Digitális hang

A digitális hang olyan technológia, amely digitális jeleket használ a hangvisszaadáshoz. Magában foglalja az analóg-digitális átalakítást, a digitális-analóg átalakítást, a tárolást és az átvitelt.

A digitális audio azért alakult ki, mert hasznos a hangok rögzítése, manipulálása, tömeggyártása és terjesztése szempontjából. A zene modern terjesztése az interneten keresztül on-line áruházakon keresztül a digitális felvételektől és a digitális tömörítési algoritmusoktól függ. A hangok nem fizikai tárgyként, hanem adatfájlokként történő terjesztése jelentősen csökkentette a terjesztés költségeit.

A digitális hang áttekintése

Az analógtól a digitálisig

A viaszhengerektől a kompakt kazettákig az analóg hangzene tárolása és reprodukálása ugyanazokon az elveken alapult, amelyeken az emberi hallás is. Egy analóg audiorendszerben a hangok fizikai hullámformaként indulnak a levegőben, egy átalakító (például mikrofon) segítségével a hullámforma elektromos ábrázolásává alakulnak át, majd tárolásra vagy továbbításra kerülnek. Ahhoz, hogy újra hanggá váljon, a folyamat megfordul, erősítéssel, majd egy hangszórón keresztül fizikai hullámformává történő visszaalakítással. Bár a hang jellege változhat, alapvető, hullámszerű jellemzői változatlanok maradnak a tárolás, átalakítás, sokszorosítás és erősítés során. Minden analóg audiojel érzékeny a zajra és a torzításra, az elektronikus áramkörökben jelenlévő eredendő zaj miatt.

A digitális audio a hang digitális formában történő ábrázolásának technológiája. A digitális hanglánc akkor kezdődik, amikor az analóg hangjelet elektromechanikus jelek helyett elektromos jelekké – “be/ki” impulzusokká – alakítják át. Ezt a jelet ezután tovább kódolják, hogy leküzdjék a jel tárolása vagy továbbítása során esetlegesen előforduló hibákat. Ez a “csatornakódolás” elengedhetetlen ahhoz, hogy a digitális rendszer a lejátszáskor képes legyen az analóg jelet újra előállítani. A csatornakódolásra példa a nyolctól tizennégy bites moduláció, amelyet az audio Compact Disc-en használnak.

Az analóg jelet adott mintavételi sebességgel és bitfelbontással digitális jellé alakítják át; több csatornát is tartalmazhat (sztereó esetén 2 csatornát, térhatású hang esetén több csatornát). Általánosságban elmondható, hogy minél magasabb a mintavételi sebesség és a bitfelbontás, annál nagyobb a hűség, valamint annál nagyobb a digitális adatmennyiség.

Hangminőség

Noha mind az analóg, mind a digitális rendszerek célja a hang tökéletes reprodukálása, e cél elérésének számos akadálya van. Ezek közé tartozik:

• Az analóg zajszint a rögzítő áramkörben, és a rendszerben rejlő kapacitás és induktivitás korlátozza a rendszer sávszélességét, és ellenállás, amely korlátozza az amplitúdót.
• A digitális kvantálási zaj a rögzítő áramkörben, és a mintavételi sebesség korlátozza a sávszélességet, és a bitfelbontása korlátozza a dinamikai tartományt (az amplitúdó létrehozásának felbontását).

A jobb hanghűség elérése érdekében magasabb minőségű alkatrészekre van szükség, ami megnövelte az összköltséget.

A konverziós folyamat

A digitális hangjel egy analóg-digitális átalakítóval (ADC) kezdődik, amely az analóg jelet digitális jellé alakítja. Az ADC egy mintavételi sebességgel működik, és ismert bitfelbontással konvertál. A CD-hang például 44,1 kHz-es mintavételi sebességgel (44 100 minta/másodperc) és 16 bites felbontással rendelkezik minden csatornára (sztereó). Ha az analóg jel nem sávkorlátozott, akkor a konverzió előtt szükség van egy anti-aliasing szűrőre, hogy megakadályozza az aliasinget a digitális jelben. (Aliasing akkor fordul elő, ha a Nyquist-frekvencia feletti frekvenciák nem lettek sávkorlátozva, és ehelyett hallható leletként jelennek meg az alacsonyabb frekvenciákon).

Egyes hangjelek, például a digitális szintézis által létrehozott jelek teljes egészében a digitális tartományból származnak, ebben az esetben analóg-digitális átalakításra nem kerül sor.

A digitális jelet az ADC-vel történő mintavételezés után egy digitális jelfeldolgozásnak nevezett folyamat során módosíthatják, ahol szűrhetik vagy effektusokat alkalmazhatnak rajta.

A digitális hangjel ezután tárolható vagy továbbítható.A digitális hang tárolása történhet CD-n, MP3-lejátszón, merevlemezen, USB flash meghajtón, CompactFlash-en vagy bármilyen más digitális adattároló eszközön.A hangadatok tömörítési technikáit – például MP3, Advanced Audio Coding, Ogg Vorbis vagy Flac – általában a fájlméret csökkentése érdekében alkalmazzák.A digitális hang más eszközökre streamelhető.

A digitális hang utolsó lépése, hogy egy digitális-analóg átalakítóval (DAC) visszaalakítják analóg jellé.Az ADC-khez hasonlóan a DAC-ok is egy meghatározott mintavételi sebességgel és bitfelbontással működnek, de a túlmintavételezés, fel- és lemintavételezés folyamatai révén ez a mintavételi sebesség nem feltétlenül egyezik meg az eredeti mintavételi sebességgel.

