Formaten: wat is digitaal geluid

Free Download Mp4Gain

We now offer a subscription for just 10 cents a day*

You will always enjoy the full version of Mp4Gain with all its features and benefits.

For just 10 cents a day*

*Unlimited FULL version of Mp4Gain, billed $US12.50 Quarterly (+ $5 USD one time subscription payment JUST in the first payment).

All other payments will be just $3.12 per month, billed quaterly.

That's only 10 cents per day!

CLICK TO PURCHASE

THIS PRICE ONLY LASTS FOR A FEW DAYS

Formaten: wat is digitaal geluid

Digital Sound

Geluid speelt een steeds belangrijkere rol in de moderne wereld, omdat het zich allang heeft afgescheiden van de nauwe band met het beeld dat opkwam tijdens de hoogtijdagen van televisie en film.

digital sound

Moderne multimedia-apparatuur heeft de grootste mogelijkheden, niet alleen voor weergave, maar zelfs voor het veranderen van het geluid. Het is niet langer een dood record, een statische reproductie van gebeurtenissen uit het verleden, stevig op het medium gedrukt. De belangrijkste rol bij het transformeren van onze ideeën over geluid werd gespeeld door de ontwikkeling van een digitale methode om geluid op te nemen, waardoor het een datastroom wordt die gemakkelijk en natuurlijk kan worden bediend met moderne apparaten.

De basis van ‘cijfers’

Elk van de multimedia-apparaten die tegenwoordig te koop zijn, of het nu een cd-speler, een voicerecorder of een flash-geheugenspeler is, gebruikt veel verschillende soorten presentaties van datastromen, die vervolgens worden omgezet in geluid. En er zijn nog meer geluidsformaten uitgevonden die voor professionele doeleinden worden gebruikt. Een onervaren koper wordt gedwongen om informatie over aanduidingen op dozen en apparaten uit verschillende bronnen te verzamelen, vaak met onjuiste informatie of zelfs meer verwarring.

Bijna alle apparaten in de “Portable Audio” -sectie van de ZOOM.CNews.ru-catalogus ondersteunen meerdere geluidsformaten tegelijkertijd, en veel apparaten die niet in deze categorie horen, zijn ook voorzien van een tag met ondersteuning voor het afspelen van geluidsbestanden. Om onze lezer te helpen, hebben we besloten om een korte woordenlijst met afkortingen te maken en de meest voorkomende formaten te bespreken. We zijn van plan om het open te laten voor updates en wijzigingen, nieuwe formaten toe te voegen en de voor- en nadelen van de reeds gangbare of vergeten formaten in meer detail te beschrijven.

Een beetje theorie

Onthoud om te beginnen dat digitaal geluid niets meer is dan een verzameling cijfers. Bepalend is het systeem waarmee geluid als luchtdruk wordt omgezet in datastromen en gecodeerd voor verdere verwerking en weergave. Dientengevolge wordt digitaal geluid meestal opgenomen in computerbestanden met verschillende extensies, die vaker (maar niet altijd) hun formaat kunnen bepalen. En hetzelfde concept van formaat kan, paradoxaal genoeg, twee betekenissen hebben. Ten eerste kan het formaat bestaan als een algemeen kenmerk dat zowel het type als de fysieke kenmerken van het medium (schijf of cassette), de opnamemethode, de coderingsprincipes en bescherming tegen fouten omvat. Ten tweede kan het formaat alleen worden begrepen als de methode van audiocodering en -compressie, aangezien standaardmiddelen worden gebruikt voor overdracht, bijvoorbeeld

Analoog geluid wordt, in tegenstelling tot digitaal, gereproduceerd op analoge apparaten en vertoont een aantal significante verschillen. Hoewel het geen gegevensstroom is, wordt analoge audio weergegeven als een continu elektrisch signaal dat een verandering in de geluidsgolf vertegenwoordigt. Om het naar digitaal formaat te vertalen, wordt het geluid “gedigitaliseerd”, dat wil zeggen, het wordt verdeeld in bepaalde segmenten, waarin de numerieke waarde van de amplitude op dat moment is vastgelegd. We zullen niet ingaan op de principes van het creëren van digitaal geluid, maar het is absoluut noodzakelijk om op te merken dat hoe vaker een geluidssegment wordt opgedeeld en de kenmerken ervan worden beschreven, hoe duidelijker en completer het geluidsbeeld zelf wordt gecreëerd.

