Digitaal geluid

Algemene term voor technologieën die audiosignalen omzetten in digitale codes, deze verwerken, verzenden en opnemen. Ook wel PCM-audio genoemd (PCM = pulscodemodulatie).

Geluid is een fenomeen waarbij de minieme trillingen van luchtdeeltjes en de daarmee gepaard gaande minieme schommelingen in atmosferische druk zich door de lucht voortplanten, en zowel deeltjestrillingen als drukschommelingen veranderen vaak continu met de tijd. Zelfs als een dergelijk geluid wordt ontvangen door een microfoon en wordt omgezet in een elektrisch signaal, is de golfvorm vergelijkbaar met de golfvorm van het oorspronkelijke geluid, en de eigenschap dat het fenomeen continu verandert met de tijd verandert niet. Deze methode voor het verzenden of opnemen van een elektrisch signaal wordt analoge audio genoemd in de zin dat het een elektrisch signaal verwerkt dat lijkt op een geluidssignaal en tot op de dag van vandaag op veel gebieden wordt gebruikt. Het heeft een goed trackrecord. Zo zijn er AM-uitzendingen (AM = broadcasting met behulp van de amplitudemodulatiemethode), FM-uitzendingen (FM = broadcasting met behulp van de frequentiemodulatiemethode), schijfopnames, bandopnames en dergelijke.

Aan de andere kant is het digitale audio waarin een continu elektrisch signaal wordt omgezet in een reeks discontinue codes, verwerkt, verzonden en opgenomen. De basis van digitale audio is PCM-technologie. PCM zet een continu signaal om in een discontinue codereeks via drie processen: bemonstering, kwantisering en codering.

Sampling is een bewerking waarbij een signaalgolfvorm waarvan de amplitude continu verandert in de tijd, met regelmatige tussenpozen wordt waargenomen, zoals weergegeven in de afbeelding, en de oorspronkelijke signaalgolfvorm wordt vervangen door een reeks waargenomen waarden. Springwaarnemingen worden steekproefwaarden genoemd en het aantal waarnemingen per seconde wordt de steekproeffrequentie genoemd. Aangezien de golfvorm van het signaal niet getrouw wordt gevolgd, maar slechts op een discrete manier wordt waargenomen, lijkt het erop dat er informatie ontbreekt in deze bewerking, maar de bemonsteringsfrequentie is meer dan twee keer de bovengrens van de frequentiecomponent die in het teken zit. , het is theoretisch bewezen dat de reeks monsterwaarden de informatie in het signaal zonder weglating kan behouden, en het oorspronkelijke signaal kan vanaf nu volledig worden hersteld (de bemonsteringsstelling genoemd). In het geval van een compact disc (CD), een typisch digitaal audiosysteem, wordt de bovengrens van de frequentie van het op te nemen signaal ingesteld op 20 kHz en de bemonsteringsfrequentie op 44,1 kHz, wat meer is dan dubbel, met enige concessie. Zelfs als je nerveus bent, observeer dan 44.100 keer per seconde in detail.

Kwantisering is een bewerking waarbij een vaste intervalstap wordt verschaft in het bereik van de minimale waarde tot de maximale waarde van de signaalamplitude, en de signaalamplitude die continu verandert van moment tot moment wordt vervangen door de waarde in de dichtstbijzijnde stap. . De afbeelding is als het vervangen van de helling door een ladder, zoals weergegeven in de afbeelding. Aangezien de vloeiende golfvorm een ​​onregelmatige trede wordt, wordt aangenomen dat signaalverslechtering zal optreden, maar als het aantal treden groot genoeg is en de breedte van de trede (de hoogte van één trede van de trap) wordt deze klein genoeg. zo dicht mogelijk bij een helling liggen. Het aantal stappen wordt uitgedrukt in bits (het aantal cijfers wanneer het aantal in binair wordt uitgedrukt) en wordt het aantal kwantiseringsbits genoemd. Voor een CD is het aantal kwantiseringsbits 16 bits, wat in decimaal wordt uitgedrukt als 65.536. Zelfs als de helling wordt vervangen door trappen, is het aantal treden meer dan 60.000 en je kunt zien dat het zo dicht mogelijk bij de helling ligt.

