Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Цифрови́й звук (англ. Digital audio) — спосіб зберігання звуку у формі цифрового сигналу. У ширшому сенсі — цифрові технології обробки, зберігання та відтворення звуку.
Цифровий звуковий сигнал — це , де інформація кодується за допомогою семплів (числових значень форми хвилі на кожен момент часу). Кожен семпл є набором бітів (значень 0 або 1). Зазвичай використовуються 16-бітні або 24-бітні сигнали. Кількість семплів на секунду в цифровому сигналі визначається частотою дискретизації (sample rate), яка вимірюється в герцах. Чим вища частота дискретизації — тим вищі частоти може містити звуковий сигнал.
Цифровий звук принципово відрізняється від аналогового. В (наприклад при записі на грамофонні платівки, магнітофонні касети тощо), акустичні коливання повітря перетворюються на аналогічні за формою електричні за допомогою мікрофона та зберігаються, а відтворення звуку відбувається зворотнім шляхом — через підсилювач та конвертацію в акустичні коливання через гучномовець.
Цифровий звук, натомість, перетворює акустичні коливання у (1/0).
Оцифрування звуку
Перетворення аналогового сигналу в цифровий відбувається з допомогою спеціального пристрою «аналогово-цифрового перетворювача» (наприклад, звукова карта комп'ютера). Окрім того, цифровий сигнал часто генерують з допомогою цифрових синтезаторів. Для програвання цифрового сигналу він знову перетворюється у аналоговий, і передається на гучномовець.
Параметри оцифрування
Аналогово-цифровий перетворювач здійснює заміри амплітуди звукового сигналу з певною частотою дискретизації (sample rate) та з певною роздільністю (bit resolution). Відповідно основними якісними характеристиками цифрового аудіо є такі:
- Частота дискретизації, що визначає частоту, з якою здійснюються заміри амплітуди сигналу і вимірюється у Герцах або кілогерцах (кГц). Згідно з теоремою Котельникова, частота дискретизація повинна бути щонайменше вдвічі більшою за найвищу частоту корисного сигналу. Оскільки людина сприймає звуки частотою до 20 кГц, то для якісного аудіо частота дискретизація повинна бути щонайменше вдвічі вищою за цю частоту.
- Амплітудна роздільність, що визначає точність, з якою здійснюються заміри амплітуди сигналу. Амплітудна роздільність вимірюється у кількості бітів, що відводяться для запису значення амплітуди (семплу). Оскільки 1 біт = одному розряду у двійковій системі, ця величина називається розрядністю, а кількість можливих значень амплітуди x та кількість розрядів наступним y описується відношенням
![image]()
. Тобто, наприклад, 16 бітова розрядність забезпечує запис 216 = 65 536 рівнів амплітуди.
Підвищення обох параметрів уможливлюють якісніше оцифрування звуку, проте збільшують і обсяги даних. Тому на практиці вживаються різні стандарти дискретизації та розрядності. Наприклад, стандартний Audio CD має частоту дискретизації 44,1 кГц (44,100 семпли в секунду) та 16-бітову розрядність для кожного каналу (стерео). Натомість DVD-Audio може використовувати частоту дискретизації до 192 кГц, а розрядність — до 24 біт.
Антиалайзинг і дитеринг
Якщо записуваний сигнал включає частоти, вищі за максимально припустиму граничну частоту (англ. Nyquist frequency), при його оцифруванні виникає ефект накладання спектрів частот (англ. aliasing). Для запобігання цього ефекту необхідний , що обмежує спектр сигналу граничною частотою.
Іншим небажаним ефектом при оцифруванні звуку є шум квантування, що виникає внаслідок округлення значень амплітуди. Шум квантування сприймається як доволі неприємне спотворення на частоті 3-5 кГц. Для зменшення цього ефекту використовується дитеринг, ефект додавання до сигналу псевдовипадкового сигналу. Хоча загальний рівень шумів при дитерингу збільшується, суб'єктивно сприйманий неприємний ефект — зменшується.
Якість звуку
Завданням як аналогової, так і цифрової систем є відтворення звуку з максимальною якістю. Проте існують ряд перешкод для досягнення бажаного результату:
- Аналоговий , який залежить від ємності та індуктивності, що обмежують смугу пропускання системи, а також опору, що обмежує амплітуду.
