Digitální zvuk

Vzorkování a 4bitová kvantizace analogového signálu (červená) pomocí pulzní kódové modulace.

Digitální zvuk je technologie, která využívá digitální signály pro reprodukci zvuku. Zahrnuje analogově-digitální převod, digitálně-analogový převod, ukládání a přenos.

Digitální zvuk se objevil díky své užitečnosti při záznamu, manipulaci, masové produkci a distribuci zvuku. Moderní distribuce hudby po internetu prostřednictvím on-line obchodů závisí na digitálním záznamu a digitálních kompresních algoritmech. Distribuce zvuku ve formě datových souborů, a nikoli fyzických objektů, výrazně snížila náklady na distribuci.

Přehled digitálního zvuku

Přechod od analogového k digitálnímu

Od voskového válce po kompaktní kazetu bylo ukládání a reprodukce analogové hudby založeno na stejných principech, na kterých je založen lidský sluch. V analogovém zvukovém systému zvuky začínají jako fyzické vlnění ve vzduchu, jsou transformovány do elektrické reprezentace vlnění prostřednictvím převodníku (například mikrofonu) a jsou uloženy nebo přenášeny. Aby mohl být zvuk znovu vytvořen, je tento proces obrácený, a to zesílením a následným převedením zpět na fyzický tvar vlny prostřednictvím reproduktoru. Ačkoli se jeho povaha může měnit, jeho základní, vlnové charakteristiky zůstávají během ukládání, transformace, duplikace a zesílení nezměněny. Všechny analogové zvukové signály jsou náchylné k šumu a zkreslení v důsledku šumu, který je vlastní elektronickým obvodům.

Digitální zvuk je technologie reprezentace zvuku v digitální podobě. Digitální zvukový řetězec začíná, když je analogový zvukový signál převeden na elektrické signály – impulsy „zapnuto/vypnuto“ – namísto elektromechanických signálů. Tento signál je pak dále kódován, aby se zabránilo případným chybám, které by mohly vzniknout při ukládání nebo přenosu signálu. Toto „kódování kanálů“ je nezbytné pro schopnost digitálního systému obnovit analogový signál při přehrávání. Příkladem kanálového kódu je osmi až čtrnáctibitová modulace používaná u zvukových kompaktních disků.

Analogový signál je převeden na digitální signál s danou vzorkovací frekvencí a bitovým rozlišením; může obsahovat více kanálů (2 kanály pro stereo nebo více pro prostorový zvuk). Obecně platí, že čím vyšší je vzorkovací frekvence a bitové rozlišení, tím větší je věrnost a také větší množství digitálních dat.

Kvalita zvuku

Ačkoli cílem analogových i digitálních systémů je dokonalá reprodukce zvuku, existuje několik překážek, které brání dosažení tohoto cíle. Patří mezi ně:

• Analogový šum v zachycujících obvodech a mají vlastní kapacitu a indukčnost, které omezují šířku pásma systému, a odpor, který omezuje amplitudu.
• Digitální kvantizační šum v zachycujících obvodech a vzorkovací frekvence omezuje šířku pásma a její bitové rozlišení omezuje dynamický rozsah (rozlišení tvorby amplitudy).

Pro dosažení lepší věrnosti jsou zapotřebí kvalitnější součástky, což zvyšuje celkové náklady.

Proces převodu

Digitální zvukový signál začíná analogově-digitálním převodníkem (ADC), který převádí analogový signál na digitální. ADC pracuje se vzorkovací frekvencí a převádí se známým bitovým rozlišením. Například audio CD má vzorkovací frekvenci 44,1 kHz (44 100 vzorků za sekundu) a 16bitové rozlišení pro každý kanál (stereo). Pokud analogový signál již není pásmově omezen, je nutné před převodem použít antialiasingový filtr, aby se zabránilo aliasingu v digitálním signálu. (K aliasingu dochází, když frekvence nad Nyquistovou frekvencí nebyly pásmově omezeny a místo toho se objevují jako slyšitelné artefakty v nižších frekvencích).

Přehled procesu digitální <-> analogové konverze.

Některé zvukové signály, například ty vytvořené digitální syntézou, vznikají výhradně v digitální oblasti a v takovém případě se analogově-digitální konverze neprovádí.

Po vzorkování pomocí ADC může být digitální signál upraven v procesu, který se nazývá zpracování digitálního signálu, kde může být filtrován nebo na něj mohou být aplikovány efekty.

Digitální zvukový signál může být poté uložen nebo přenášen.Digitální audio lze uložit na CD, přehrávač MP3, pevný disk, USB flash disk, CompactFlash nebo jiné zařízení pro ukládání digitálních dat.Pro zmenšení velikosti souboru se běžně používají techniky komprese zvukových dat – například MP3, Advanced Audio Coding, Ogg Vorbis nebo Flac.Digitální zvuk lze přenášet do jiných zařízení.

Posledním krokem digitálního zvuku je převod zpět na analogový signál pomocí digitálně-analogového převodníku (DAC). stejně jako ADC, i DAC pracují s určitou vzorkovací frekvencí a bitovým rozlišením, ale díky procesům převzorkování, převzorkování a převzorkování nemusí být tato vzorkovací frekvence stejná jako původní vzorkovací frekvence.

