / ZSL
2011
Uwaga!
Częstotliwość próbkowania podczas odtwarzania musi
być identyczna z wartością zastosowaną podczas
nagrywania.
Częstotliwość próbkowania to jeden z najważniejszych
parametrów kart dźwiękowych. Im jest ona większa,
tym lepsza jest jakość karty. Obecnie karty obsługują: 8,
11.025, 16, 22.05, 24, 32, 44.1, 48 i 96.
Rozdzielczość bitowa
- dokładność reprezentowania
próbki w postaci liczbowej. Określa liczbę bitów
opisujących każdą próbkę dźwięku. Każda pobrana
próbka podlega pomiarowi sygnału wejściowego i do
tego poziomu przypisuje się określoną wartość. Wpływ
na to ma możliwość przetwornika. Najczęściej stosuje
się przetworniki 16- i 24- bitowe. Dźwięk 16-bitowy to
65536 poziomów dźwięku. 24-bitowy - ponad 16
milionów. Obecnie na płytach audio CD stosuje się 16
bitów. Przetwarzanie i miksowanie dźwięku - 24 bity.
Multimedia i grafika
komputerowa
Mateusz Pańkowski / ZSL
2011
Zakres dynamiki dźwięku
- różnica głośności
pomiędzy dźwiękiem najcichszym a najgłośniejszym w
sygnale audio. Wartość zakresu podaje się w
decybelach (dB). Zależy od rozdzielczości. Im jest ona
większa, tym większy zakres dynamiki. Ograniczona
możliwościami przetwornika rozdzielczość powoduje
niedokładne odwzorowanie sygnału, a co za tym idzie
ludzkie ucho odbiera tą niedokładność jako szum. Na
płycie CD muzyka zapisana z 16-bitową rozdzielczością
ma zakres ok. 96 dB.
Można stosować kompresję dynamiki. Dzięki temu
można zwiększyć głośność cichszych fragmentów
nagrania i pozostawić lub wyrównać głośniejsze
fragmenty.
Rozdzielczość
(bity)
Dynamika (dB)
8
48
16
96
20
120
24
144
Wpływ rozdzielczości na zakres dynamiki
dźwięku.
Multimedia i grafika
komputerowa
Mateusz Pańkowski / ZSL
2011
Prędkość bitowa (bitrate)
- główny parametr
kompresji dźwięku. Określa liczbę bitów na sekundę, z
jaką komputer odczytuje dane. Większa prędkość
bitowa, to lepsza jakość dźwięku, ale jednocześnie
większy rozmiar plików. Jednostką miary jest b/s.
Standardowo na płycie audio CD umieszcza się
nagrania o prędkości 128 kb/s.
Prędkość bitowa określa również przepływowość i
odnosi się do szybkości transmisji danych (Internet,
telekomunikacja itp.)
Prędkość bitowa [kb/s]
Jakość dźwięku
64 kb/s
pliki MP3 zgrane z kaset lub
vinyli
96 kb/s
radio FM
96 - 112 kb/s
pliki MP3
128 kb/s
płyty CD
192 kb/s
muzyka wysokiej jakości
256 kb/s
nagrania studyjne