- Цифровий шум квантизації, який залежить від частоти дискретизації, що обмежує смуги пропускання, а також розрядності, що обмежує динамічний діапазон.
Для досягнення вищої якості запису необхідні високоякісні компоненти, що збільшує загальну вартість обладнання.
Подальша робота з цифровим звуком
Після оцифрування, оцифрований звуковий сигнал може бути підданим цифровій обробці, що може включати застосування фільтрів або звукових ефектів.
Далі цифрове аудіо може бути збережене або передане. Зберігання цифрового аудіо здійснюється на компакт-дисках, iPod, жорстких дисках або будь-яких інших цифрових носіях інформації. Для зменшення обсягу файлів звичайно застосовується стиснення звукових даних у таких форматах як MP3, Ogg Vorbis або AAC.
Останнім етапом роботи з цифровим аудіо є зворотна конвертація в аналоговий формат за допомогою Цифро-аналогового перетворювача (DAC). Як і АЦП, ЦАП працює із заданою частотою модуляції (sampling rate) та розрядністю (bit resolution), причому частота модуляції може відрізнятися від застосованої при АЦП. В цьому випадку здійснюються процеси передискретизаці, або .
Застосування
Експериментальні цифрові звукозаписи існували з 1960-х. Комерційне продукування цифрових записів класичної та джазової музики починається на початку 1970-х, піонерами були японські компанії , BBC та британський лейбл Decca. Перший 16-бітний PCM-запис у США був зроблений в 1976 році. В більшості випадків мікшування звуку не застосовувалось; цифровий стереозапис виготовлявся та використовувався як незмінний майстер-запис для наступного комерційного використання та позначався як «DDD» . Перший повністю цифровим (DDD) альбомом поп-музики став «Bop Till You Drop» гурту Ry Cooder, записаний в 1978.
Цифровий звук виявився корисним для запису, обробки, масового виробництва та поширення аудіо. В сучасності поширення музики через інтернет-магазини магазини залежить від цифрового запису та алгоритмів компресії звуку. Поширення звукової інформації у вигляді аудіофайлів значно дешевше ніж її поширення у вигляді фізичних об'єктів. В той же час, таке поширення дає можливість через peer-to-peer мережі, що в багатьох країнах вважається (піратством), шкідливим для бізнесу.
Див. також
Література
- Р. Петелин, Ю.Петелин. Музыкальный компьютер. Секреты мастерства СПб: БХВ-Санкт-Петербург, Арлит, 2003. — 686 с.
- Питер Кирн. Цифровой звук.
- Borwick, John, ed., 1994: Sound Recording Practice (Oxford: Oxford University Press)
- Ifeachor, Emmanuel C., and Jervis, Barrie W., 2002: Digital Signal Processing: A Practical Approach (Harlow, England: Pearson Education Limited)
- Rabiner, Lawrence R., and Gold, Bernard, 1975: Theory and Application of Digital Signal Processing (Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall, Inc.)
