Audio digital

Eșantionarea și cuantificarea pe 4 biți a unui semnal analogic (roșu) folosind Pulse Code Modulation.

Audio digital este o tehnologie care utilizează semnale digitale pentru reproducerea sunetului. Ea include conversia analogică-digitală, conversia digitală-analogică, stocarea și transmiterea.

Audio digital a apărut datorită utilității sale în înregistrarea, manipularea, producția în masă și distribuția de sunet. Distribuția modernă a muzicii pe internet prin intermediul magazinelor online depinde de înregistrarea digitală și de algoritmii de compresie digitală. Distribuția audio sub formă de fișiere de date, mai degrabă decât sub formă de obiecte fizice, a redus semnificativ costurile de distribuție.

Vizualizare generală a sunetului digital

De la analogic la digital

De la cilindrul de ceară la caseta compactă, stocarea și reproducerea analogică a muzicii audio s-au bazat pe aceleași principii pe care se bazează și auzul uman. Într-un sistem audio analogic, sunetele încep ca forme de undă fizice în aer, sunt transformate într-o reprezentare electrică a formei de undă, prin intermediul unui traductor (de exemplu, un microfon), și sunt stocate sau transmise. Pentru a fi recreat în sunet, procesul este inversat, prin amplificare și apoi convertit din nou în forme de undă fizice prin intermediul unui difuzor. Deși natura sa se poate schimba, caracteristicile sale fundamentale, asemănătoare undelor, rămân nealterate în timpul stocării, transformării, duplicării și amplificării. Toate semnalele audio analogice sunt susceptibile la zgomot și distorsiune, din cauza zgomotului inerent prezent în circuitele electronice.

Audio digital este tehnologia de reprezentare a sunetului în formă digitală. Lanțul audio digital începe atunci când un semnal audio analogic este convertit în semnale electrice – impulsuri „pornit/oprit” – în loc de semnale electromecanice. Acest semnal este apoi codificat în continuare pentru a combate orice erori care ar putea apărea în stocarea sau transmiterea semnalului. Această „codificare a canalelor” este esențială pentru capacitatea sistemului digital de a recrea semnalul analogic la reluare. Un exemplu de cod de canal este modularea pe opt până la paisprezece biți, așa cum este utilizată în cazul compact discurilor audio.

Un semnal analogic este convertit într-un semnal digital la o anumită frecvență de eșantionare și rezoluție de biți; acesta poate conține mai multe canale (2 canale pentru stereo sau mai multe pentru sunet surround). În general, cu cât rata de eșantionare și rezoluția de biți sunt mai mari, cu atât fidelitatea este mai mare, precum și cantitatea de date digitale este mai mare.

Calitatea sunetului

Deși scopul ambelor sisteme analogice și digitale este de a reproduce perfect sunetul, există mai multe obstacole în atingerea acestui obiectiv. Printre acestea se numără:

• Zgomotul de fond analogic în circuitele de captare și au capacitate și inductanță inerente care limitează lățimea de bandă a sistemului, iar rezistența care limitează amplitudinea.
• Zgomotul de cuantificare digitală în circuitele de captare, iar frecvența de eșantionare limitează lățimea de bandă, iar rezoluția biților săi limitează domeniul dinamic (rezoluția creării amplitudinii).

Pentru a obține o fidelitate mai bună, sunt necesare componente de calitate superioară, ceea ce a crescut costul total.

Procesul de conversie

Un semnal audio digital începe cu un convertor analog-digital (ADC) care convertește un semnal analogic într-un semnal digital. ADC-ul funcționează la o rată de eșantionare și convertește la o rezoluție de bit cunoscută. De exemplu, CD audio are o rată de eșantionare de 44,1 kHz (44.100 de eșantioane pe secundă) și o rezoluție de 16 biți pentru fiecare canal (stereo). Dacă semnalul analogic nu este deja limitat în bandă, atunci este necesar un filtru anti-aliasing înainte de conversie, pentru a preveni aliasing-ul în semnalul digital. (Aliasing-ul apare atunci când frecvențele de deasupra frecvenței Nyquist nu au fost limitate în bandă și, în schimb, apar ca artefacte audibile în frecvențele mai joase).

O prezentare generală a procesului de conversie digitală <->-analogică.

Câteva semnale audio, cum ar fi cele create prin sinteză digitală, își au originea în întregime în domeniul digital, caz în care nu are loc conversia analog-digitală.

După ce a fost eșantionat cu ADC, semnalul digital poate fi apoi modificat într-un proces care se numește procesare digitală a semnalului, unde poate fi filtrat sau i se pot aplica efecte.

Semnalul audio digital poate fi apoi stocat sau transmis.Stocarea audio digitală poate fi pe un CD, un MP3 player, un hard disk, o unitate flash USB, CompactFlash sau orice alt dispozitiv de stocare a datelor digitale. tehnicile de compresie a datelor audio – cum ar fi MP3, Advanced Audio Coding, Ogg Vorbis sau Flac – sunt utilizate în mod obișnuit pentru a reduce dimensiunea fișierului.Sunetul audio digital poate fi transmis în flux către alte dispozitive.

Ultimul pas pentru sunetul digital este să fie convertit înapoi într-un semnal analogic cu ajutorul unui convertor digital-analogic (DAC).Ca și ADC-urile, DAC-urile funcționează la o anumită rată de eșantionare și rezoluție de biți, dar prin procesele de supraeșantionare, supraeșantionare și subeșantionare, această rată de eșantionare poate să nu fie aceeași cu rata de eșantionare inițială.

