Digitální záznam - Digital recording

Širší pokrytí tohoto tématu najdete v části Digitální zvuk .
Zobrazení úrovní zvuku na digitálním audio rekordéru ( Zoom H4n )

V digitálním záznamu je zvukový nebo obrazový signál převeden na proud diskrétních čísel představujících změny v čase v tlaku vzduchu pro zvuk nebo hodnotách chroma a jasu pro video. Tento proud čísel je uložen na paměťové zařízení. Chcete -li přehrát digitální záznam, čísla se načtou a převedou zpět do jejich původních analogových zvukových nebo obrazových podob, aby je bylo možné slyšet nebo vidět. Samotné digitalizované číselné toky nejsou ve skutečnosti nikdy slyšeny ani viděny, jsou skryty procesem.

Ve vhodně sladěném páru převodníku analogově-digitálního převodníku (ADC) a převodníku digitálního signálu na analogový (DAC) je analogový signál přesně rekonstruován podle omezení vzorkovací věty Nyquist – Shannon v závislosti na vzorkovací frekvenci a chybě kvantování v závislosti na audio nebo video bitová hloubka . Protože je signál uložen digitálně, za předpokladu správné detekce a opravy chyb , není záznam degradován kopírováním, ukládáním nebo rušením.

Časová osa

Proces

Záznam

  1. Analogový signál je přenášen ze vstupního zařízení do převodníku analogového signálu na digitální (ADC).
  2. ADC převádí tento signál opakovaným měřením momentální úrovně analogové (zvukové) vlny a poté každému měřicímu bodu přiřazuje binární číslo s daným počtem bitů (délka slova).
  3. Frekvence, při které ADC měří úroveň analogové vlny, se nazývá vzorkovací frekvence nebo vzorkovací frekvence.
  4. Ukázka digitálního zvuku s danou délkou slova představuje úroveň zvuku v jednom okamžiku.
  5. Čím delší je délka slova, tím přesnější je reprezentace původní úrovně zvukové vlny.
  6. Čím vyšší je vzorkovací frekvence, tím vyšší je horní zvuková frekvence digitalizovaného zvukového signálu.
  7. ADC vydává sekvenci digitálních zvukových vzorků, které tvoří nepřetržitý proud 0 s a 1 s.
  8. Tato binární čísla jsou uložena na záznamových médiích, jako je pevný disk , optická jednotka nebo v paměti SSD .

Přehrávání

  1. Sekvence čísel je přenášena z úložiště do převodníku digitálního signálu na analogový (DAC), který převádí čísla zpět na analogový signál spojením informací o úrovni uložených v každém digitálním vzorku, čímž se obnoví původní analogový tvar vlny.
  2. Tento signál je zesílen a přenášen do reproduktorů nebo obrazovky videa.

Záznam bitů

I po převedení signálu na bity je stále obtížné jej zaznamenat; nejtěžší je najít schéma, které dokáže zaznamenat bity dostatečně rychle, aby udrželo krok se signálem. Například pro záznam dvou zvukových kanálů se vzorkovací frekvencí 44,1 kHz se 16bitovou velikostí slova musí záznamový software zvládnout 1 411 200 bitů za sekundu.

Techniky záznamu do komerčních médií

U digitálních kazet se čtecí/zapisovací hlava pohybuje stejně jako páska, aby byla zachována dostatečně vysoká rychlost, aby se bity udržely na zvládnutelné velikosti.

U technologií záznamu na optické disky, jako jsou disky CD nebo DVD , se laser používá k vypalování mikroskopických otvorů do vrstvy barviva média. Ke čtení těchto signálů se používá slabší laser. To funguje, protože kovový substrát disku je reflexní a nespálené barvivo brání odrazu, zatímco otvory v barvivu to umožňují, což umožňuje reprezentaci digitálních dat.

Parametry digitálního záznamu zvuku

Velikost slova

Počet bitů použitých k reprezentaci vzorkované zvukové vlny ( velikost slova ) přímo ovlivňuje výsledný šum v záznamu po záměrně přidaném rozkladu nebo zkreslení neporušeného signálu.

Počet možných úrovní napětí na výstupu je jednoduše počet úrovní, které mohou být reprezentovány největším možným digitálním číslem (číslo 2 zvýšeno na počet bitů v každém vzorku). Nejsou povoleny žádné hodnoty „mezi“. Pokud je v každém vzorku více bitů, je průběh přesněji vysledován, protože každý další bit zdvojnásobuje počet možných hodnot. Zkreslení je zhruba procento, které nejméně významný bit představuje z průměrné hodnoty. Zkreslení (v procentech) v digitálních systémech se zvyšuje se snižováním úrovní signálu, což je opak chování analogových systémů.

Vzorkovací frekvence

Pokud je vzorkovací frekvence příliš nízká, původní zvukový signál nelze ze vzorkovaného signálu rekonstruovat.

Jak uvádí vzorkovací věta Nyquist – Shannon , aby se zabránilo aliasingu , musí být zvukový signál vzorkován rychlostí nejméně dvojnásobnou než u složky nejvyšší frekvence v signálu. Pro záznam zvuku v kvalitě hudby jsou nejběžnější následující vzorkovací frekvence PCM: 44,1 , 48, 88,2, 96, 176,4 a 192 kHz, každý s horní frekvenční hranicí poloviční vzorkovací frekvence.

Při vytváření záznamu zkušení inženýři zvukového záznamu a masteringu často provedou hlavní záznam s vyšší vzorkovací frekvencí (tj. 88,2, 96, 176,4 nebo 192 kHz) a poté provedou jakékoli úpravy nebo mixování na stejné vyšší frekvenci, aby se vyhnuli chybám při aliasingu. Nahrávky PCM s vysokým rozlišením byly vydány na DVD-Audio (také známý jako DVD-A), DAD (Digital Audio Disc, který využívá stereofonní zvukové stopy PCM běžného DVD), DualDisc (využívající vrstvu DVD-Audio) nebo Vysoce věrný čistý zvuk na Blu-ray. Kromě toho je možné uvolnit záznam ve vysokém rozlišení buď jako nekomprimovaný soubor WAV nebo jako bezeztrátový komprimovaný soubor FLAC (obvykle na 24 bitů), aniž byste jej museli převádět dolů . Existuje určitá kontroverze, zda vyšší vzorkovací frekvence ve skutečnosti poskytují jakýkoli ověřitelný přínos ve spotřebním produktu při použití moderních filtrů proti vyhlazování.

Pokud má být kompaktní disk (standard CD Red Book 44,1 kHz 16 bitů) vyroben ze záznamu ve vysokém rozlišení, musí být záznam převeden na 44,1 kHz nebo původně zaznamenán touto rychlostí. To se provádí jako součást procesu masteringu .

Počínaje osmdesátými léty byla hudba, která byla zaznamenávána, míchána a/nebo ovládána digitálně, často označována pomocí kódu SPARS k popisu, které procesy byly analogové a které digitální. Protože se digitální záznam stal téměř všudypřítomným, kódy SPARS se nyní používají jen zřídka.

Oprava chyby

Hlavní článek: Digitální data

Jednou z výhod digitálního nahrávání oproti analogovému je jeho odolnost vůči chybám. Jakmile je signál v digitálním formátu, nedojde k jeho degradaci (přidání šumu nebo zkreslení) při kopírování nebo ukládání.

Viz také

Reference