Wie unterscheidet sich die digitale Darstellung von Signalen von der analogen?


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Wie unterscheidet sich die digitale Darstellung von Signalen von der analogen?

analog and digital

Die traditionelle analoge Darstellung von Signalen basiert auf der Ähnlichkeit (Ähnlichkeit) elektrischer Signale (Änderungen von Strom und Spannung) mit den von ihnen dargestellten Originalsignalen (Schalldruck, Temperatur, Geschwindigkeit usw.).

Analog vs Digital

Sowie in der Ähnlichkeit der Formen der elektrischen Signale an verschiedenen Punkten des Verstärkungs- oder Übertragungsweges. Die Form der elektrischen Kurve, die das ursprüngliche Signal beschreibt (auch als Übertragung bezeichnet), kommt der Form der Kurve dieses Signals so nahe wie möglich.

Eine solche Darstellung ist am genauesten, jedoch wird die geringste Verzerrung der Form des elektrischen Trägersignals unvermeidlich die gleiche Verzerrung der Form und des Signals des Trägers beinhalten. In Bezug auf die Informationstheorie ist die Informationsmenge im Trägersignal genau gleich der Informationsmenge im Originalsignal, und die elektrische Darstellung enthält keine Redundanz, die das übertragene Signal vor Verzerrung während der Speicherung und Übertragung schützen könnte. und Verstärkung.

Die digitale Darstellung elektrischer Signale soll Redundanz hinzufügen, um unerwünschte Interferenzen zu vermeiden. Hierzu werden dem elektrischen Signal des Trägers ernsthafte Einschränkungen auferlegt: Seine Amplitude kann nur zwei Grenzwerte annehmen: 0 und 1. In diesem Fall wird die gesamte Zone möglicher Amplituden in drei Zonen unterteilt: Die untere Zone repräsentiert Nullwerte, die obere , einzigartig, und das Zwischenprodukt ist nach innen verboten. es können nur Störungen eindringen. Daher beeinflusst jede Interferenz, deren Amplitude weniger als die Hälfte der Amplitude des Trägersignals beträgt, nicht die korrekte Übertragung der Werte 0 und 1. Eine Interferenz mit einer höheren Amplitude beeinflusst auch nicht, ob die Dauer des Interferenzimpulses signifikant ist weniger als die Dauer des Informationsimpulses.

Das auf diese Weise gebildete digitale Signal kann jede nützliche Information enthalten, die in Form einer Folge von Bits codiert ist: Nullen und Einsen; Ein besonderer Fall solcher Informationen sind elektrische und akustische Signale. Hier ist die Informationsmenge in dem digitalen Trägersignal viel höher als in dem ursprünglich codierten Signal, so dass das Trägersignal eine gewisse Redundanz in Bezug auf das Original und jegliche Verzerrung der Wellenform des Trägersignals aufweist. Die Fähigkeit des Empfängers, zwischen Nullen und Einsen korrekt zu unterscheiden, bleibt erhalten, hat jedoch keinen Einfluss auf die Zuverlässigkeit des übertragenen Signals. durch dieses Informationssignal. Bei erheblicher Interferenz kann die Form des Signals jedoch so stark verzerrt werden, dass eine genaue Übertragung der übertragenen Informationen unmöglich wird: Es treten Fehler auf, die mit einem einfachen Codierungsverfahren auftreten kann der Empfänger nicht nur korrigieren, sondern auch erkennen. Um den Widerstand eines digitalen Signals gegen Interferenz und Verzerrung weiter zu erhöhen, werden zwei Arten der digitalen Redundanzcodierung verwendet: Verifizierungscodes (EDC – Fehlererkennungscode) und Korrektur (ECC – Fehlerkorrekturcode). ). Bei der digitalen Codierung werden einfach zusätzliche Bits zu den ursprünglichen Informationen hinzugefügt und / oder die ursprüngliche Bitfolge in eine längere Zeichenfolge und eine andere Struktur umgewandelt. Mit EDC können Sie einfach die Tatsache eines Fehlers erkennen: eine Verzerrung oder einen Verlust einer nützlichen oder das Auftreten einer falschen Ziffer, aber die Informationen, die in diesem Fall übertragen werden, sind auch verzerrt; Mit ECC können Sie erkannte Fehler sofort korrigieren und die übertragenen Informationen unverändert lassen.

Jeder EDC / ECC-Typ hat seine eigene Kapazitätsgrenze zum Erkennen und Korrigieren von Fehlern. Danach beginnen unerkannte Fehler und Verzerrungen der übertragenen Informationen erneut. Eine Erhöhung des EDC / ECC-Volumens im Verhältnis zum Volumen der Originalinformationen erhöht im Allgemeinen die Fähigkeit, diese Codes zu erkennen und zu korrigieren.

Wie EDC der beliebte zyklische Redundanzcode CRC (Cyclic Redundancy Check), dessen Kern das komplexe Mischen der Anfangsinformationen im Block und die Bildung kurzer binärer Wörter ist, deren Bits eine starke Kreuzabhängigkeit von jedem Bit des Blocks aufweisen. Das Ändern auch nur eines Bits in einem Block führt zu einer signifikanten Änderung der daraus berechneten CRC, und die Wahrscheinlichkeit einer solchen Bitverzerrung, bei der sich die CRC nicht ändert, ist selbst bei kurzen CRC-Wörtern (einem kleinen Prozentsatz der Länge) äußerst gering des Blocks). Das ECC verwendet die Codes Hamming und Reed-Solomon, die auch EDC-Funktionen enthalten.