Twee bewerkingen, bemonsteren en kwantiseren, resulteren in een continue signaalgolfvorm die wordt omgezet in een discrete, discontinue (discrete) reeks signalen, zowel tijdelijk als oscillerend. Opgemerkt moet worden dat eerst bemonstering of kwantificering kan worden gedaan, en eigenlijk beide worden vaak tegelijkertijd gedaan.

Codering is de bewerking van het converteren van een gekwantiseerde monsterwaarde naar een numerieke code op basis van een vooraf bepaalde belofte. Van de binaire code die overeenkomt met de spanning (of stroom) “ja” en “nee” tot de symbolen “1” en “0”, wordt de juiste codeconversie uitgevoerd voor elk medium, zoals opnemen en uitzenden. De cd, die in 1982 in de praktijk werd gebruikt (Showa 57), werd gecodeerd zonder enige compressie om de gegevens te verkleinen, maar de MiniDisc (MD)

Digitale audio die echt beter klinkt

Als je alleen naar digitale muziek luistert in 128 kbit/s (bps) AAC- of mp3-formaat op een draagbare audiospeler zoals een iPod, raak je af van echte muziek.

U kunt het geluid dat wordt afgespeeld begrijpen door een iPod op een audioapparaat aan te sluiten door het geluid van de originele cd te vergelijken met een normaal audioapparaat. En er is digitale audio met een nog betere geluidskwaliteit dan cd’s. Het is een grote vergissing om te denken dat mp3’s de geluidskwaliteit zijn van digitale audio en dat digitale audio beter klinkt.

Wanneer een platenmaatschappij een muziekuitvoering digitaal opneemt, is het gebruikelijk om de PCM-methode (Pulse Coded Modulation) of de DSD-methode (Direct Stream Digital) toe te passen. Degenen die zijn opgenomen met PCM zullen uiteindelijk worden verkocht als cd en dvd-audio. What DSD records wordt verkocht als SACD (Super Audio CD).

In PCM worden de sample rate (rate) en het aantal sample bits bepaald en vastgelegd. De term bemonsteringsfrequentie is onafhankelijk van de frequentie van het geluid en is het aantal keren dat een bemonstering per tijdseenheid wordt genomen. De eenheid is “Hz”, en hoe hoger deze waarde, hoe trouwer aan het oorspronkelijke geluid, maar hoe groter de gegevensomvang. Zo is 44,1 kHz geselecteerd voor CD en 96 kHz of 192 kHz voor DVD-Audio. DVD-Audio gebruikt dvd om grote hoeveelheden gegevens op te slaan. Een 44,1 kHz CD kan signalen (geluid) tot een frequentie van ongeveer 20 kHz weergeven. Het geluid dat mensen kunnen horen zou tot 20 kHz kunnen zijn, maar het geluid van een echt muziekinstrument bevat veel luidere geluiden, en wanneer het tot zo’n hoog bereik wordt gespeeld, verbetert de geluidskwaliteit duidelijk. Er is bevestigd dat het zal gebeuren. Met een bemonsteringsfrequentie van 96 kHz kunnen signalen tot 48 kHz worden uitgedrukt en kunnen de tonen van muziekinstrumenten en stemmen natuurgetrouwer worden weergegeven.

Aan de andere kant is het aantal bemonsteringsbits het aantal kwantiseringsbits, dat bepaalt hoeveel bits de bemonsterde gegevens worden weergegeven. Hoe meer bits er zijn, hoe getrouwer het originele geluid zal zijn, maar hoe groter de gegevensomvang. Als het aantal bits klein is, gaat de reproduceerbaarheid van een klein signaal (geluid) achteruit. Het aantal bits op een audio-cd is 16 bits. Als het 24-bits is, kan het worden uitgedrukt met 256 keer de precisie van 16-bits.

