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
Ŝ
na przedstawi
ć
jako tzw. przebieg
schodkowy, poniewa
Ŝ
w okresach czasu dziel
ą
cych pobranie kolejnych
próbek jego warto
ść
jest stała.
Oczywiste jest,
Ŝ
e w miar
ę
wzrostu cz
ę
stotliwo
ś
ci próbkowania,
wynikowy przebieg schodkowy coraz wierniej przybli
Ŝ
a kształt przebiegu
analogowego. Zgodnie z teori
ą
przetwarzania sygnałów, minimalna
cz
ę
stotliwo
ść
próbkowania musi by
ć
dwukrotnie wy
Ŝ
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 moŜe 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
Ŝą
ce
nadal do całego zakresu zmienno
ś
ci sygnału) zostaj
ą
"zaokr
ą
glane" w
taki sposób, by mo
Ŝ
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
Ŝ
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,
Ŝ
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
Ŝ
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,
Ŝ
e zapisujemy, a nast
ę
pnie odczytujemy jedynie dwa stany
logiczne (1/0, wysoki/niski, H/L, prawda/fałsz), mo
Ŝ
liwe jest skuteczne
zabezpieczenie si
ę
przed wpływem zakłóce
ń
i zniekształce
ń
. Je
ś
li
przyjmiemy,
Ŝ
e np.: 0 logiczne zapisujemy jako amplitud
ę
-0,5V, a 1 jako
+0,5V, łatwo mo
Ŝ
emy sobie wyobrazi
ć
, i
Ŝ
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
Ŝ
ycie lub cz
ęś
ciowe rozmagnesowanie ta
ś
my, na której
sygnał został zapisany, sprawi,
Ŝ
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
Ŝ
ne mechanizmy zabezpiecze
ń
, takie jak suma kontrolna,
przeplot, kodowanie blokowe i kanałowe, umo
Ŝ
liwiaj
ą
ce nawet
rekonstrukcj
ę
zniekształconych danych.