Istoria utilizării audio digitale în înregistrările comerciale

Înregistrarea digitală comercială a muzicii clasice și de jazz a început la începutul anilor 1970, fiind inițiată de companii japoneze precum Denon, BBC și casa de discuri britanică Decca (care la mijlocul anilor 1970 a dezvoltat aparate de înregistrare audio digitală de concepție proprie pentru masterizarea albumelor lor), deși înregistrări experimentale au existat încă din anii 1960.

Prima înregistrare PCM pe 16 biți din Statele Unite a fost realizată de Thomas Stockham la Opera Santa Fe în 1976, pe un înregistrator Soundstream. În cele mai multe cazuri, nu a fost implicată nicio etapă de mixare; o înregistrare digitală stereo a fost realizată și utilizată nealterată ca bandă master pentru lansarea comercială ulterioară. Aceste înregistrări digitale neamestecate sunt încă descrise ca DDD, deoarece tehnologia implicată este pur digitală. (Înregistrările analogice neamestecate sunt, de asemenea, descrise de obicei ca DDD pentru a denota o singură generație de înregistrare analogică.)

Deși prima înregistrare digitală a unei piese de muzică non-clasică, cover-ul lui Morrissey-Mullen al hitului Rose Royce „Love Don’t Live Here Anymore” (lansat în 1979 ca EP pe vinil) a fost înregistrat în 1978 la studiourile de înregistrare Abbey Road ale EMI, primul album de muzică populară înregistrat în întregime digital (DDD) a fost Bop Till You Drop al lui Ry Cooder, înregistrat la sfârșitul anului 1978. Acesta nu a fost mixat, fiind înregistrat direct pe un înregistrator digital 3M cu două piste în studio. Mulți alți artiști de top au aderat de timpuriu la înregistrarea digitală. Alții, cum ar fi fostul producător al trupei Beatles, George Martin, au considerat că tehnologia de înregistrare digitală multitrack de la începutul anilor 1980 nu ajunsese la nivelul de sofisticare al sistemelor analogice. Cu toate acestea, Martin a folosit mixajul digital pentru a reduce distorsiunea și zgomotul pe care le-ar fi introdus o bandă master analogică (deci ADD). Un exemplu timpuriu al unei înregistrări analogice care a fost mixată digital este albumul lansat de Fleetwood Mac în 1979, Tusk.

Evaluare subiectivă

Evaluarea fidelității este o problemă de lungă durată în ceea ce privește sistemele audio în general. Deși semnalele audio pot fi măsurate și analizate de instrumente specializate la standarde mai exigente decât se poate face cu urechea, astfel de măsurători nu dezvăluie întotdeauna dacă anumite sunete sunt evaluate ca fiind „bune” sau „rele” de către un anumit ascultător. Parametrii care se referă la calitatea audio includ capacitățile auditive, preferințele personale, locația în raport cu difuzoarele și proprietățile fizice ale încăperii. Bineînțeles, evaluarea subiectivă nu este unică pentru audio digital. Cu toate acestea, audio digital adaugă mai multe elemente la dezbatere, cum ar fi algoritmii de compresie cu pierderi și modelele psihoacustice.

Tehnologii audio digitale

• Digital Audio Broadcasting (DAB)
• Stație de lucru audio digitală
• Realizator audio digital

Tehnologii de stocare:

• Bandă audio digitală (DAT)
• Compact disc (CD)
• DVD DVD-A
• MiniDisc
• Super Audio CD
• diverse formate de fișiere audio

Interfețe audio digitale

Interfețele specifice audio includ:

• AC97 (Audio Codec 1997) interfață între circuite integrate pe plăcile de bază ale PC-urilor
• Intel High Definition Audio Un înlocuitor modern pentru AC97
• Interfață ADAT
• Interfață AES/EBU cu conectori XLR
• AES47, Interfață audio digitală AES3 profesională prin rețele de tip Asynchronous Transfer Mode
• I²S (Inter-IC sound) interfață între circuite integrate în electronica de consum
• MADI Multichannel Audio Digital Interface
• MIDI interconectare cu lățime de bandă redusă pentru transportul datelor instrumentale; nu poate transporta sunet
• S/PDIF, fie prin cablu coaxial, fie prin TOSLINK
• TDIF, format proprietar Tascam cu cablu D-sub
• Bluetooth prin A2DP

Natural, orice bus digital (cum ar fi USB, FireWire și PCI) poate transporta audio digital.

Vezi și

• Compact Disc
• DVD
• Muzică
• Sunete

• Borwick, John. 1996. Sound Recording Practice, ediția a 4-a. Oxford: Oxford University Press. ISBN 019816606087.
• Ifeachor, Emmanuel C., and Barrie W. Jervis. 2002. Digital Signal Processing: A Practical Approach, ediția a 2-a. Harlow, Marea Britanie: Prentice Hall. ISBN 020159616199.
• Rabiner, Lawrence R., și Bernard Gold. 1975. Theory and Application of Digital Signal Processing. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall. ISBN 0139141014.
• Stanley, William D., Gary R. Dougherty, și Ray Dougherty. 1984. Digital Signal Processing. Reston, VA: Reston Pub. Co. ISBN 083591321X.
• Watkinson, John. 2005. The Art of Digital Audio, ediția a 3-a. Oxford: Focal Press. ISBN 0240515870.

Toate linkurile recuperate la 23 octombrie 2017.

• Digital Audio. (Tutorial.)
• Introducere în muzica pe calculator: Volumul 1, Capitolul 5: Digital Audio.

Portă logică | circuit digital | circuit integrat (IC)

Teorie – logică booleană | prelucrarea digitală a semnalelor | arhitectura calculatoarelor

Aplicații – digital. fotografie | audio digital | video digital