Оцифровка звука

Представление звуковых данных

Оцифровка звука

Звук, в широком смысле — упругие волны, продольно распространяющиеся в какой-либо упругой среде и создающие в ней механические колебания. Чтобы ее представить в виде, читаемом компьютером, необходимо выполнить следующие преобразования (рисунок 3): звуковой сигнал преобразовывают в электрический аналог звука с помощью микрофона. Электрический аналоговое (ЦАП). Во время оцифровки сигнал дискретизуется по времени и по уровню (рисунок 4).

Рисунок 3

Дискретизация по времени выполняется следующим образом: весь период времени T разбивается на малые интервалы времени . Предполагается, что в течение этого интервала уровень сигнала изменяется незначительно и может с некоторым допущением считаться постоянным. Величина называется частотой дискретизации. Она измеряется в герцах.

Дискретизация по уровню называется квантованием и выполняется так: область изменения сигнала от самого малого значения до самого большого значения разбивается на N равных квантов, промежутков величиной:

Рисунок 4

Каждый квант связывается с его порядковым номером, т.е. целым числом, которое легко может быть представлено в двоичной СС. Если сигнал после дискретизации по времени попадает в промежуток (), то ему в соответствие ставится код i.

При оцифровке звука возникает две задачи:

1) С какой частотой измерять сигнал;

2) С какой точностью надо измерять сигнал, чтобы получить при воспроизведении звук удовлетворительного качества.

Ответ на первую задачу дает теорема Найквиста, которая утверждает, что, если сигнал оцифрован с частотой , то высшая слышимая частота будет не более .

Вторая задача решается подбором числа уровней та, чтобы не имел высокого уровня шума и «электронного» оттенка звучания (что характеризуется уровнем нелинейных искажений). Число уровней берется как . При этом n может равняться 8, 16, т.е. каждое измерение занимает один или 2 байта.

Высокое качество воспроизведения получается в формате лазерного аудиодиска при следующих параметрах оцифровки: частота дискретизации – 44,1 кГц, квантование – 16 бит. Таким образом, 1 сек стереозвука займет 2 байта*44100 байт/c*2 кан*1 сек = 176 400 байт дисковой памяти. Качество звука при этом будет достаточно высокое.

Для телефонных переговоров удовлетворительное качество получается при частоте дискретизации 8 кГц и частоте квантования 255 уровней.