Основы цифрового аудиоВ этой главе представлено краткое введение в основы цифровой обработки звука без углубления в детали.
Прежде всего нужно иметь в виду, что окружающий мир является аналоговым. а компьютеры работают с цифровыми данными. Существует несколько способов преобразования аналогового звукового сигнала в цифровой и наоборот. Поскольку, как правило, преобразование цифровых данных в аналоговые является обратным процессом преобразования аналоговых данных в цифровые, рассматриваться будет только преобразование аналоговых данных в цифровые.
Преобразование звука в биты
Чтобы оказаться в компьютере, аналоговый звук должен быть преобразован в электронный сигнал. Самым простым способом для этого является использование микрофона и усилителя. Такая система, получив звук (изменение давления воздуха) на входе, преобразует его в напряжение электрического тока на выходе. Изменения давления с более высокой амплитудой будут представлены более высоким напряжением на выходе усилителя. Такие выходные данные имеют название «сигнал». А «усилитель» может быть встроен в звуковую карту, обычно оставаясь невидимым для глаз пользователя.
Преобразование в электронный сигнал
На этом этапе электронный сигнал имеет три ограничения, о которых следует помнить:
Амплитуда (громкость) ограничена определённым максимальным уровнем из-за того, что электронные устройства (усилители) способны работать только с напряжением в ограниченном диапазоне. Проблема не возникает, если звук не слишком громкий. Если же звук очень громкий, сигнал обрезается, то есть электрический сигнал выходит за возможные пределы, а результат искажается.
Диапазон частот также имеет ограничения. Из-за механических ограничений микрофонов и ограниченного частотного диапазона усилителей ограничен и частотный диапазон сигнала. Не существует жёсткой черты, при достижении которой звук начинает внезапно исчезать, но ниже некоторых низких и выше некоторых высоких частот амплитуда сигнала начинает падать всё сильнее и сильнее. Максимальная частота — это ограничение скорости электронного сигнала при подъёме и падении. При использовании высококачественных усилителей и микрофонов возможно расширить границы диапазона частот так, что частоты вне этого диапазона человеческое ухо не сможет уловить. Человек обычно не способен слышать звуки с частотой, превышающей 20 кГц.
Сигнал содержит шум. Шум является самым страшным врагом каждого, кто занимается обработкой звука. Шум — это типичный аналоговый эффект, который делает звуковой сигнал «нерезким» и вызывает дефекты звука, он всегда присутствует, и его нельзя устранить. Можно только попытаться использовать высококачественные компоненты, производящие так мало шума, что его невозможно будет услышать. Обычно шум имеет определённую громкость, так что записываемый звук должен быть намного громче. Это называется «отношение сигнал/шум» (ОСШ), и чем его значение выше, тем лучше качество звука. Звуки, имеющие меньшую громкость, чем шум, невозможно услышать.