Dit proces genereert een grote hoeveelheid gegevens die het geluid beschrijven, en het is duidelijk dat elk digitaal audioformaat niets meer is dan een compromis tussen de noodzaak om het geluid zo luid mogelijk weer te geven en de geheugenbeperkingen van een computer of apparaat. Van reproductie.

Een beetje meer theorie. In de meeste gevallen neemt het menselijk oor geluid waar met een frequentie niet hoger dan 22.000 Hz en, om het volledig in digitale vorm te beschrijven, is een bemonsteringsfrequentie van minimaal 44,1 kHz vereist. Aangezien het absoluut onmogelijk is om de waarde van het signaal op een bepaald moment te bepalen, vindt tijdens de digitalisering kwantisering plaats, dat wil zeggen de vervanging van de werkelijke waarden van het signaal door benaderende waarden. Hoe meer niveaus van audiokwantisering, hoe nauwkeuriger het signaalniveau wordt beschreven. Dientengevolge draagt elke standaard-cd een audiosignaal met een bemonsteringsfrequentie van dezelfde 44,1 kHz en een 16-bits kwantiseringsniveau, en in sommige apparaten wordt bemonstering gedaan op 48 kHz.

De voordelen van digitale audio

En nu in het kort waarom dit algoritme is ontwikkeld. Digitaal geluid heeft enorme voordelen ten opzichte van analoog, hoewel we de bepaalde nadelen ervan niet mogen vergeten. De belangrijkste waarde van digitaal geluid is de mogelijkheid van oneindig lange opslag en weergave

Free Download Mp4Gain

Van analoog naar digitaal en vice versa

Van analoog naar digitaal en vice versa

Tegenwoordig zijn bijna 99% van de geluidsopnames, studioapparatuur voor geluidsweergave en muzieksynthesizers digitale apparaten.

Iedereen weet dat zelfs een typische cd-speler voor thuisgebruik een digitaal-naar-analoog-omzetter gebruikt en dat muziek op cd’s in 16-bits getallen wordt geschreven. Zowel het originele geluid als het muziekmateriaal (stem, klassieke muziekinstrumenten, elektrische gitaren enz.) En de geluidsuitvoer van uw Muziekcentrum zijn echter analoge signalen, geen digitale signalen. Daarom is het voor de huidige opname-industrie de sleutel om analoge signalen om te zetten in digitale en digitale gegevens om te zetten in analoge audiosignalen. Laten we proberen uit te vinden hoe deze transformaties plaatsvinden. Het analoge signaal vertegenwoordigt een continu proces in tijd en amplitude, en de digitale weergave is een reeks of een reeks getallen die bestaat uit een eindig aantal bits. De omzetting van een analoog signaal naar digitaal bestaat uit twee fasen: tijdbemonstering en amplitudekwantisering. Tijdbemonstering betekent dat het signaal wordt gerepresenteerd door een reeks van zijn monsters die met regelmatige tussenpozen worden genomen. Als we bijvoorbeeld zeggen dat de samplefrequentie 44,1 kHz is, betekent dit dat het signaal 44100 keer per seconde wordt gemeten. Het grootste probleem in de eerste fase van het omzetten van een analoog naar digitaal signaal (digitalisering) is het kiezen van de bemonsteringsfrequentie van het analoge proces. Het antwoord wordt gegeven door de bekende stelling van Nyquist, die stelt dat voor een analoog signaal (continu in de tijd) dat het frequentiebereik 0 Hz tot F Hz bezet, met absolute precisie moet worden gereconstrueerd uit zijn monsters, de frequentie van De samplefrequentie moet minstens tweemaal de maximale audiofrequentie F zijn. Daarom, als het feitelijke analoge signaal dat we naar digitaal formaat gaan converteren frequentiecomponenten bevat van 0 Hz tot 20 kHz, dan is de samplefrequentie van dat signaal het mag niet minder zijn dan 40 kHz. Laten we eens nader bekijken wat er gebeurt met een analoog signaal en zijn spectrum wanneer het wordt gesampled.