A digitális hangfelvételek kereskedelmi célú felhasználásának története

A klasszikus és jazz zene kereskedelmi célú digitális rögzítése az 1970-es évek elején kezdődött, a japán cégek, például a Denon, a BBC és a Decca brit lemezkiadó (amely a 70-es évek közepén saját tervezésű digitális hangrögzítőket fejlesztett ki albumai masteringjéhez) úttörőjeként, bár kísérleti felvételek már az 1960-as évektől léteztek.

Az első 16 bites PCM-felvételt az Egyesült Államokban Thomas Stockham készítette 1976-ban a Santa Fe Operában, egy Soundstream felvevővel. A legtöbb esetben nem volt keverési szakasz; egy sztereó digitális felvételt készítettek, és változatlanul használták fel mesterszalagként a későbbi kereskedelmi kiadáshoz. Ezeket a keverés nélküli digitális felvételeket még mindig DDD-nek nevezik, mivel az alkalmazott technológia tisztán digitális. (A keveretlen analóg felvételeket szintén ADD-nek szokták nevezni, hogy jelezzék az analóg felvételek egyetlen generációját.)

Bár az első nem klasszikus zenei darab digitális felvételét, a Morrissey-Mullen-féle Rose Royce “Love Don’t Live Here Anymore” című sláger feldolgozását (amely 1979-ben jelent meg bakelit EP-n) 1978-ban rögzítették az EMI Abbey Road stúdiójában, az első teljesen digitálisan rögzített (DDD) könnyűzenei album Ry Cooder 1978 végén rögzített Bop Till You Drop című lemeze volt. Ez keverés nélküli volt, egyenesen egy kétsávos 3M digitális magnóra vették fel a stúdióban. Sok más vezető előadóművész is a digitális felvétel korai híve volt. Mások, mint például a Beatles egykori producere, George Martin, úgy érezték, hogy a többsávos digitális felvételi technológia az 1980-as évek elején még nem érte el az analóg rendszerek fejlettségét. Martin azonban digitális keverést használt, hogy csökkentse a torzítást és a zajt, amit az analóg mesterszalag okozna (így az ADD). Egy korai példa a digitálisan kevert analóg felvételre a Fleetwood Mac 1979-es Tusk című kiadványa.

Subjektív értékelés

A hűség értékelése régóta fennálló kérdés az audiorendszerekkel kapcsolatban általában. Bár a hangjeleket speciális műszerekkel pontosabb szabványok szerint lehet mérni és elemezni, mint ahogyan azt a hallás alapján meg lehet tenni, az ilyen mérések nem mindig mutatják meg, hogy bizonyos hangokat egy adott hallgató “jónak” vagy “rossznak” értékel. A hangminőséget befolyásoló paraméterek közé tartoznak a hallási képességek, a személyes preferenciák, a hangszórókhoz viszonyított elhelyezkedés és a szoba fizikai tulajdonságai. A szubjektív értékelés természetesen nem csak a digitális hangzás esetében jellemző. A digitális hang azonban további elemeket ad a vitához, például veszteséges tömörítési algoritmusokat és pszichoakusztikai modelleket.

Digitális audio technológiák

• Digitális audio műsorszórás (DAB)
• Digitális audio munkaállomás
• Digitális audio lejátszó

Tárolási technológiák:

• Digitális hangszalag (DAT)
• Compact disc (CD)
• DVD DVD-A
• MiniDisc
• Super Audio CD
• különböző audio fájlformátumok

Digitális audio interfészek

Audio specifikus interfészek a következők:

• AC97 (Audio Codec 1997) interfész a PC alaplapok integrált áramkörei között
• Intel High Definition Audio Az AC97 modern helyettesítője
• ADAT interfész
• AES/EBU interfész XLR csatlakozókkal
• AES47, Professzionális AES3 digitális audio aszinkron átviteli módú hálózatokon keresztül
• I²S (Inter-IC sound) interfész a fogyasztói elektronikában használt integrált áramkörök között
• MADI többcsatornás audio digitális interfész
• MIDI kis sávszélességű összeköttetés a hangszeradatok továbbítására; nem képes hangot továbbítani
• S/PDIF, akár koaxiális kábelen, akár TOSLINK-on keresztül
• TDIF, Tascam saját formátum D-sub kábellel
• Bluetooth A2DP-n keresztül

Természetesen bármely digitális busz (például USB, FireWire és PCI) képes digitális hangot továbbítani.

Vö. még

• Compact Disc
• DVD
• Music
• Sound

• Borwick, John. 1996. Hangfelvételi gyakorlat, 4. kiadás. Oxford: Oxford University Press. ISBN 0198166087.
• Ifeachor, Emmanuel C., and Barrie W. Jervis. 2002. Digitális jelfeldolgozás: A Practical Approach, 2. kiadás. Harlow, Egyesült Királyság: Prentice Hall. ISBN 0201596199.
• Rabiner, Lawrence R., and Bernard Gold. 1975. A digitális jelfeldolgozás elmélete és alkalmazása. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall. ISBN 0139141014.
• Stanley, William D., Gary R. Dougherty, and Ray Dougherty. 1984. Digitális jelfeldolgozás. Reston, VA: Reston Pub. Co. ISBN 083591321X.
• Watkinson, John. 2005. A digitális hangzás művészete, 3. kiadás. Oxford: Focal Press. ISBN 0240515870.

All links retrieved October 23, 2017.

• Digitális hangzás. (Tutorial.)
• Bevezetés a számítógépes zenébe: Első kötet, ötödik fejezet: Digital Audio.

Digitális rendszerek

Logikai kapu | digitális áramkör | integrált áramkör (IC)

Elmélet – bólés logika | digitális jelfeldolgozás | számítógépes architektúra

Alkalmazások – digitális fényképezés | digitális hang | digitális videó