Die Informationsredundanz des digitalen Trägersignals führt zu einer signifikanten Erweiterung (um eine Größenordnung oder mehr) des Frequenzbandes, das für seine erfolgreiche Übertragung erforderlich ist.


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Wie speichere ich guten Sound auf dem Computer?

Wie speichere ich guten Sound auf dem Computer?

digital to analog converter DAC

Zum Aufzeichnen und Speichern digitaler Audioinformationen werden digitale Audioformate verwendet. Das Audioformat wird als eine Reihe von Anforderungen für die digitale Darstellung von Audiodaten verstanden.

Digital Audio to Analog Converter

Wenn es um die Klangqualität geht, werden digitale Formate in drei Kategorien unterteilt:

Formate ohne zusätzliche Komprimierung (CDDA, DSD, WAV, AIFF usw.);
Verlustfreie komprimierte Formate (FLAC, WavPack, ADX usw.);
Verlustbehaftete Komprimierungsformate (MP3, AAC, RealAudio usw.).
Bei der Wiedergabe von Musik, die in Formaten der ersten und zweiten Kategorie gespeichert ist, wird eine hohe Klangqualität erzielt. In den Formaten der dritten Kategorie werden bestimmte Informationen bewusst ausgeschlossen, um die Datenmenge zu verringern. Zum Beispiel Informationen über versteckte Frequenzen.

Latente Frequenzen sind solche, die außerhalb des Wahrnehmungsbereichs der durchschnittlichen Person liegen: 20 Hz – 22 kHz. Für Audiophile ist dieser Bereich aufgrund individueller psychophysiologischer Merkmale breiter.

Um Ihre Heim-Audiobibliothek zu vervollständigen, müssen Sie Datensätze auswählen, die in Dateien mit den folgenden Erweiterungen gespeichert sind:

* .wav, * .dff, * .dsf, * .aif, * .aiff sind unkomprimierte Audiodateien;
* .mp4, * .flac, * .ape, * .wma sind die häufigsten verlustfreien komprimierten Audiodateien.
Aus der Geschichte. Sie sagen, dass die ersten Experimente zur Erhaltung des Klangs von den alten Griechen durchgeführt wurden. Sie versuchten, den Ton in Amphoren zu halten. Es sah ungefähr so ​​aus: Sie sprachen Worte in die Amphore und versiegelten sie schnell. Leider hat keine dieser Aufzeichnungen bis heute überlebt.

Der Plattenspieler: Eine Win-Win-Lösung finden

Die Auswahl eines Players sollte mit einem Verständnis darüber beginnen, wie die Heim-Audiobibliothek gebildet wird. Sie können CDs auf altmodische Weise kaufen oder Ihre Lieblingsmusik im Internet kaufen. Die letzte Option hat zwei wichtige Vorteile. Es ist kompakt und ökologisch:

Es besteht kein Zweifel über den Platz in der Wohnung, an dem die CDs aufbewahrt werden.
Keine Notwendigkeit, fehlerhafte Laufwerke in den Papierkorb zu werfen.
Hast du dich entschieden, wie man Musik kauft? Ausgezeichnet! Wenn Sie Discs kaufen, benötigen Sie einen CD-Player. Wenn Sie lieber online einkaufen möchten, suchen Sie nach einem Player auf einer Festplatte oder einem Flash-Speicher. Unentschieden? Ausgezeichnet! Suchen Sie nach einem vielseitigen Spieler. In diesem können Sie sowohl die Discs als auch die über das Netzwerk gekauften Dateien anhören.

Natürlich kann daraus ein Player und ein Personal Computer werden. Diese Option ist jedoch praktisch, wenn der Computer wirklich persönlich ist. Die Aussicht auf einen Wettbewerb um den Platz auf der Tastatur und mögliche Konflikte wird die Freude am Hören von Musik guter Qualität erheblich verringern.

Achten Sie bei der Auswahl eines Plattenspielers besonders auf die verfügbaren Anschlüsse. Je mehr Anschlussoptionen verfügbar sind, desto einfacher ist es, andere Elemente im Music Center auszuwählen.

DAC! Und die Figur verwandelt sich … in ein analoges Signal

Der Player liest eine Sequenz von einer CD oder einer Datei. Jetzt kommt der mathematischste Moment der digitalen Audiowiedergabe. Das digitale Signal wird analog. Diese Berechnung erfolgt im DAC oder Digital-Analog-Wandler.

Der DAC kann in den Player integriert oder als separate Einheit implementiert werden. Um eine hohe Klangqualität zu erzielen, sollten Sie sich für die zweite Option entscheiden. Der eingebaute Konverter ist normalerweise von geringerer Qualität als der unabhängige. Der externe DAC verfügt über ein eigenes, integriertes Netzteil, das von einer gemeinsamen Quelle mit dem Player gespeist wird. Wenn ein externer DAC verwendet wird, ist er von Störungen durch Plattenspieler und Verstärker nahezu unberührt.

Ein externer DAC für Schaltungslösungen ist in 4 Hauptversionen implementiert:

Pulsweitenmodulator;
Überabtastungsschema;
Art des Wiegens;
R-2R Leiter oder Kettenschema.
Bei so vielen Optionen für hochwertigen Klang ist die Option R-2R unbestritten. Aufgrund einer speziellen Schaltung, die in Präzisionswiderständen implementiert ist, erreicht ein Leiter-DAC eine sehr hohe Umwandlungsgenauigkeit.

Bei der Auswahl eines externen Digital-Analog-Wandlers sollten Sie zwei Hauptmerkmale beachten:

Bittiefe. Es ist gut, wenn das ausgewählte Modell 24 Bit hat.
Maximale Abtastrate. Sehr gute 96 kHz, großartige 192 kHz.