Digital lyd

Digital lyd er en teknologi, der anvender digitale signaler til lydgengivelse. Den omfatter analog-til-digital konvertering, digital-til-analog konvertering, lagring og transmission.

Digital audio er opstået på grund af dens anvendelighed i forbindelse med optagelse, manipulation, masseproduktion og distribution af lyd. Moderne distribution af musik over internettet via online-butikker afhænger af digital optagelse og digitale komprimeringsalgoritmer. Distribution af lyd som datafiler i stedet for som fysiske objekter har reduceret omkostningerne til distribution betydeligt.

Oversigt over digital lyd

Gå fra analog til digital

Fra vokscylinderen til kompaktkassetten har analog lydmusiklagring og -gengivelse været baseret på de samme principper, som den menneskelige hørelse er baseret på. I et analogt lydsystem begynder lyden som en fysisk bølgeform i luften, omdannes til en elektrisk repræsentation af bølgeformen via en transducer (f.eks. en mikrofon) og lagres eller overføres. For at blive genskabt som lyd, skal processen omvendes gennem forstærkning og derefter omdannes tilbage til fysiske bølgeformer via en højttaler. Selv om dens karakter kan ændre sig, forbliver dens grundlæggende, bølgelignende egenskaber uændrede under lagring, omdannelse, kopiering og forstærkning. Alle analoge lydsignaler er modtagelige for støj og forvrængning på grund af den iboende støj i elektroniske kredsløb.

Digital lyd er den teknologi, der repræsenterer lyd i digital form. Den digitale lydkæde begynder, når et analogt lydsignal konverteres til elektriske signaler – “tænd/sluk”-impulser – i stedet for elektromekaniske signaler. Dette signal er derefter yderligere kodet for at bekæmpe eventuelle fejl, der kan opstå i forbindelse med lagring eller overførsel af signalet. Denne “kanalkodning” er afgørende for det digitale systems evne til at genskabe det analoge signal ved gengivelse. Et eksempel på en kanalkodning er 8 til 14 bit-modulation, som anvendes i lyd-Compact Disc.

Et analogt signal konverteres til et digitalt signal ved en given samplingfrekvens og bitopløsning; det kan indeholde flere kanaler (2 kanaler for stereo eller flere for surround sound). Generelt gælder det, at jo højere samplingfrekvens og bitopløsning, jo større er troværdigheden, og jo større er mængden af digitale data.

Lydkvalitet

Og selv om målet for både analoge og digitale systemer er at gengive lyden perfekt, er der flere hindringer for at nå dette mål. De omfatter:

• Analog støjgulv i det optagende kredsløb, og har iboende kapacitans og induktans, der begrænser systemets båndbredde, og modstand, der begrænser amplituden.
• Digital kvantiseringsstøj i det optagende kredsløb, og samplingfrekvens begrænser båndbredden, og dens bitopløsning begrænser det dynamiske område (opløsning af amplitudeoprettelse).

For at opnå bedre fidelitet kræves der komponenter af højere kvalitet, hvilket øger de samlede omkostninger.

Konverteringsproces

Et digitalt lydsignal starter med en analog-til-digital-konverter (ADC), der konverterer et analogt signal til et digitalt signal. ADC’en kører med en samplingfrekvens og konverterer med en kendt bitopløsning. CD-lyd har f.eks. en samplingfrekvens på 44,1 kHz (44 100 samples pr. sekund) og en opløsning på 16 bit for hver kanal (stereo). Hvis det analoge signal ikke allerede er båndbegrænset, er det nødvendigt med et antialiasingfilter før konvertering for at forhindre aliasing i det digitale signal. (Aliasing opstår, når frekvenser over Nyquist-frekvensen ikke er blevet båndbegrænset og i stedet vises som hørbare artefakter i de lavere frekvenser).

Nogle lydsignaler, f.eks. dem, der skabes ved digital syntese, stammer udelukkende fra det digitale domæne, og i så fald finder der ikke nogen analog til digital konvertering sted.

Når det digitale signal er blevet samplet med ADC’en, kan det digitale signal derefter ændres i en proces, der kaldes digital signalbehandling, hvor det kan filtreres eller påføres effekter.

Det digitale lydsignal kan derefter lagres eller overføres.Digital lydlagring kan ske på en cd, en MP3-afspiller, en harddisk, et USB-flashdrev, CompactFlash eller en anden digital datalagringsenhed.Lyddatakomprimeringsteknikker – såsom MP3, Advanced Audio Coding, Ogg Vorbis eller Flac – er almindeligt anvendt til at reducere filstørrelsen.Digital lyd kan streames til andre enheder.

Det sidste trin for digital lyd er at blive konverteret tilbage til et analogt signal med en digital-til-analog-konverter (DAC).Ligesom ADC’er kører DAC’er med en bestemt samplingfrekvens og bitopløsning, men gennem processer som oversampling, upsampling og downsampling er denne samplingfrekvens muligvis ikke den samme som den oprindelige samplingfrekvens.

Historie om digital lydanvendelse i kommercielle optagelser

Den kommercielle digitale optagelse af klassisk musik og jazzmusik begyndte i begyndelsen af 1970’erne, som blev indledt af japanske virksomheder som Denon, BBC og det britiske pladeselskab Decca (som i midten af 1970’erne udviklede digitale lydoptagere af eget design til mastering af deres plader), selv om der eksisterede eksperimentelle optagelser fra 1960’erne.