- Watkinson, John, 1994: The Art of Digital Audio(Oxford: Focal Press)
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Cifrovi j zvuk angl Digital audio sposib zberigannya zvuku u formi cifrovogo signalu U shirshomu sensi cifrovi tehnologiyi obrobki zberigannya ta vidtvorennya zvuku Zvukova hvilya sira predstavlena v cifrovomu viglyadi chervona Cifrovij zvukovij signal ce de informaciya koduyetsya za dopomogoyu sempliv chislovih znachen formi hvili na kozhen moment chasu Kozhen sempl ye naborom bitiv znachen 0 abo 1 Zazvichaj vikoristovuyutsya 16 bitni abo 24 bitni signali Kilkist sempliv na sekundu v cifrovomu signali viznachayetsya chastotoyu diskretizaciyi sample rate yaka vimiryuyetsya v gercah Chim visha chastota diskretizaciyi tim vishi chastoti mozhe mistiti zvukovij signal Cifrovij zvuk principovo vidriznyayetsya vid analogovogo V napriklad pri zapisi na gramofonni plativki magnitofonni kaseti tosho akustichni kolivannya povitrya peretvoryuyutsya na analogichni za formoyu elektrichni za dopomogoyu mikrofona ta zberigayutsya a vidtvorennya zvuku vidbuvayetsya zvorotnim shlyahom cherez pidsilyuvach ta konvertaciyu v akustichni kolivannya cherez guchnomovec Cifrovij zvuk natomist peretvoryuye akustichni kolivannya u 1 0 Ocifruvannya zvukuDokladnishe Cifrovij zvukozapis Peretvorennya analogovogo signalu v cifrovij vidbuvayetsya z dopomogoyu specialnogo pristroyu analogovo cifrovogo peretvoryuvacha napriklad zvukova karta komp yutera Okrim togo cifrovij signal chasto generuyut z dopomogoyu cifrovih sintezatoriv Dlya progravannya cifrovogo signalu vin znovu peretvoryuyetsya u analogovij i peredayetsya na guchnomovec Parametri ocifruvannya Analogovo cifrovij peretvoryuvach zdijsnyuye zamiri amplitudi zvukovogo signalu z pevnoyu chastotoyu diskretizaciyi sample rate ta z pevnoyu rozdilnistyu bit resolution Vidpovidno osnovnimi yakisnimi harakteristikami cifrovogo audio ye taki Chastota diskretizaciyi sho viznachaye chastotu z yakoyu zdijsnyuyutsya zamiri amplitudi signalu i vimiryuyetsya u Gercah abo kilogercah kGc Zgidno z teoremoyu Kotelnikova chastota diskretizaciya povinna buti shonajmenshe vdvichi bilshoyu za najvishu chastotu korisnogo signalu Oskilki lyudina sprijmaye zvuki chastotoyu do 20 kGc to dlya yakisnogo audio chastota diskretizaciya povinna buti shonajmenshe vdvichi vishoyu za cyu chastotu Amplitudna rozdilnist sho viznachaye tochnist z yakoyu zdijsnyuyutsya zamiri amplitudi signalu Amplitudna rozdilnist vimiryuyetsya u kilkosti bitiv sho vidvodyatsya dlya zapisu znachennya amplitudi semplu Oskilki 1 bit odnomu rozryadu u dvijkovij sistemi cya velichina nazivayetsya rozryadnistyu a kilkist mozhlivih znachen amplitudi x ta kilkist rozryadiv nastupnim y opisuyetsya vidnoshennyam x 2y displaystyle x 2 y Tobto napriklad 16 bitova rozryadnist zabezpechuye zapis 216 65 536 rivniv amplitudi Pidvishennya oboh parametriv umozhlivlyuyut yakisnishe ocifruvannya zvuku prote zbilshuyut i obsyagi danih Tomu na praktici vzhivayutsya rizni standarti diskretizaciyi ta rozryadnosti Napriklad standartnij Audio CD maye chastotu diskretizaciyi 44 1 kGc 44 100 sempli v sekundu ta 16 bitovu rozryadnist dlya kozhnogo kanalu stereo Natomist DVD Audio mozhe vikoristovuvati chastotu diskretizaciyi do 192 kGc a rozryadnist do 24 bit Antialajzing i ditering Yaksho zapisuvanij signal vklyuchaye chastoti vishi za maksimalno pripustimu granichnu chastotu angl Nyquist frequency pri jogo ocifruvanni vinikaye efekt nakladannya spektriv chastot angl aliasing Dlya zapobigannya cogo efektu neobhidnij sho obmezhuye spektr signalu granichnoyu chastotoyu Priklad audio iz zrostayuchim shumom kvantizaciyi source source Pri problemah glyante v dovidku