Het hoogwaardige PCM digitale audioformaat is 24-bit ongecomprimeerd, 96 kHz (kortweg 2496) of 192 kHz. Alleen dvd-audio of nummers die door Onkyo Marketing op de “e-onkyo music store”-website worden verkocht, kunnen in dit formaat worden gekocht (Fig. 1). Om DVD-Audio af te spelen, heb je een speler met meerdere formaten nodig, zoals de Pioneer DV-696AV. Op uw computer wordt een geluidskaart ondersteund, zoals Sound Blaster Audigy 2. Afspeelapparaten voor dvd-audio staan ​​vermeld op de dvd-audio-website.

Afbeelding 1 ● Website van de e-onkyo-muziekwinkel die hoogwaardige 24-bits 96 kHz-muziekbestanden verkoopt
[Klik op de foto om te vergroten]
DSD daarentegen is een geheel andere methode dan PCM en maakt gebruik van een delta-sigma modulatiemethode. Om het heel grof te zeggen, een beetje schakelt met een zeer hoge snelheid tussen lage en hoge toestanden om de toonhoogte van het geluid uit te drukken. Het is een methode die de grootte van het audiosignaal uitdrukt door de dichtheid (shading) van een 1-bit digitale puls. Wanneer het niveau van het originele geluid hoog is (het geluid is hoog), wordt de hoge toestand lager, en wanneer het niveau van het originele geluid 0 is, is het Laag en zal het aantal Hoog hetzelfde zijn. De bemonsteringsfrequentie van SACD is 2,8224 MHz (CD = 64 keer 44,1 kHz). De geluidskwaliteit is veel beter dan die van een cd met een frequentiebereik van 20 kHz en een dynamisch bereik van 94 dB, met een frequentiebereik van meer dan 100 kHz en een dynamisch bereik van 120 dB of meer (het dynamisch bereik is breed tot luid en stille geluiden). Dus hoe groter hoe beter). Een snelle CPU is vereist om DSD in een personal computer te verwerken, en de Sony VAIO Type R, Type H en Type V die in september 2005 werden aangekondigd, waren de eersten die waren uitgerust met DSD-opname-/afspeelfuncties. Ook SACD-weergave is bij deze modellen niet mogelijk.

Vereist speciale hardware
Om de 2496, enz. Voor een goede geluidskwaliteit moet de audiohardware van de personal computer worden geüpgraded naar geluid van hoge kwaliteit met 2496. De meest populaire audiohardware voor personal computers is de IEEE1394-interface. Het is handig omdat het kan worden aangesloten met een enkele kabel.

Ik heb audiohardware voor een personal computer aangesloten en 2496 en 1644,1 vergeleken (normale cd-geluidskwaliteit). De geteste audiohardware is als volgt (Fig. 2).

・ RME Fireface 800 (ongeveer 210.000 yen)
・ RME Hammerfall DSP Multiface (PCMCIA)
TerraTec P

Waarom verandert het geluid, ook al is het digitaal?

Als je geïnteresseerd bent in pc-audio, als je erover nadenkt: “Waarom verandert het geluid, ook al is het digitaal?

Het is onwaarschijnlijk dat de gegevens niet kunnen worden gecorrigeerd en teruggebracht naar de oorspronkelijke gegevens met de huidige digitale audioapparatuur, dus de digitale gegevens zelf kunnen veilig worden aangenomen dat ze hetzelfde zijn. Waarom dan?
De reden is dat hoewel het digitaal is, het signaal dat de luidspreker aanstuurt een “analoog signaal” is, dus het beïnvloedt het “analoge signaal” nadat het digitale naar analoog is omgezet.
Stel je hebt een luidruchtige pc. Zoals in onderstaande afbeelding te zien is, stroomt ruis via de GND van de USB-kabel naar de USB-DAC. De ruis die in de USB-DAC stroomt, beïnvloedt het signaal na analoge conversie en de geluidskwaliteit verslechtert.

Daar staat tegenover dat een pc met minder ruis minder effect heeft, waardoor de geluidskwaliteit minder snel verslechtert.

In het geval van “draadloos” aan het einde, is “draadloos” de “ultieme USB-kabel”. Het wordt helemaal niet beïnvloed door pc-ruis. Het is een ideale transmissiemethode. De enige uitvoering van een dergelijke methode is “Air High Resolution Link Technology”.