Parameters die de kwaliteit van digitale audio beïnvloeden. (Deel 3)

De kwaliteit van het verkregen digitale geluid hangt af van het aantal metingen van het geluidsvolume per tijdseenheid, dat wil zeggen de bemonsteringsfrequentie.

Audio sample rate is het aantal metingen van het audiovolume in één seconde.

Hoe meer metingen er in één seconde worden gedaan (hoe hoger de bemonsteringsfrequentie), hoe nauwkeuriger de “ladder” van het digitale audiosignaal de curve van het analoge signaal herhaalt.

Elke “stap” van de grafiek krijgt een bepaalde waarde voor het geluidsvolume. Loudness-niveaus kunnen worden gezien als een reeks mogelijke N-toestanden (gradaties), waarvoor een bepaalde hoeveelheid I-informatie nodig is om te coderen, wat audiocoderingsdiepte wordt genoemd.

De diepte van de audiocodering is de hoeveelheid informatie die nodig is om de discrete volumeniveaus van digitale audio te coderen.

Als de coderingsdiepte bekend is, kan het aantal digitale audiovolumeniveaus worden berekend met de algemene formule N = 2 I.

Als de audiocoderingsdiepte bijvoorbeeld 16-bits is, is het aantal audiovolumeniveaus:

N = 2 ik = 2 16 = 65536.

Tijdens het coderingsproces krijgt elk geluidsvolume zijn eigen 16-bits binaire code toegewezen, het laagste geluidsniveau komt overeen met de code 0000000000000000 en het hoogste – 1111111111111111.

Gedigitaliseerde audiokwaliteit

Hoe hoger de samplefrequentie en de diepte van de audiocodering, hoe beter het gedigitaliseerde geluid zal klinken en hoe beter u het gedigitaliseerde geluid dichter bij het originele geluid kunt brengen.

De hoogste kwaliteit van gedigitaliseerd geluid, overeenkomend met de kwaliteit van een audio-cd, wordt bereikt met een bemonsteringssnelheid van 48.000 keer per seconde, een bemonsteringssnelheid van 16 bits en de opname van twee audiotracks (stereomodus) .

Houd er rekening mee dat hoe hoger de kwaliteit van het digitale geluid, hoe groter het informatievolume in het audiobestand.

In een digitaal stereogeluidsbestand met een duur van 1 seconde met een gemiddelde geluidskwaliteit (16 bits, 24.000 metingen per seconde) kun je gemakkelijk een schatting maken van het volume aan informatie. Hiervoor moet de coderingsdiepte worden vermenigvuldigd met het aantal metingen per seconde en vermenigvuldigd met 2 kanalen (stereogeluid):

16 bits × 24.000 × 2 = 768.000 bits = 96.000 bytes = 93,75 KB.

Er zijn drie hoofdtypen audiocijfers:

formaat – geen compressie;
formaat (lossy) – compressie met verlies;
formaat (zonder verlies): compressie zonder verlies.
Lossy-compressie: technologie waarbij het gecodeerde bestand aanzienlijk wordt verkleind in vergelijking met het origineel, doordat informatie wordt verwijderd die niet door het menselijk oor wordt waargenomen.

De keerzijde van deze technologie is het feit dat het gecomprimeerde bestand nooit identiek zal zijn aan het origineel.

Lijst met de meest voorkomende verliesformaten:

AAC (.m4a, .mp4, .m4p, .aac): geavanceerde audiocodering (vaak in MPEG-4-container)
MP2 (MPEG-laag 2)
MP3 (MPEG-laag 3)
MPC (bekend als Musepack, voorheen MPEGplus of MP + genoemd)
Ogg Vorbis
WMA (Windows Media Audio)

Lossless – Lossless gecomprimeerde audioformaten, waaronder:

FLAC (gratis verliesloze audiocodec)
APE (mono audio)
WV (WavPack)
Deze formaten zijn in staat CD om te zetten naar digitaal formaat met behoud van kwaliteit. U kunt bijvoorbeeld een cd nemen, deze naar WAV converteren, vervolgens WAV naar FLAC, dan teruggaan van FLAC naar WAV en deze vervolgens op een lege cd branden en u hebt een absoluut identieke kopie van uw broncode.

Welk formaat klinkt de muziek met de beste kwaliteit?
De meest populaire is het verliesvrije FLAC-formaat en een van de meest gebruikte conversieprogramma’s van CD naar FLAC is EAC (Exact Audio Copy).

Van alle parameters van digitale audio moet in de eerste plaats aandacht worden besteed aan de volgende indicatoren:

bemonsteringssnelheid (precisie van het digitaliseren van een analoog signaal in de tijd),
bitsnelheid (hoeveelheid informatie in een bestand uitgedrukt in één seconde).

De samplefrequentie is de frequentie waarmee digitale audio wordt verwerkt. De meest gebruikelijke samplefrequentie voor audioformaten van hoge kwaliteit is 44,1 kHz.