Tijdens het bemonsteren verandert het frequentiespectrum aanzienlijk. Het oorspronkelijke analoge signaal heeft de neiging om een spectrum te hebben dat voornamelijk geconcentreerd is in de frequentieband van 20 Hz tot ongeveer 20 kHz, aangezien de gebruikelijke pickups en microfoons waaruit het is gehaald ongeveer deze frequentierespons hebben. Bovendien bevat het signaal vaak interferentie met frequenties tot enkele honderden kilohertz. Dit zijn verschillende “bestelwagens” die moeilijk te verwijderen zijn uit computerapparatuur, industriële en elektrische apparaten, trams, trolleybussen, enz. Na bemonstering is het signaal een opeenvolgende tijdreeks van zeer smalle pulsen met verschillende amplitudes en met een zeer breed spectrum tot enkele megahertz (een wiskundig feit: hoe smaller de puls, hoe breder het spectrum). Daarom breidt het spectrum van een dergelijke pulssequentie zich in het algemeen uit tot hetzelfde aantal megahertz. Daarom is het spectrum van het bemonsterde signaal veel breder dan het spectrum van het originele analoge signaal. Laten we eens nader bekijken hoe dit nieuwe brede spectrum is opgezet. Er zijn twee belangrijke processen. Ten eerste de “convolutie” van het gehele oorspronkelijke spectrum van het analoge signaal dat zich uitstrekt van ongeveer 20 Hz tot enkele honderden kilohertz binnen de frequentieband van 0 Hz tot de helft van de bemonsteringsfrequentie.

Convolutie betekent dat alle componenten van het originele analoge signaal, met frequenties boven de helft van de samplefrequentie (en dit is meestal onhoorbare ruis)) binnen het voor het menselijk oor hoorbare frequentiebereik vallen van 20 Hz tot ” Gemiddelde bemonsteringsfrequentie “Hz, dwz onhoorbare interferentie wordt hoorbaar en daarom kan de signaal-ruisverhouding verslechteren. Dit lijkt allemaal erg ongebruikelijk, om niet te zeggen dat het zelfs in tegenspraak is met gezond verstand! Het blijkt dat er bemonstering is van hoogfrequente signalen met frequentiecomponenten die significant hoger zijn dan niet alleen de helft van de bemonsteringssnelheid, maar ook de bemonsteringssnelheid zelf. Op het eerste gezicht is dit zelfs in tegenspraak met de bovengenoemde stelling van Nyquist. Maar laten we eens kijken naar figuur 4. Het toont het proces van het bemonsteren van een hoogfrequent sinusvormig signaal dat meer dan twee keer minder is dan de bemonsteringsfrequentie.

Psychoakoestiek – hoogtepunten

Psychoakoestiek – hoogtepunten

Psychoacoustics

Psychoakoestiek houdt zich bezig met de studie van de mechanismen van perceptie van auditieve informatie en de interpretatie ervan door het menselijk brein.

psychacoustic

De resultaten die zijn verkregen in het kader van verschillende onderzoeken op dit gebied, dienden als basis voor de ontwikkeling van talloze technologieën die ons leven op veel manieren hebben veranderd. Een van de meest opvallende voorbeelden zijn verschillende audiocodecs, zoals de bekende MP3. Internettelefonie (Skype) en zelfs mobiele communicatie danken hun brede verspreiding ook aan onderzoek op het gebied van psychoakoestiek.

DF-mechanisme
Om geluidsbronnen in de ruimte te lokaliseren, waarbij uitsluitend het gehoorsysteem wordt gebruikt, past het menselijk brein verschillende basisprincipes toe die het voldoende informatie verschaffen om bepaalde conclusies te trekken en een bepaalde beslissing te nemen. De belangrijkste voorwaarde hiervoor is de aanwezigheid van twee afzonderlijke discrete ontvangers, dit zijn de oren van de luisteraar.

mechanismen van psychoakoestiek

Om duidelijker te illustreren hoe dit werkt, stelt u zich een situatie voor waarin de geluidsbron zich links van de luisteraar bevindt.

