Multimedia i grafika

komputerowa

C

yfrowa obróbka dźwięku

Mateusz Pańkowski / ZSL

2011

3. Istota dźwięku cyfrowego

Multimedia i grafika
komputerowa

Mateusz Pańkowski / ZSL

2011

Zamiana dźwięku analogowego na postać cyfrową to

digitalizacja

. Aby dźwięk analogowy zamienić na

cyfrowy należy użyć urządzeń zwanych przetwornikami
dźwięku. Zamieniają one fale dźwiękowe na sygnał
elektryczny i odwrotnie.

Rozróżniamy:

- przetworniki A/D (ang. analog to digital converter)

- przetworniki D/A (ang. digital to analog converter)

Dźwięk cyfrowy może być obrabiany i przesyłany za
pomocą komputerów oraz innych urządzeń cyfrowych.
Przykładem są głośniki wytwarzające dźwięk
zamieniając sygnały elektryczne na wibracje
akustyczne dzięki membranie głośnika

Multimedia i grafika
komputerowa

Mateusz Pańkowski / ZSL

2011

Dźwięk analogowy

- zmieniający się w sposób ciągły

sygnał elektryczny reprezentujący zmiany ciśnienia
powietrza

tworzące

dźwięk.

Oczywiście

to

odwzorowanie nigdy nie będzie idealne ze względu na
ograniczenia

przetworników.

Wadą

dźwięku

analogowego jest podatność na zakłócenia i utratę
jakości

podczas

transmisji

i

kopiowania

oraz

ograniczenie przetwarzania.

Dźwięk cyfrowy

- jest to przetworzenie zmiany

ciśnienia powietrza na postać elektryczną, a następnie
numeryczną. Stosowane są do tego przetworniki. W
rzeczywistości przetworniki A/D i D/A tworzą jedno
urządzenie - konwerter AD/DA. Przykładem urządzenia
zawierającego taki konwerter jest karta dźwiękowa w
komputerze. Schemat przekształcania dźwięku na
postać cyfrową:

dźwięk

(ciśnienie

powietrza)

dźwięk

analogowy

(sygnał

elektryczny)

dźwięk cyfrowy

(postać

numeryczna)

Multimedia i grafika
komputerowa

Mateusz Pańkowski / ZSL

2010

Podczas konwersji dźwięku z postaci analogowej na
cyfrową

sygnał

poddawany

jest

próbkowaniu

(sampling). Fala dźwiękowa podzielona zostaje na
punkty zwane

próbkami

, a próbkowanie polega na

pomiarze w równych odstępach czasu poziomu sygnału
(amplitudy). Dokładność próbkowania zależy od dwóch
parametrów: częstotliwości próbkowania i rozdzielczości
bitowej.

Częstotliwość próbkowania

informuje jak często

przetwornik A/D mierzy poziom sygnału. Mierzy się ją w
hercach na sekundę (Hz/s), np.: jeśli w ciągu 1s
pobrano 10 próbek, to częstotliwość próbkowania
wynosi 10 Hz. Przyjętym standardem, nie powodującym
zniekształceń jest 44.1 kHz (44100 Hz). Właśnie dlatego
na płytach audio (audio CD) umieszczane są nagrania
właśnie z tą częstotliwością (przy paśmie od 20 Hz do
20000 Hz).

Multimedia i grafika
komputerowa

Mateusz Pańkowski / ZSL

2011

Uwaga!

Częstotliwość próbkowania podczas odtwarzania musi
być identyczna z wartością zastosowaną podczas
nagrywania.
Częstotliwość próbkowania to jeden z najważniejszych
parametrów kart dźwiękowych. Im jest ona większa,
tym lepsza jest jakość karty. Obecnie karty obsługują: 8,
11.025, 16, 22.05, 24, 32, 44.1, 48 i 96.

Rozdzielczość bitowa

- dokładność reprezentowania

próbki w postaci liczbowej. Określa liczbę bitów
opisujących każdą próbkę dźwięku. Każda pobrana
próbka podlega pomiarowi sygnału wejściowego i do
tego poziomu przypisuje się określoną wartość. Wpływ
na to ma możliwość przetwornika. Najczęściej stosuje
się przetworniki 16- i 24- bitowe. Dźwięk 16-bitowy to
65536 poziomów dźwięku. 24-bitowy - ponad 16
milionów. Obecnie na płytach audio CD stosuje się 16
bitów. Przetwarzanie i miksowanie dźwięku - 24 bity.

Multimedia i grafika
komputerowa

Mateusz Pańkowski / ZSL

2011

Zakres dynamiki dźwięku

- różnica głośności

pomiędzy dźwiękiem najcichszym a najgłośniejszym w
sygnale audio. Wartość zakresu podaje się w
decybelach (dB). Zależy od rozdzielczości. Im jest ona
większa, tym większy zakres dynamiki. Ograniczona
możliwościami przetwornika rozdzielczość powoduje
niedokładne odwzorowanie sygnału, a co za tym idzie
ludzkie ucho odbiera tą niedokładność jako szum. Na
płycie CD muzyka zapisana z 16-bitową rozdzielczością
ma zakres ok. 96 dB.
Można stosować kompresję dynamiki. Dzięki temu
można zwiększyć głośność cichszych fragmentów
nagrania i pozostawić lub wyrównać głośniejsze
fragmenty.

Rozdzielczość

(bity)

Dynamika (dB)

8

48

16

96

20

120

24

144

Wpływ rozdzielczości na zakres dynamiki
dźwięku.

Multimedia i grafika
komputerowa

Mateusz Pańkowski / ZSL

2011

Prędkość bitowa (bitrate)

- główny parametr

kompresji dźwięku. Określa liczbę bitów na sekundę, z
jaką komputer odczytuje dane. Większa prędkość
bitowa, to lepsza jakość dźwięku, ale jednocześnie
większy rozmiar plików. Jednostką miary jest b/s.
Standardowo na płycie audio CD umieszcza się
nagrania o prędkości 128 kb/s.
Prędkość bitowa określa również przepływowość i
odnosi się do szybkości transmisji danych (Internet,
telekomunikacja itp.)

Prędkość bitowa [kb/s]

Jakość dźwięku

64 kb/s

pliki MP3 zgrane z kaset lub

vinyli

96 kb/s

radio FM

96 - 112 kb/s

pliki MP3

128 kb/s

płyty CD

192 kb/s

muzyka wysokiej jakości

256 kb/s

nagrania studyjne