Audiocodering en -verwerking.

Parameters die de digitale geluidskwaliteit beïnvloeden Minimale en maximale geluidskwaliteit.

Mijn grootvader luisterde naar een grammofoon. Mijn vaders jeugd veranderde in muziek die uit de luidspreker van een bandrecorder kwam. De hoogtijdagen en het verval van cassetterecorders viel op mijn jeugd. Mijn zoon groeit op in het tijdperk van digitale audio. Om op de hoogte te blijven en mijn zoon een goed “geluid” te geven, besloot ik uit te zoeken wat de kwaliteit van de digitale audiosignaalweergave bepaalt.

Ik sprak met mijn muziekliefhebbende vrienden. Hij zocht informatie op internet. Als resultaat kwam ik tot de conclusie dat geluid van hoge kwaliteit kan worden bereikt in het digitale tijdperk door de juiste 7 basiselementen van moderne muziekcentra te kiezen:

het formaat waarin de muziek is opgenomen;
speler;
digitaal-analoogomzetter;
versterker;
akoestiek;
kabels;
voedsel.

Hieronder zal ik mijn observaties en conclusies delen over het bereiken van hoogwaardige geluidsopnamen in digitale formaten.

Lyrische uitweiding, experts hoeven niet te lezen.

In een notendop leg ik uit waar digitaal geluid vandaan komt. Tijdens het opnameproces zet de microfoon mechanische trillingen (het geluid zelf) om in een analoog elektrisch signaal. Een analoog signaal is in het meest algemene geval vergelijkbaar met een sinusoïde die we allemaal kennen sinds de middelbare school. In het tijdperk van analoog geluid werd dit signaal op verschillende media opgenomen en vervolgens afgespeeld.

Met de ontwikkeling van microprocessortechnologie werd het mogelijk om audio-informatie in digitale formaten op te nemen en op te slaan. Deze formaten worden verkregen via een analoog-naar-digitaal conversieproces (ADC).

Tijdens de ADC wordt het analoge signaal (onze sinusgolf op de middelbare school) een discreet signaal (met andere woorden, het wordt in stukken gesneden). In de volgende fase wordt het discrete signaal gekwantiseerd, dat wil zeggen dat aan elk resulterend segment van de sinusoïde een digitale waarde wordt toegewezen. In de derde stap wordt het gekwantiseerde signaal gedigitaliseerd, dwz gecodeerd in de vorm van een reeks van 0 en 1. Bij digitale geluidsopname wordt de informatie over de amplitude en frequentie van het geluid gedigitaliseerd.

Om digitale audio-informatie op te nemen en op te slaan, worden digitale audioformaten gebruikt. Het audioformaat wordt opgevat als een reeks vereisten voor de digitale weergave van audiogegevens.

Als het op geluidskwaliteit aankomt, zijn digitale formaten onderverdeeld in 3 categorieën:

Formaten zonder extra compressie (CDDA, DSD, WAV, AIFF, etc.);
Lossless gecomprimeerde formaten (FLAC, WavPack, ADX, etc.);
Compressie-indelingen met verlies (MP3, AAC, RealAudio, enz.).

Geluid van hoge kwaliteit wordt verkregen bij het afspelen van muziek die is opgeslagen in formaten van de eerste en tweede categorie. In de formaten van de derde categorie, om de hoeveelheid gegevens te verminderen, wordt een deel van de informatie opzettelijk uitgesloten. Bijvoorbeeld informatie over verborgen frequenties.

Latente frequenties zijn frequenties die buiten het waarnemingsbereik van de gemiddelde persoon liggen: 20 Hz – 22 kHz. Voor audiofielen is dit bereik breder vanwege individuele psychofysiologische kenmerken.

Om uw home audiobibliotheek te voltooien, moet u records selecteren die zijn opgeslagen in bestanden met de volgende extensies:

* .wav, * .dff, * .dsf, * .aif, * .aiff zijn bestanden met ongecomprimeerd geluid;
* .mp4, * .flac, * .ape, * .wma zijn de meest voorkomende verliesvrije gecomprimeerde audiobestanden.
Uit de geschiedenis. Ze zeggen dat de eerste experimenten met het behoud van geluid werden uitgevoerd door de oude Grieken. Ze probeerden het geluid in amforen te houden. Het zag er ongeveer zo uit: er werden woorden in de amfora gesproken en het werd snel verzegeld. Helaas is tot op de dag van vandaag geen van die records bewaard gebleven.

Digitale audio – kwaliteitsproblemen

Relatief recent werd het concept van “multimedia” in ons discours opgenomen, en nu wordt de computer steeds meer gebruikt als amusementscentrum. Nu wordt de computer gedwongen om het geluid dat erin bestaat weer te geven in de vorm van getallen.

