Розділ 3. Основні відомості щодо цифрових звукових даних

У цій главі наведено короткий вступ до теорії цифрової обробки звукових даних без докладного заглиблення у предмет. Звичайно ж, ці відомості можуть виявитися неповними, отже, якщо у вас виникають додаткові питання, можете надіслати їх до списку листування Kwave або з’ясувати за допомогою вивчення спеціалізованої літератури.

Аналоговий світ

Перш за все, слід мати на увазі, що навколишній світ є аналоговим, а комп’ютер працює із цифровими даними. Існує декілька способів перетворення аналогового звукового сигналу на цифровий, і навпаки. Оскільки, зазвичай, перетворення з цифрових даних на аналогові є зворотним щодо перетворення аналогових даних на цифрові, ми зупинимося лише на перетворенні аналогових даних на цифрові.

Перетворення звуку на послідовність бітів

Перетворення звуку на послідовність бітів

Перш ніж продовжувати, аналогові звукові дані має бути перетворено на цифрові сигнали для зберігання на комп’ютері. Одним зі способів є використання мікрофона та підсилювача. Ця комбінація отримує звукові коливання (зміни у тиску повітря) на вході і виводить дані щодо напруги. Вищу амплітуду зміни тиску буде відтворено як вищі напруги на виході підсилювача. Ці вихідні дані також називаються сигналом. Замість мікрофона ви, звичайно ж, можете уявити інші джерела звуку. А «підсилювачем» може бути схема, інтегрована до звукової картки вашого комп’ютера, де ви, зазвичай, її не побачите.

Перетворення на електронний сигнал

Перетворення на електронний сигнал

На цьому кроці електричні сигнали мають три обмеження, про які слід пам’ятати:

  1. Амплітуду (гучність) обмежено певним максимальним рівнем. Це є наслідком того, що електроніка (підсилювачі) здатні працювати лише напругами у обмеженому діапазоні. Проблем не виникає, якщо звуки не є надто гучними. Якщо ж звук дуже гучний, сигнал буде обрізано, тобто електричний сигнал вийде за можливі межі, а результат буде викривлено.

  2. Діапазон частот також обмежено. Через механічні обмеження начиння мікрофонів та обмежений діапазон частот підсилювачів діапазон частот сигналу обмежено. Немає жорстких меж, за якими звук різко зникає, але нижче певної низької частоти і вище певної високої частоти амплітуда сигналу починає все більше зменшуватися. Існування максимальної частоти можна просто пояснити обмеженням швидкості, з якою електричний сигнал може зростати і спадати. Використовуючи високоякісні підсилювачі і мікрофони можна розширити межі діапазону частот так, що частоти поза діапазоном стануть нечутними для людського вуха, а отже стануть неважливими. Вухо людини, зазвичай, не здатне чути звуки з частотою, що перевищує 20 кГц.

  3. Сигнал завжди містить шум. Шум — найбільший ворог для тих, хто має справу з обробкою будь-яких звукових сигналів. Шум є типовим аналоговим ефектом, який робить звуковий сигнал «нечітким» та засміченим, він завжди є, його не можна уникнути. Можливо лише спробувати скористатися високоякісними компонентами, які роблять рівень шуму якомога нижчим, так, щоб шум був нечутним. Зазвичай, шум має певну гучність, — основний звук має бути набагато гучнішим за шум. Співвідношення між рівнями основного звуку і шуму називається співвідношення сигнал/шум (SNR). Чим вищим є значення цього співвідношення, тим кращою є якість звуку. Звуки, гучність яких нижче за гучність шуму, не буде чути.