UTK – III SERIA ĆWICZEŃ – Nr 04 – Badanie karty dźwiękowej – Str. 1

Ć

WICZENIE 3_4 – TEORIA

Karty d

ź

wi

ę

kowe

Cyfrowy zapis d

ź

wi

ę

ku

W technice cyfrowej sygnał przetwarzany jest z postaci naturalnej,
ci

ą

głej, do reprezentacji numerycznej, czyli ci

ą

gu dyskretnych warto

ś

ci

liczbowych.

Przetwarzanie analogowo-cyfrowe (A/C) składa si

ę

z czterech

podstawowych procesów:

1. Próbkowania
2. Kwantyzacji
3. Kodowania
4. Zapisywania

1.

Próbkowanie

Polega na okre

ś

leniu warto

ś

ci sygnału ci

ą

głego w okre

ś

lonych

odst

ę

pach czasu. "Chwile próbkowania" s

ą

okre

ś

lone przez

cz

ę

stotliwo

ść

próbkowania, jeden z podstawowych parametrów

przetwarzania A/C – Rysunek 1.

Rysunek 1 Próbkowanie.

Wskutek tego procesu, zamiast przebiegu ci

ą

głego (analogowego),

okre

ś

lonego w całym przedziale czasowym, uzyskujemy zbiór

dyskretnych warto

ś

ci, które mo

ż

na przedstawi

ć

jako tzw. przebieg

schodkowy, poniewa

ż

w okresach czasu dziel

ą

cych pobranie kolejnych

próbek jego warto

ść

jest stała.

Oczywiste jest,

ż

e w miar

ę

wzrostu cz

ę

stotliwo

ś

ci próbkowania,

wynikowy przebieg schodkowy coraz wierniej przybli

ż

a kształt przebiegu

analogowego. Zgodnie z teori

ą

przetwarzania sygnałów, minimalna

cz

ę

stotliwo

ść

próbkowania musi by

ć

dwukrotnie wy

ż

sza od granicznej

UTK – III SERIA ĆWICZEŃ – Nr 04 – Badanie karty dźwiękowej – Str. 2

cz

ę

stotliwo

ś

ci przetwarzanego sygnału – patrz twierdzenie Kotielnikowa-

Shannona.

Twierdzenie Kotielnikowa-Shannona

Sygnał ciągły może być ponownie wiernie odtworzony z sygnału dyskretnego, jeśli był
próbkowany z częstotliwością co najmniej dwa razy większą od granicznej częstotliwości
swego widma.

Tę częstotliwość graniczną nazywa się częstotliwością Nyquista.

2.

Kwantyzacja

W tym kroku, warto

ś

ci sygnału uzyskane drog

ą

próbkowania (nale

żą

ce

nadal do całego zakresu zmienno

ś

ci sygnału) zostaj

ą

"zaokr

ą

glane" w

taki sposób, by mo

ż

na je było przedstawi

ć

przy pomocy sko

ń

czonej

liczby warto

ś

ci, wynikaj

ą

cej z tzw. rozdzielczo

ś

ci przetwarzania. Mówi

ą

c

w du

ż

ym uproszczeniu, np.: warto

ś

ci z przedziału 0-0,1 zostaj

ą

okre

ś

lone jako 0,1, 0,1 -0,2 jako 0,2 itd. – rysunek 2.

Rysunek 2. Kwantyzacja.

Na tym etapie powstaje tzw. bł

ą

d kwantyzacji, wynikaj

ą

cy z tego,

ż

e

reprezentuj

ą

c ci

ą

gły zakres zmienno

ś

ci sygnału przy pomocy kilku

warto

ś

ci dyskretnych, tracimy bezpowrotnie informacj

ę

o małych

zmianach w obr

ę

bie przedziałów pomi

ę

dzy s

ą

siednimi warto

ś

ciami. Bł

ą

d

ten jest tym wi

ę

kszy im mniejsza jest liczba przedziałów kwantyzacji

(mniejsza rozdzielczo

ść

).

3.

Kodowanie

Na tym etapie liczbowe kody dyskretnych warto

ś

ci, do jakich został

sprowadzony sygnał

ź

ródłowy, zostaj

ą

zapisane w postaci liczbowej,

czyli w przypadku binarnej techniki cyfrowej, w formie liczb zapisanych w
systemie dwójkowym, ci

ą

gu zer i jedynek. – Rysunek 3.

UTK – III SERIA ĆWICZEŃ – Nr 04 – Badanie karty dźwiękowej – Str. 3

Rysunek 3 Kodowanie.

(Przetwarzanie cyfrowo-analogowe, z którym mamy do czynienia przy
odtwarzaniu sygnału, polega, mówi

ą

c w skrócie, na przetworzeniu ci

ą

gu

liczb na przebieg schodkowy, a nast

ę

pnie na filtracji wygładzaj

ą

cej tak,

by przybli

ż

ał pocz

ą

tkowy sygnał analogowy.)

4.

Zapisywanie

Uzyskany w ten sposób sygnał cyfrowy jest zapisywany na no

ś

niku.

Zamiast sygnału analogowego, urz

ą

dzenia rejestruj

ą

ci

ą

g 0 i 1. Zamiast

niesko

ń

czonej liczby amplitud sygnału analogowego, uzyskujemy dwie

dyskretne warto

ś

ci. – Rysunek 4.

Rysunek 4 Zapisywanie.

Dzi

ę

ki temu,

ż

e zapisujemy, a nast

ę

pnie odczytujemy jedynie dwa stany

logiczne (1/0, wysoki/niski, H/L, prawda/fałsz), mo

ż

liwe jest skuteczne

zabezpieczenie si

ę

przed wpływem zakłóce

ń

i zniekształce

ń

. Je

ś

li

przyjmiemy,

ż

e np.: 0 logiczne zapisujemy jako amplitud

ę

-0,5V, a 1 jako

+0,5V, łatwo mo

ż

emy sobie wyobrazi

ć

, i

ż

szumy i zakłócenia, nawet na

poziomie 0,1V (czyli 10%) nie wpłyn

ą

na prawidłowo

ść

dekodowania tak

znacznie odbiegaj

ą

cych od siebie poziomów.

Podobnie, zu

ż

ycie lub cz

ęś

ciowe rozmagnesowanie ta

ś

my, na której

sygnał został zapisany, sprawi,

ż

e zamiast +/-0,5V zostan

ą

odczytane

poziomy +/-0,3V, ale nadal prawidłowo b

ę

dzie zdekodowany ci

ą

g 0 i 1,

czyli prawidłowa posta

ć

sygnału.

W celu dalszej eliminacji zakłóce

ń

, w zapisie cyfrowym s

ą

stosowane

przeró

ż

ne mechanizmy zabezpiecze

ń

, takie jak suma kontrolna,

przeplot, kodowanie blokowe i kanałowe, umo

ż

liwiaj

ą

ce nawet

rekonstrukcj

ę

zniekształconych danych.