UTK  III SERIA ĆWICZEC
 Nr 04  Badanie karty dz
więkowej  Str. 1
ĆWICZENIE 3_4  TEORIA
Karty dz
więkowe
Cyfrowy zapis dz
więku
W technice cyfrowej sygnał przetwarzany jest z postaci naturalnej,
ciągłej, do reprezentacji numerycznej, czyli ciągu dyskretnych wartości
liczbowych.
Przetwarzanie analogowo-cyfrowe (A/C) składa się z czterech
podstawowych procesów:
1. Próbkowania
2. Kwantyzacji
3. Kodowania
4. Zapisywania
1. Próbkowanie
Polega na określeniu wartości sygnału ciągłego w określonych
odstępach czasu. "Chwile próbkowania" są określone przez
częstotliwość próbkowania, jeden z podstawowych parametrów
przetwarzania A/C  Rysunek 1.
Rysunek 1 Próbkowanie.
Wskutek tego procesu, zamiast przebiegu ciągłego (analogowego),
określonego w całym przedziale czasowym, uzyskujemy zbiór
dyskretnych wartości, które mo\
na przedstawić jako tzw. przebieg
schodkowy, poniewa\
w okresach czasu dzielących pobranie kolejnych
próbek jego wartość jest stała.
Oczywiste jest, \
e w miarę wzrostu częstotliwości próbkowania,
wynikowy przebieg schodkowy coraz wierniej przybli\
a kształt przebiegu
analogowego. Zgodnie z teorią przetwarzania sygnałów, minimalna
częstotliwość próbkowania musi być dwukrotnie wy\
sza od granicznej
UTK  III SERIA ĆWICZEC
 Nr 04  Badanie karty dz
więkowej  Str. 2
częstotliwości przetwarzanego sygnału  patrz twierdzenie Kotielnikowa-
Shannona.
Twierdzenie Kotielnikowa-Shannona
Sygnał ciągły mo\
e 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, wartości sygnału uzyskane drogą próbkowania (nale\
ące
nadal do całego zakresu zmienności sygnału) zostają "zaokrąglane" w
taki sposób, by mo\
na je było przedstawić przy pomocy skończonej
liczby wartości, wynikającej z tzw. rozdzielczości przetwarzania. Mówiąc
w du\
ym uproszczeniu, np.: wartości z przedziału 0-0,1 zostają
określone jako 0,1, 0,1 -0,2 jako 0,2 itd.  rysunek 2.
Rysunek 2. Kwantyzacja.
Na tym etapie powstaje tzw. błąd kwantyzacji, wynikający z tego, \
e
reprezentując ciągły zakres zmienności sygnału przy pomocy kilku
wartości dyskretnych, tracimy bezpowrotnie informację o małych
zmianach w obrębie przedziałów pomiędzy sąsiednimi wartościami. Błąd
ten jest tym większy im mniejsza jest liczba przedziałów kwantyzacji
(mniejsza rozdzielczość).
3. Kodowanie
Na tym etapie liczbowe kody dyskretnych wartości, do jakich został
sprowadzony sygnał z
ródłowy, zostają zapisane w postaci liczbowej,
czyli w przypadku binarnej techniki cyfrowej, w formie liczb zapisanych w
systemie dwójkowym, ciągu zer i jedynek.  Rysunek 3.
UTK  III SERIA ĆWICZEC
 Nr 04  Badanie karty dz
więkowej  Str. 3
Rysunek 3 Kodowanie.
(Przetwarzanie cyfrowo-analogowe, z którym mamy do czynienia przy
odtwarzaniu sygnału, polega, mówiąc w skrócie, na przetworzeniu ciągu
liczb na przebieg schodkowy, a następnie na filtracji wygładzającej tak,
by przybli\
ał początkowy sygnał analogowy.)
4. Zapisywanie
Uzyskany w ten sposób sygnał cyfrowy jest zapisywany na nośniku.
Zamiast sygnału analogowego, urządzenia rejestrują ciąg 0 i 1. Zamiast
nieskończonej liczby amplitud sygnału analogowego, uzyskujemy dwie
dyskretne wartości.  Rysunek 4.
Rysunek 4 Zapisywanie.
Dzięki temu, \
e zapisujemy, a następnie odczytujemy jedynie dwa stany
logiczne (1/0, wysoki/niski, H/L, prawda/fałsz), mo\
liwe jest skuteczne
zabezpieczenie się przed wpływem zakłóceń i zniekształceń. Jeśli
przyjmiemy, \
e np.: 0 logiczne zapisujemy jako amplitudę -0,5V, a 1 jako
+0,5V, łatwo mo\
emy sobie wyobrazić, i\
szumy i zakłócenia, nawet na
poziomie 0,1V (czyli 10%) nie wpłyną na prawidłowość dekodowania tak
znacznie odbiegających od siebie poziomów.
Podobnie, zu\
ycie lub częściowe rozmagnesowanie taśmy, na której
sygnał został zapisany, sprawi, \
e zamiast +/-0,5V zostaną odczytane
poziomy +/-0,3V, ale nadal prawidłowo będzie zdekodowany ciąg 0 i 1,
czyli prawidłowa postać sygnału.
W celu dalszej eliminacji zakłóceń, w zapisie cyfrowym są stosowane
przeró\
ne mechanizmy zabezpieczeń, takie jak suma kontrolna,
przeplot, kodowanie blokowe i kanałowe, umo\
liwiające nawet
rekonstrukcję zniekształconych danych.