Tijdfactor – ITD (interauraal tijdsverschil)
Het akoestische signaal van de geluidsbron zal het rechteroor iets later bereiken dan het linker, aangezien dit laatste zich dichter bij de geluidsbron bevindt. Deze afstand (12-17 cm, afhankelijk van de grootte van het hoofd) is voldoende voor de hersenen om de resulterende tijdsvertraging tussen twee discrete receptoren te registreren.

Intensiteitsfactor – IID (verschil in interaurale intensiteit)
De geluidsdruk direct op het trommelvlies van het linker- en rechteroor verschilt enigszins, afhankelijk van welke zich het dichtst bij de geluidsbron bevindt. De geluidsdruk bij het trommelvlies van het linkeroor zal iets hoger zijn dan die van het rechteroor. Dit verschil geeft de richting van de geluidsbron aan.

Spectrale factor
De spectrale component van het akoestische signaal dat het linker- en rechteroor bereikt, verschilt ook afhankelijk van de locatie van de geluidsbron. Vooral hoge frequenties worden door de korte golflengte in de schaduw gesteld door het hoofd en verliezen energie. In situatie A zal het akoestische signaal dat het rechteroor van de luisteraar bereikt iets minder energie bevatten in het hoge frequentiebereik dan het signaal dat links bereikt.

De combinatie van bovenstaande principes stelt ons in staat ons te oriënteren in de oorruimte en speelt een belangrijke rol bij het kunnen lokaliseren van geluidsbronnen in de ruimte. Elke keer dat we iets horen, voeren onze hersenen onwillekeurig een analyse uit en bepalen we gemakkelijk en zonder na te denken de richting van waaruit het geluid komt.

Voor meer informatie over dit onderwerp raad ik aan om de YourSoundPath-videoserie specifiek aan dit onderwerp te bekijken.

Het mechanisme voor het bepalen van de afstand tot de geluidsbron en de kenmerken van de kamer.
Om de afstand tot de geluidsbron te bepalen, gebruikt het gehoorsysteem andere methoden. Het belangrijkste is hier om de relatie tussen de fractie van de directe signaalenergie en de fractie van de gereflecteerde energie te bepalen. Hoe meer reflecties de luisteraar in het akoestische signaal bereiken, hoe verder weg de geluidsbron is. In dit geval, bij het bereiken van een bepaalde straal, waarboven de verhouding van reflecties de overhand heeft op de energie van het directe signaal, is deze methode niet langer effectief.

Door het tijdsinterval tussen het directe signaal en zijn reflecties te analyseren, kunnen de hersenen conclusies trekken over de afstand tot een reflecterend oppervlak, bijvoorbeeld een muur, en de akoestische eigenschappen ervan, bijvoorbeeld het materiaal (beton, glas, tapijt) en de oppervlaktestructuur (glad, niet-uniform), enz. Dit wordt ook vergemakkelijkt door spectrale analyse van de reflecties en hun dichtheid. Hoe diffuser ze zijn, des te heterogener moet het reflecterende oppervlak zijn van waaruit ze worden gereflecteerd.

Audiocodecs

Audiocodecs

Audio Codec

Codecs speelden tegelijkertijd, zo niet een sleutel, een zeer belangrijke rol bij de ontwikkeling van technologieën op het gebied van digitaal geluid.

Audio Codecs

De snelle verspreiding van mobiele communicatie, internettelefonie, draagbare spelers – dit zijn allemaal voorbeelden van het gebruik van codecs. Het was alleen dankzij de uitvinding en implementatie dat het mogelijk was om audio-informatie te verzenden via kanalen die toen zeer beperkt waren in bandbreedte. Dit probleem zou kunnen worden opgelost door de capaciteit van alle transmissiekanalen te vergroten, wat een ongelooflijke materiële investering zou betekenen in verband met de hermodellering en vervanging van de meeste elementen van de bestaande infrastructuur, of door een algoritme te ontwikkelen dat de hoeveelheid gegevens aanzienlijk kan verminderen. resulterend uit de analoog naar digitaal conversie en dus gebruik kunnen maken van de bestaande infrastructuur. De tweede manier was veel verstandiger.

