double arrow

Представление звуковых данных

Слуховой аппарат человека способен различать частотные составляющие звука в среднем в пределах от 20 Гц до ~20 КГц, причем верхняя граница может колебаться в зависимости от возраста и других факторов Звуковая волна, воспринимаемая человеком, представляет собой сложную функцию зависимости амплитуды волны от времени. Сложность этой функции не позволяет задать ее точно математическим выражением или каким-то другим способом для запоминания и обработки в ТСИ. Поэтому звуковая волна представляется путем запоминания значений ее амплитуды в дискретные моменты времени.

Аналоговый (непрерывный) звук представляется в аналоговой аппаратуре непрерывным электрическим сигналом. ТСИ и, в частности, компьютер, оперирует с данными в цифровом виде, т.е. звук в компьютере представляется в цифровом виде.

Цифровой звук – это способ представления электрического сигнала посредством дискретных численных значений его амплитуды.

Оцифровка сигнала включает в себя два процесса – процесс дискретизации (осуществление выборки) и процесс квантования.

Процесс дискретизации (рис. 1.5.2) – это процесс получения значений величин преобразуемого сигнала в определенные промежутки времени.

Квантование (рис. 1.5.3) – процесс замены реальных значений сигнала приближенными с определенной точностью.

Рисунок 1.5.2.

Рисунок 1.5.3.

Таким образом, оцифровка звукаэто фиксация амплитуды сигнала через определенные промежутки времени и регистрация полученных значений амплитуды в виде округленных цифровых значений (так как значения амплитуды являются величиной непрерывной, нет возможности конечным числом записать точное значение амплитуды сигнала, именно поэтому прибегают к округлению).

Записанные значения амплитуды сигнала называются отсчетами. Очевидно, что чем чаще брать отсчеты амплитуды (т.е. чем выше частота дискретизации) и чем меньше округлять полученные значения амплитуды (т.е. чем больше уровней квантования), тем более точным будет представление звукового сигнала. При этом существенно возрастет объем хранимой информации. В связи с этим существует проблема выбора между качеством представления сигнала и занимаемым им объемом в оцифрованном виде.

При решении этой проблемы следует руководствоваться известной теоремой Котельникова, согласно которой частота дискретизации устанавливает верхнюю границу частот оцифрованного сигнала, а именно, максимальная частота спектральных составляющих равна половине частоты дискретизации сигнала.

Например, чтобы получить полную информацию о звуке в частотной полосе до 22050 Гц, частота дискретизации должна быть не менее 44.1 КГц.

Именно поэтому с учетом возможностей слухового аппарата человека стандартные параметры записи аудио компакт-дисков следующие: частота дискретизации – 44.1 КГц, уровень квантования – 16 бит. Это соответствует 65536 (216) уровням квантования амплитуды при взятии ее значений 44100 раз в секунду.

Для преобразования дискретного (цифрового) сигнала в аналоговый вид, пригодный для обработки аналоговыми устройствами (усилителями и фильтрами) и последующего воспроизведения через акустические системы, служит цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). Процесс преобразования представляет собой обратный процесс дискретизации: зная информацию о величине отсчетов (амплитуды сигнала) и используя определенное количество отсчетов в единицу времени, путем интерполирования происходит восстановление исходного сигнала (рис. 1.5.4).

Рисунок 1.5.4.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: