2. Звук, источники звука

Звук – колебат. движ-я частиц упругой среды, распределяющиеся в виде волн в газообразной, жизкой или твердой средах.

Источник звука – механич.колеб-я.

3. Двоичное кодирование звуковой информации (понятие амплитуда, частота, частота дискретизации, графическое изображение звука, формула расчета информационного объема закодированного звука).

Амплиту́да — максимальное значение смещения или изменения переменной величины от среднего значения при колебательном или волновом движении. амплитуда звуковых волн и аудиосигналов обычно относится к амплитуде давления воздуха в волне, но иногда описывается как амплитуда смещения относительно равновесия (воздуха или диафрагмы говорящего).

Частота́ — физическая величина, характеристика периодического процесса, равная числу полных циклов, совершённых за единицу времени. Величина, обратная частоте, называется периодом.

Частота дискретизации – количество измерений уровня входного сигнала в единицу времени (за 1 сек). Чем больше частота дискретизации, тем точнее процедура двоичного кодирования (Гц).

Считается, что диапазон частот, которые слышит человек, составляет от 20 Гц до 20 кГц.

Размер цифрового моноаудиофайла ( A) измеряется по формуле:

A=D*T*I, где D –частота дискретизации (Гц), T – время звучания или записи звука, I разрядность регистра (разрешение).

4. Аналого-цифровой преобразователь (ацп).

Дискретизация (разбиение звукового сигнала на промежутки) – процесс получения значений величин преобразуемого сигнала в опред.промежутки времени.

Квантование (округление) – процесс замены реальных значений сигнала приближенными с опред.точностью (горизонтальные линии).

Кодирование – преобразов-е уровней квантования в виде нулей и единиц, и запись в виде двоичного кода.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) — устройство для преобразования цифрового (обычно двоичного) кода в аналоговый сигнал (ток, напряжение или заряд).

5. Наложение спектров (алиасинг).

Алиасинг, наложение — эффект, приводящий к наложению, неразличимости различных непрерывных сигналов при их дискретизации.

Алиасинг — одна из главных проблем при аналого-цифровом преобразовании видео- и аудиосигналов. Неправильная дискретизация аналогового сигнала приводит к тому, что высокочастотные его составляющие накладываются на низкочастотные, в результате чего восстановление сигнала во времени приводит к его искажениям. Для предотвращения этого эффекта частота дискретизации должна быть достаточно высокой и сигнал должен быть надлежащим образом отфильтрован перед оцифровкой.

Алиасинг в компьютерной графике — эффект «ступенчатости» изображения, против которого используются различные алгоритмы сглаживания.

6. Метод оверсэмплинг.

Оверсэмплинг – дискретизация с частотой, значительно превышающей требуемую.

По этому методу диапазон частот входного аналоговый сигнала ограничивается с помощью сравнительно несложного аналогового фильтра. Причём частота среза фильтра выбирается значительно выше высшей полезной частоты, а переходная полоса фильтра делается достаточно широкой. Таким образом исключаются и завал “полезных” высших частот, и фазовые искажения характерные для аналоговых фильтров с узкой переходной полосой. Далее отфильтрованный, с ограниченным по частоте спектром сигнал дискретизируется на достаточно высокой частоте, исключающей наложение и искажение спектра (алиазинг). Затем дискретные отсчёты сигнала преобразуются в последовательность чисел с помощью АЦП. После этого мы имеем поток цифровых данных, представляющих аналоговый сигнал включая и нежелательные высокочастотные компоненты и помехи. Эти цифровые данные пропускаются через цифровой фильтр с очень узкой переходной полосой и очень большим подавлением нежелательных высокочастотных компонент. Сегодня расчёт и создание таких цифровых фильтров, к тому же не вносящих никаких фазовых искажений, не представляет больших трудностей. После цифрового фильтра получается цифровое представление сигнала, имеющего спектр, правильно ограниченный по частоте. Применяя к такому сигналу теорему Найквиста мы можем резко понизить частоту его дискретизации до удвоенной величины наивысшей полезной частотной составляющей, чего мы и хотели добиться.

Оверсэмплинг - способ обмануть при оцифровке суровые законы физики, и получить приличные результаты оцифровки на более дешевых и простых фильтрах. При этом за счет примешивания "своих" сэмплов, модуль передискретизации как бы "повышает" частоту сэмплирования. Еще одним полезным эффектом этого этапа оцифровки является заброс отразившихся от частоты Найквиста более высоких частот (см. Первую часть) обратно в неслышимую часть звукового диапазона. Обратным процессом является прореживание (decimation, "децимация"), когда сигнал снова деградируется до "штатных" частоты и разрядности. Разница между фактической частотой АЦП и "внутренней", передискретизационной, может достигать сумасшедшей разницы - до 128 раз. (к примеру, для 44100 Гц это была бы частота 5.6МГц!)