5. Звук. Методы съема и воспроизводства звука. Компрессия звука. Основные звуковые форматы.

Графический вид аналогового сигнала (колебания) изображен на Рис.1. Он из себя представляет непрерывно меняющуюся амплитуду по оси времени. Если характер изменения амплитуды через некоторое время повторяется, говорят о периоде повторения, который обозначается, как Т. Длительная во времени последовательность повторяющихся периодов колебания формируют сигнал определенной частоты – f, имеющей размерность герц (Гц). Частота сигнала связана с периодом повторения следующей зависимостью f = 1/T .

Графический вид аналогового сигнала дает лишь временное представление сигнала, для анализов сигналов более полное представление дает частотное или спектр сигналов.

Звук, издаваемый человеком, имеет переменную громкость и меняется по частоте. У такого звука довольно сложный спектр структуры. Женский голос состоит из множества частот, группируемых в районе 15000 Гц. Мужской голос состоит из частот, группируемых в районе 8000 Гц.

Характеристики аналогово звука: значение амплитуды, значение частоты, ширина спектра, время существования сигнала.

Ширина спектра – разница между наивысшей и наименьшей частотой.

Цифровой звук и его характеристики

Аналоговый сигнал имеет непрерывную природу, в то время как цифровой сигнал дискретен. Частота цифрового съема носит название частоты дискретизации. Чем выше частота дискретизации, тем больше цифровой звук похож на аналоговый.

Человеческое ухо устроено так, что дискретный сигнал с частотой в 2 раза превышающей верхний частотный порог, слышимый человеком, на слух не отличим от аналогового.

Глубина бит цифрового звука – это точность, с которой описываются характеристики звуковой волны. Чем выше глубина бит, тем ближе цифровое представление звука к аналоговому. В основном для кодировки используют 8 и 16 бит.

Аудио поток представляет собой, обрабатываемое цифро-аналоговым преобразователем за 1 секунду. Чем больше аудио поток, тем более ресурсоемким будет процесс преобразования. Ресурс, затраченный на процесс преобразования, вычисляется для каждого канала как произведение частоты дискретизации на глубину бит цифрового звука.

Если звук стерео или двухканальный, то аудио поток будет равен сумме потоков каждого канала.

Создание цифрового звука из аналогово

Общая схема преобразования представлена на рисунке

Начинает поступать аналоговый сигнал, в момент времени t1 в блоке замера амплитуды появляется импульс от тактового генератора, который дает команду на замер амплитуды сигнала. Блок замера амплитуды просматривает, на какой уровень квантования попала амплитуда сигнала, и выдает соответствующую информацию блоку кодирования амплитуды, в виде группы кода соответствующей нужному уровню квантования. В момент времени t2 снова подается сигнал тактового генератора, который дает команду на замер амплитуды и блок кодирования выдает соответствующую группу кода. Сигналы от тактового генератора и блока кодирования амплитуды поступают в процессор блока. Таким образом, частота тактового генератора используется для замера аналогового сигнала в определенные моменты времени. Чем выше частота тактового генератора, тем более высокие звуковые частоты могут обрабатываться без искажения. Верхняя звуковая частота, различаемая человеческим ухом, чуть более 16000 Гц, для ее качественной обработки необходима частота тактового генератора 14000 Гц.

Количество уровней квантования определяется вторую характеристику АЦП – разрядность квантования. Чем она больше, тем точнее будет произведен замер амплитуды. Разрядность квантования для современных АЦП составляет 16, 32, 48 разряда.