Inshim nebazhanim efektom pri ocifruvanni zvuku ye shum kvantuvannya sho vinikaye vnaslidok okruglennya znachen amplitudi Shum kvantuvannya sprijmayetsya yak dovoli nepriyemne spotvorennya na chastoti 3 5 kGc Dlya zmenshennya cogo efektu vikoristovuyetsya ditering efekt dodavannya do signalu psevdovipadkovogo signalu Hocha zagalnij riven shumiv pri diteringu zbilshuyetsya sub yektivno sprijmanij nepriyemnij efekt zmenshuyetsya Yakist zvuku Zavdannyam yak analogovoyi tak i cifrovoyi sistem ye vidtvorennya zvuku z maksimalnoyu yakistyu Prote isnuyut ryad pereshkod dlya dosyagnennya bazhanogo rezultatu Analogovij yakij zalezhit vid yemnosti ta induktivnosti sho obmezhuyut smugu propuskannya sistemi a takozh oporu sho obmezhuye amplitudu Cifrovij shum kvantizaciyi yakij zalezhit vid chastoti diskretizaciyi sho obmezhuye smugi propuskannya a takozh rozryadnosti sho obmezhuye dinamichnij diapazon Dlya dosyagnennya vishoyi yakosti zapisu neobhidni visokoyakisni komponenti sho zbilshuye zagalnu vartist obladnannya Podalsha robota z cifrovim zvukomOglyad cifro lt gt analogovogo peretvorennya Pislya ocifruvannya ocifrovanij zvukovij signal mozhe buti piddanim cifrovij obrobci sho mozhe vklyuchati zastosuvannya filtriv abo zvukovih efektiv Dali cifrove audio mozhe buti zberezhene abo peredane Zberigannya cifrovogo audio zdijsnyuyetsya na kompakt diskah iPod zhorstkih diskah abo bud yakih inshih cifrovih nosiyah informaciyi Dlya zmenshennya obsyagu fajliv zvichajno zastosovuyetsya stisnennya zvukovih danih u takih formatah yak MP3 Ogg Vorbis abo AAC Ostannim etapom roboti z cifrovim audio ye zvorotna konvertaciya v analogovij format za dopomogoyu Cifro analogovogo peretvoryuvacha DAC Yak i ACP CAP pracyuye iz zadanoyu chastotoyu modulyaciyi sampling rate ta rozryadnistyu bit resolution prichomu chastota modulyaciyi mozhe vidriznyatisya vid zastosovanoyi pri ACP V comu vipadku zdijsnyuyutsya procesi perediskretizaci abo ZastosuvannyaEksperimentalni cifrovi zvukozapisi isnuvali z 1960 h Komercijne produkuvannya cifrovih zapisiv klasichnoyi ta dzhazovoyi muziki pochinayetsya na pochatku 1970 h pionerami buli yaponski kompaniyi BBC ta britanskij lejbl Decca Pershij 16 bitnij PCM zapis u SShA buv zroblenij v 1976 roci V bilshosti vipadkiv mikshuvannya zvuku ne zastosovuvalos cifrovij stereozapis vigotovlyavsya ta vikoristovuvavsya yak nezminnij majster zapis dlya nastupnogo komercijnogo vikoristannya ta poznachavsya yak DDD Pershij povnistyu cifrovim DDD albomom pop muziki stav Bop Till You Drop gurtu Ry Cooder zapisanij v 1978 Cifrovij zvuk viyavivsya korisnim dlya zapisu obrobki masovogo virobnictva ta poshirennya audio V suchasnosti poshirennya muziki cherez internet magazini magazini zalezhit vid cifrovogo zapisu ta algoritmiv kompresiyi zvuku Poshirennya zvukovoyi informaciyi u viglyadi audiofajliv znachno deshevshe nizh yiyi poshirennya u viglyadi fizichnih ob yektiv V toj zhe chas take poshirennya daye mozhlivist cherez peer to peer merezhi sho v bagatoh krayinah vvazhayetsya piratstvom shkidlivim dlya biznesu Div takozhCifrovi zvukovi formati Vsesvitnij den audiovizualnoyi spadshiniLiteraturaR Petelin Yu Petelin Muzykalnyj kompyuter Sekrety masterstva SPb BHV Sankt Peterburg Arlit 2003 686 s Piter Kirn Cifrovoj zvuk ISBN 978 5 8459 1324 1 Borwick John ed 1994 Sound Recording Practice Oxford Oxford University Press Ifeachor Emmanuel C and Jervis Barrie W 2002 Digital Signal Processing A Practical Approach Harlow England Pearson Education Limited Rabiner Lawrence R and Gold Bernard 1975 Theory and Application of Digital Signal Processing Englewood Cliffs New Jersey Prentice Hall Inc Watkinson John 1994 The Art of Digital Audio Oxford Focal Press