Net zoals sommige geluidskundigen discussiëren over de voordelen van “buisgeluid” ten opzichte van “transistorgeluid”, is er een eindeloze discussie over wat beter is: digitaal of analoog geluid. Laten we proberen het uit te zoeken.

Voor onze oren is geluid luchttrillingen met een frequentie van 20 Hz tot 20 kHz, en de bovengrens is afhankelijk van de leeftijd: bij kinderen is dit 22-24 kHz en op oudere leeftijd neemt de waargenomen frequentie af, tot 8 -12 kHz.

De frequenties van de aangegeven limieten worden waargenomen als trillingen, hoger, ze worden niet waargenomen door een persoon.

Niet alle detectiebandbreedte wordt echter met dezelfde intensiteit gebruikt, dus spraak wordt duidelijk waargenomen in het bereik van 500 tot 3500 Hz, maar voor het luisteren naar muziek is dit niet voldoende. Idealiter zou het weergegeven geluid niet verschillen van het geluidsveld van de microfoon. Dat wil zeggen dat de opname- en afspeelapparatuur geen vervormingen mag introduceren binnen de grenzen van de menselijke waarneming.

Het geluid dat we uit de luidspreker horen, wordt tijdens de opname elektromechanisch omgezet in een elektrisch signaal; dan is er de versterking en verwerking van het analoge elektrische signaal; analoog naar digitaal conversie; digitale signaalverwerking; frequentiecorrectie; opnameprocedure.

Nadat het gedigitaliseerde geluid is opgeslagen en verzonden. Tijdens het afspelen vindt eerst digitale signaalverwerking plaats; volgt de conversie van digitaal naar analoog; analoge signaalverwerking en versterking; elektromechanische conversie naar geluidstrillingen.

Al deze procedures introduceren hun eigen verstoringen. Het proces van opname en geluidsverwerking vindt in de regel plaats op studioapparatuur, die veel beter presteert dan audioapparatuur voor thuis. Daarom zijn er, hoewel er vervormingen zijn, aanzienlijk minder dan de vervormingen die door thuisapparatuur in de afspeelfase worden geïntroduceerd. Bij amateurgeluidsopname verschijnen fouten in de opnamefasen.

De elektromechanische conversie die door de studiomicrofoon wordt geproduceerd, produceert een zeer zwak signaal dat moet worden versterkt.

Zelfs in de ideale omstandigheden van een professionele opnamestudio kan het dynamische bereik van opgenomen muziek vanwege akoestische ruis smaller zijn dan dat van 16-bits audio.

Bij het opnemen van meerdere microfoons wordt het signaal noodzakelijkerwijs verwerkt: kanaalvolumeniveaus worden geselecteerd, ruis wordt gefilterd, enz. Bovendien wordt het dynamische bereik van het signaal verminderd, wat leidt tot een aanzienlijke toename van ruis. Maar zonder deze procedure zou het onbevredigend klinken als de opname op een thuiscomputer wordt afgespeeld.

Het geluidspad heeft zijn eigen vervormingen, die in drie groepen kunnen worden verdeeld:

1. Lineaire vervormingen worden veroorzaakt door de amplitude-frequentiekarakteristiek van het geluidspad en zijn een verandering in de verhouding van de amplitudes en fasen van verschillende frequentiecomponenten. Frequenties die oorspronkelijk in het signaal ontbraken, worden niet weergegeven.

2. Niet-lineaire vervorming: een verandering in de vorm van het originele signaal, wat leidt tot het verschijnen van frequenties die afwezig zijn in het binnenkomende signaal, maar ervan afhankelijk zijn.

3. Interferentie: het verschijnen van vreemde frequenties in het geluidspad die niet met het bruikbare signaal zijn geassocieerd. Interferentie treedt bijvoorbeeld op door elektromagnetische interferentie, penetratie in het geluidspad van de frequentie van de voedingsspanning, enz.

Al deze vervormingen komen echter alleen voor in analoge circuits (vandaar dat speculatie over de frequentierespons van een digitale uitgang specialisten doet glimlachen). Maar vergeet niet de oppervlakkige defecten van cd’s, dvd’s en andere optische opslagmedia die geluid opslaan, wat leidt tot gegevensverlies.

De digitalisering van het signaal gaat ook gepaard met veel vervorming, maar laten we eerst eens kijken naar het verschil tussen analoge en digitale signalen.

Bij een analoog signaal verandert de spanning soepel in de tijd, het signaal is continu. Het digitale signaal is discreet, de waarde verandert onmiddellijk. Bovendien manifesteert discretie zich in zowel het frequentie- als het amplitudegebied. Elke verandering in signaalwaarde wordt bemonsterd en als resultaat worden de waarden afgerond op het dichtstbijzijnde gehele getal.