Den første 16-bit PCM-optagelse i USA blev foretaget af Thomas Stockham på Santa Fe Operaen i 1976 på en Soundstream-optager. I de fleste tilfælde var der ikke noget blandingsstadium involveret; der blev lavet en digital stereo-optagelse, som blev brugt uændret som masterbånd til den efterfølgende kommercielle udgivelse. Disse ublandede digitale optagelser betegnes stadig som DDD-optagelser, da der er tale om en rent digital teknologi. (Ublandede analoge optagelser betegnes ligeledes normalt som ADD for at betegne en enkelt generation af analoge optagelser.)

Men selv om den første digitale optagelse af et ikke-klassisk musikstykke nogensinde, Morrissey-Mullens cover af Rose Royce-hittet “Love Don’t Live Here Anymore” (udgivet i 1979 som en vinyl-EP), blev optaget i 1978 i EMI’s Abbey Road-optagelsesstudier, var det første helt digitalt indspillede (DDD) populærmusikalbum Ry Cooders Bop Till You Drop, der blev optaget i slutningen af 1978. Det blev ikke mixet, idet det blev indspillet direkte på en digital 3M-to-sporoptager i studiet. Mange andre topmusikere var tidlige tilhængere af digital indspilning. Andre, som f.eks. den tidligere Beatles-producer George Martin, mente, at den digitale flersporsoptagelsesteknologi i begyndelsen af 1980’erne ikke var så avanceret som de analoge systemer. Martin brugte dog digital mixing for at reducere den forvrængning og støj, som et analogt masterbånd ville medføre (ADD). Et tidligt eksempel på en analog optagelse, der blev digitalt mixet, er Fleetwood Macs udgivelse Tusk fra 1979.

Subjektiv evaluering

Evaluering af troværdighed er et gammelt problem med lydsystemer i almindelighed. Selv om lydsignaler kan måles og analyseres af specialiserede instrumenter efter mere præcise standarder, end det kan gøres ved hjælp af øret, afslører sådanne målinger ikke altid, om visse lyde vurderes som “gode” eller “dårlige” af en given lytter. Parametre, der har betydning for lydkvaliteten, omfatter høreevner, personlige præferencer, placering i forhold til højttalerne og rummets fysiske egenskaber. Selvfølgelig er subjektiv vurdering ikke enestående for digital lyd. Digital lyd tilføjer dog flere elementer til debatten, f.eks. tabsgivende komprimeringsalgoritmer og psykoakustiske modeller.

Digitale lydteknologier

• Digital Audio Broadcasting (DAB)
• Digital audio workstation
• Digital audio player

Lagringsteknologier:

• Digital Audio Tape (DAT)
• Compact disc (CD)
• DVD DVD-A
• MiniDisc
• Super Audio CD
• forskellige lydfilformater

Digitale audio-grænseflader

Audio-specifikke grænseflader omfatter:

• AC97 (Audio Codec 1997) grænseflade mellem integrerede kredsløb på pc-moderkort
• Intel High Definition Audio En moderne erstatning for AC97
• ADAT-grænseflade
• AES/EBU-grænseflade med XLR-stik
• AES47, Professionel AES3 digital lyd over Asynchronous Transfer Mode-netværk
• I²S (Inter-IC sound) interface mellem integrerede kredsløb i forbrugerelektronik
• MADI Multichannel Audio Digital Interface
• MIDI interconnect med lav båndbredde til transport af instrumentdata; kan ikke overføre lyd
• S/PDIF, enten via koaksialkabel eller TOSLINK
• TDIF, Tascams eget format med D-sub-kabel
• Bluetooth via A2DP

Naturligvis kan enhver digital bus (som f.eks. USB, FireWire og PCI) overføre digital lyd.

Se også

• Compact Disc
• DVD
• Musik
• Lyd

• Borwick, John. 1996. Sound Recording Practice, 4. udgave. Oxford: Oxford University Press. ISBN 0198166087.
• Ifeachor, Emmanuel C., og Barrie W. Jervis. 2002. Digital Signal Processing: A Practical Approach, 2. udgave. Harlow, UK: Prentice Hall. ISBN 020159596199.
• Rabiner, Lawrence R., og Bernard Gold. 1975. Teori og anvendelse af digital signalbehandling. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall. ISBN 0139141014.
• Stanley, William D., Gary R. Dougherty, og Ray Dougherty. 1984. Digital Signal Processing. Reston, VA: Reston Pub. Co. ISBN 083591321X.
• Watkinson, John. 2005. The Art of Digital Audio, 3. udgave. Oxford: Focal Press. ISBN 0240515870.

Alle links hentet den 23. oktober 2017.

• Digital Audio. (Tutorial.)
• Introduktion til computermusik: Volume One, Chapter Five: Digital Audio.

Digitale systemer

Logisk gate | digitalt kredsløb | integreret kredsløb (IC)

Teori – boolsk logik | digital signalbehandling | computerarkitektur

Anvendelser – digital. fotografi | digital audio | digital video