Wat zijn codecs?
Een codec is een algoritme dat in de regel is gebaseerd op een of ander psychoakoestisch model, dat hieronder zal worden besproken, en dat twee modules omvat: een encoder en een decoder.

De encoder codeert digitale audio in een datastroom, waarvan het volume, vergeleken met het oorspronkelijke volume van het ruwe materiaal, aanzienlijk lager is. Afhankelijk van de gebruikte codec en de coderingsparameters is het mogelijk om een optimale balans te bereiken tussen geluidskwaliteit en het gewenste datavolume.

Om het op deze manier gecodeerde geluid te reproduceren, is echter een decoder nodig, die tot taak heeft de digitale audiostroom terug te decoderen naar het standaardformaat (PCM).

Codecs en hun families
Over het algemeen kunnen alle codecs, waarvan er momenteel heel veel zijn, worden onderverdeeld in twee categorieën:

Het spoor bijster
Zoals hierboven vermeld, werken de codecs in feite op basis van een of ander psychoakoestisch model dat bepaalt welke audio-informatie niet de sleutel is voor onze hersenen en kan worden opgeofferd en weggegooid, waardoor de hoeveelheid gegevens wordt verminderd. Het nadeel van deze methode is dat bij het decoderen van genoemde transmissie de verloren audio-informatie niet kan worden hersteld. De compressieverhouding kan oplopen tot 90% van het oorspronkelijke datavolume, met behoud van een bevredigende geluidskwaliteit voor de meeste normale gebruikers. De meest prominente vertegenwoordigers van deze familie zijn de bekende en misschien wel de meest voorkomende MP3 en WMA.

Geen verlies
In dit geval vindt de codering plaats zonder gegevensverlies, waardoor alle informatie in het originele audiosignaal volledig kan worden hersteld na het decoderingsproces. De mate van datacompressie die met deze codecs kan worden bereikt, is echter veel lager dan die van de Lossy-codecsfamilie. Over het algemeen is, afhankelijk van de coderingsparameters, compressie tot 60% van het originele volume mogelijk. De meest populaire codecs van de Lossless-familie zijn FLAC, APE en Apple Lossless op het Apple-platform.

Opgemerkt moet worden dat de overgrote meerderheid van videoformaten ook gecomprimeerde video en audio bevat. Formaten zoals Dolby Digital, DTS en hun varianten zijn niets meer dan codecs. Zonder een geschikte decoder is het niet mogelijk om de audiogegevens uit te lezen. In dit geval klinkt er maximale witte ruis. Daarom moet u oppassen dat u uw eigen oren en apparatuur niet beschadigt.

Coderingsopties
De coderingsparameters bepalen de kwaliteit van het resulterende geluid en de hoeveelheid gegevens in het resulterende bestand. Een agressievere compressie zal de geluidskwaliteit verminderen en de hoeveelheid gegevens verminderen, dat wil zeggen, de compressieverhouding verhogen. Afhankelijk van het gebruikte algoritme kan het resultaat, of liever de kwaliteit van uw geluid, aanzienlijk verschillen, zelfs als u dezelfde coderingsparameters gebruikt.

Een van de belangrijkste wordt beschouwd als de datastroom per tijdseenheid: kbps (kilobits per seconde, het aantal kilobits per seconde). Hoe hoger deze parameter, hoe minder agressief de datacompressie zal zijn. Als algemene vuistregel geldt voor codecs uit de Lossy-familie dat de optimale waarden 192 tot 320 kbps zijn. Wanneer lagere waarden worden gebruikt, wordt het kwaliteitsverlies groter en wordt dit zelfs opgemerkt door gewone gebruikers die geen speciale rechten op geluidskwaliteit hebben.

Psychoakoestische codecs en modellen
De overgrote meerderheid van audiocodecs is gebaseerd op psycho-akoestische algoritmen die gebruikmaken van de beperkingen van het menselijke gehoorsysteem. Deze principes zijn gebaseerd op onderzoek op het gebied van psychoakoestiek, waarvan de belangrijkste conclusies het maskerende effect omvatten.