Historie využití digitálního zvuku v komerčním záznamu

Komerční digitální záznam klasické a jazzové hudby začal počátkem 70. let 20. století, průkopníky byly japonské společnosti jako Denon, BBC a britská nahrávací společnost Decca (která v polovině 70. let vyvinula digitální zvukové rekordéry vlastní konstrukce pro mastering svých alb), ačkoli experimentální záznamy existovaly již od 60. let.

První 16bitovou PCM nahrávku ve Spojených státech pořídil Thomas Stockham v Santa Fe Opera v roce 1976 na rekordéru Soundstream. Ve většině případů se nejednalo o žádný mixážní stupeň; byl pořízen stereofonní digitální záznam, který byl v nezměněné podobě použit jako master páska pro následné komerční vydání. Tyto nemixované digitální nahrávky se stále označují jako DDD, protože jde o čistě digitální technologii. (Stejně tak se nemixované analogové nahrávky obvykle označují jako ADD pro označení jedné generace analogového záznamu.)

Ačkoli vůbec první digitální nahrávka neklasické hudební skladby, Morrissey-Mullenův cover hitu Rose Royce „Love Don’t Live Here Anymore“ (vydaný v roce 1979 jako vinylové EP), byla nahrána v roce 1978 v nahrávacích studiích EMI Abbey Road, prvním zcela digitálně nahraným (DDD) albem populární hudby bylo album Bop Till You Drop od Ry Coodera, nahrané koncem roku 1978. Bylo nemixované, nahráno přímo ve studiu na dvoustopý digitální rekordér 3M. Mnoho dalších špičkových umělců bylo prvními přívrženci digitálního nahrávání. Jiní, například bývalý producent Beatles George Martin, se domnívali, že technologie vícestopého digitálního záznamu na počátku 80. let nedosáhla vyspělosti analogových systémů. Martin však používal digitální mixáž, aby snížil zkreslení a šum, které by vnášel analogový master tape (tedy ADD). Raným příkladem analogové nahrávky, která byla digitálně smíchána, je album Tusk skupiny Fleetwood Mac z roku 1979.

Subjektivní hodnocení

Věcné hodnocení je dlouhodobým problémem zvukových systémů obecně. Přestože lze zvukové signály měřit a analyzovat pomocí specializovaných přístrojů podle přísnějších měřítek, než je tomu u sluchu, taková měření ne vždy odhalí, zda určitý zvuk daný posluchač hodnotí jako „dobrý“ nebo „špatný“. Mezi parametry, které se týkají kvality zvuku, patří sluchové schopnosti, osobní preference, umístění vzhledem k reproduktorům a fyzikální vlastnosti místnosti. Subjektivní hodnocení se samozřejmě netýká pouze digitálního zvuku. Digitální zvuk však do debaty přidává další položky, jako jsou ztrátové kompresní algoritmy a psychoakustické modely.

Digitální zvukové technologie

• Digitální zvukové vysílání (DAB)
• Digitální zvuková pracovní stanice
• Digitální zvukový přehrávač

Úložné technologie:

• Digitální audio páska (DAT)
• Kompaktní disk (CD)
• DVD DVD-A
• MiniDisc
• Super Audio CD
• různé formáty zvukových souborů

Digitální audio rozhraní

Specifická audio rozhraní zahrnují:

• AC97 (Audio Codec 1997) rozhraní mezi integrovanými obvody na základních deskách PC
• Intel High Definition Audio Moderní náhrada AC97
• ADAT rozhraní
• AES/EBU rozhraní s XLR konektory
• AES47, Profesionální digitální audio AES3 po sítích s asynchronním přenosovým režimem
• I²S (Inter-IC sound) rozhraní mezi integrovanými obvody ve spotřební elektronice
• MADI vícekanálové audio digitální rozhraní
• MIDI nízkopásmové propojení pro přenos dat přístrojů; nemůže přenášet zvuk
• S/PDIF, buď po koaxiálním kabelu, nebo TOSLINK
• TDIF, vlastní formát Tascam s kabelem D-sub
• Bluetooth přes A2DP

Přirozeně může přenášet digitální zvuk jakákoli digitální sběrnice (např. USB, FireWire a PCI).

Viz také

• Compact Disc
• DVD
• Music
• Sound

• Borwick, John. 1996. Praxe nahrávání zvuku. 4. vydání. Oxford: Oxford University Press. ISBN 0198166087.
• Ifeachor, Emmanuel C., a Barrie W. Jervis. 2002. Digitální zpracování signálů: A Practical Approach, 2. vydání. Harlow, Velká Británie: Prentice Hall. ISBN 0201596199.
• Rabiner, Lawrence R., and Bernard Gold. 1975. Theory and Application of Digital Signal Processing [Teorie a aplikace číslicového zpracování signálů]. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall. ISBN 0139141014.
• Stanley, William D., Gary R. Dougherty a Ray Dougherty. 1984. Digital Signal Processing. Reston, VA: Reston Pub. Co. ISBN 083591321X.
• Watkinson, John. 2005. The Art of Digital Audio, 3. vydání. Oxford: Focal Press. ISBN 0240515870.

Všechny odkazy vyhledány 23. října 2017.

• Digitální zvuk. (Výukový kurz.)
• Úvod do počítačové hudby: První díl, pátá kapitola: Digital Audio.

Logická hradla | digitální obvody | integrované obvody (IC)

Teorie – booleovská logika | digitální zpracování signálu | architektura počítačů

Aplikace – digitální. fotografie | digitální zvuk | digitální video

.