Het is algemeen aanvaard dat een hoge bitsnelheid de beste kwaliteit garandeert; dit is waar, maar alleen als het bronbestand van goede kwaliteit is. Een MP3 van hoge kwaliteit moet een bitsnelheid van 320 kbps hebben, maar een FLAC-indeling van hoge kwaliteit heeft over het algemeen een bitsnelheid van 900 kbps en hoger.

Wat is het muziekformaat van de beste kwaliteit?
Naast de audioformaten zelf is voor muziekgeluid van hoge kwaliteit ook hoogwaardige reproductieapparatuur nodig: luidsprekers, versterkers, koptelefoons.

Parameters die de kwaliteit van digitale audio beïnvloeden. (Deel 2)

Het formaat wordt ook wel het aantal kanalen genoemd in meerkanaals geluidssystemen (5.1; 7.1). In eerste instantie werd zo’n systeem ontwikkeld voor bioscopen, maar later verspreid door Software Codec

Audiocodec op softwareniveau

§ G.723.1 – een van de basiscodecs voor IP-telefonietoepassingen

§ G.729 – eigen smalbandcodec die wordt gebruikt voor digitale weergave van spraak

§ Internet Low Bit Rate Codec (iLBC) – een populaire gratis codec voor IP-telefonie (in het bijzonder voor Skype en Google Talk)

Audio Codec (Audio Codec; Audio Encoder / Decoder) – Een computerprogramma of hardware ontworpen om audiogegevens te coderen of decoderen.

Software codec

Een audiocodec op softwareniveau is een gespecialiseerd computerprogramma, een codec die digitale audiogegevens comprimeert (comprimeert) of decomprimeert (decomprimeert) volgens een audiobestandsformaat of streaming audioformaat. De taak van een audiocodec als compressor is om een ​​audiosignaal te leveren met een bepaalde kwaliteit / precisie en de kleinst mogelijke grootte. Compressie vermindert de hoeveelheid ruimte die nodig is om audiogegevens op te slaan, en het is ook mogelijk om de bandbreedte te verkleinen van het kanaal waardoor de audiogegevens worden verzonden. De meeste audiocodecs zijn geïmplementeerd als softwarebibliotheken die communiceren met een of meer audiospelers, zoals QuickTime Player, XMMS, Winamp, VLC media player, MPlayer of Windows Media Player.

Populaire software-audiocodecs per applicatie:

§ MPEG-1 Layer III (MP3) is een eigen audio-opnamecodec (muziek, audioboeken, enz.) Voor computerapparatuur en digitale spelers

§ Ogg Vorbis (OGG) – het op één na populairste formaat, veel gebruikt in computerspellen en bestandsuitwisselingsnetwerken om muziek over te dragen

§ GSM-FR is de eerste digitale spraakcoderingsstandaard die wordt gebruikt in GSM-telefoons

Adaptive Multispeed (AMR): opname van menselijke stem op mobiele telefoons en andere mobiele apparaten

Afhankelijkheid van de luidheid, evenals de toon van het geluid van de intensiteit en frequentie van de geluidsgolf.

Hertz (aangeduid met Hz of Hz) is een meeteenheid voor de frequentie van periodieke processen (bijv. Oscillaties).
1 Hz betekent een uitvoering van genoemd proces in één seconde: 1 Hz = 1 / s.

Als we 10 Hz hebben, betekent dit dat we tien uitvoeringen van genoemd proces in één seconde hebben.

Het menselijk oor kan geluid waarnemen met frequenties variërend van 20 trillingen per seconde (20 Hertz, laag geluid) tot 20.000 trillingen per seconde (20 KHz, hoog geluid).

Bovendien kan een persoon geluid waarnemen in een breed scala aan intensiteiten, waarbij de maximale intensiteit 1014 keer groter is dan het minimum (honderdduizend miljard keer).

Om het volume van geluid te meten, werd een speciale eenheid van “decibels” (dB) uitgevonden en gebruikt.

Een afname of toename van het geluidsvolume met 10 dB komt overeen met een afname of toename van de geluidsintensiteit met 10 keer.

Geluidsvolume in decibel

Om computersystemen geluid te laten verwerken, moet een continu audiosignaal worden omgezet in een discrete digitale vorm door middel van tijdbemonstering.

Hiervoor wordt een continue geluidsgolf opgedeeld in afzonderlijke kleine tijdsecties, voor elke sectie wordt een bepaalde waarde van de geluidsintensiteit ingesteld.

Daarom wordt de voortdurende afhankelijkheid van de luidheid van het geluid op tijdstip A (t) vervangen door een discrete reeks luidheidsniveaus. Op de grafiek lijkt dit een vloeiende curve te vervangen door een reeks “stappen”.

Synchroniseer audiosampling

Een microfoon die op de geluidskaart is aangesloten, wordt gebruikt om analoge audio op te nemen en om te zetten naar digitaal formaat.

Hoe dichter de discrete franjes zich in de grafiek bevinden, hoe beter het uiteindelijk mogelijk is om het originele geluid te reproduceren.