Что такое цифровая звукозапись

Цифровая звукозапись

Цифрово́й звук — кодирование аналогового звукового сигнала в виде битовой последовательности. Простейшая форма кодирования аналогового звукового сигнала состоит в представлении последовательности уровней электрических звуковых колебаний в определенные промежутки времени с применением импульсно-кодовой модуляции. Также издавна известна сигма-дельта-модуляция. Современные системы кодирования в цифровой звук используют более сложные подходы, некоторые из которых, но не все, основаны на изначальном незначительном искажении, обычно невоспринимаемом человеческим ухом. Кроме описания звуковых колебаний в цифровом виде, применяется также создание специальных команд для автоматического воспроизведения на различных электронных музыкальных инструментах, ярчайшим примером такой технологии является MIDI.

Преимущества битового кода используются при передаче кодированного сигнала на расстояние, криптовании сигнала, цифровой подписи сигнала, восстановлении потерь, вызванной помехами при передаче, а также в прочих приложениях.

Цифровая звукозапись — технология преобразования аналогового звука в цифровой с целью сохранения его на физическом носителе для возможности последующего воспроизведения записанного сигнала.

Для воспроизведения цифрового звука применяют специальное оборудование, например музыкальные центры, цифровые плееры, компьютеры с звуковой картой и установленным программным обеспечением аудиоплеером или медиаплеером.

Содержание

История

Принцип цифровой звукозаписи методом периодической дискретизации и квантования сигнала

Принцип цифрового представления колебаний звукозаписи достаточно прост:

Принцип действия АЦП тоже достаточно прост: аналоговый сигнал, полученный от микрофонов и электро-музыкальных инструментов, преобразовывается в цифровой. Это преобразование включает в себя следующие операции:

Делается это следующим образом: непрерывный аналоговый сигнал «режется» на участки, с частотой дискретизации, получается цифровой дискретный сигнал, который проходит процесс квантования с определенной разрядностью, а затем кодируется, то есть заменяется последовательностью кодовых символов. Для качественной записи звука в полосе частот 20-20 000 Гц применяется минимальная стандартная частота дискретизации от 44,1 кГц и выше (в настоящее время появились АЦП и ЦАП c частотой дискретизации 192,3 и даже 384,6 кГц). Для получения довольно качественной записи достаточно разрядности 16 бит, однако для расширения динамического диапазона и повышения качества звукозаписи используется разрядность 24 (реже 32) бита.

Помехоустойчивое и канальное кодирование

Помехоустойчивое кодирование позволяет при воспроизведении сигнала выявить и устранить (или снизить частоту их появления) ошибки чтения с носителя. Для этого при записи к сигналу полученному на выходе АЦП добавляется искусственная избыточность (контрольный бит), которая впоследствии помогает восстановить поврежденный отсчет. В устройствах записи звука обычно используется комбинация из двух или трех помехоустойчивых кодов. Для лучшей защиты от пакетных ошибок также применяется перемежние.

Канальное кодирование служит для согласования цифровых сигналов с параметрами канала передачи (записи/воспроизведения). К полезному сигналу добавляются вспомогательные данные, которые облегчают последующее декодирование. Это могут быть сигналы временного кода, служебные сигналы, сигналы синхронизации.

В устройствах воспроизведения цифровых сигналов канальный декодер выделяет из общего потока данных тактовые сигналы и преобразует поступивший канальный сигнал в цифровой поток данных. После коррекции ошибок сигнал поступает в ЦАП.

Принцип действия ЦАП

Цифровой сигнал, полученный с декодера, преобразовывается в аналоговый. Это преобразование происходит следующим образом:

Методы цифровой звукозаписи

По принципу записи выделяют следующие методы:

На цифровых носителях и в персональных компьютерах для хранения звука (музыки, голоса и т. п.) применяются различные форматы, позволяющие выбрать приемлемое соотношение сжатия, качества звука и объёма данных.

Популярные форматы файлов для персональных компьютеров и соответствующих устройств:

Параметры, влияющие на качество цифровой звукозаписи

Основными параметрами, влияющими на качество цифровой звукозаписи, являются:

Также немаловажными остаются параметры аналогового тракта цифровых устройств звукозаписи и звуковоспроизведения:

Техника цифровой звукозаписи

Запись цифрового звука в настоящее время осуществляется на студиях звукозаписи, под управлением персональных компьютеров и другой дорогостоящей и качественной аппаратуры. Также довольно широко развито понятие «домашней студии», в которой применяется профессиональное и полупрофессиональное звукозаписывающее оборудование, позволяющее создавать качественные записи в домашних условиях.

Применяются звуковые карты в составе компьютеров, которые производят обработку в своих АЦП и ЦАП — чаще всего в 24 битах и 96 кГц, дальнейшее повышение битности и частоты дискретизации, практически не увеличивает качества записи.

Некоторые простые программы, позволяют осуществлять только конвертацию форматов и кодеков.

Некоторые виды цифрового звука в сравнении

12:1 с потерями

3:1 с потерями

11:1 с потерями

См. также

Примечания

Литература

Ссылки

Аудионосители и виды записи звука
Аналоговые	Валик фонографа (1877) • Грампластинка (1894) • Проволока телеграфона (1898) • Магнитофонная катушка (1940-е) • SoundScriber (1945) • Gray Audograph (1945) • Dictabelt (1947) • Долгоиграющая пластинка (1948) • RCA картридж (1958) • Fidelipac (1959) • Stereo-Pak (1962) • Компакт-кассета (1963) и cassette single (1982) • Stereo 8 (1964) • DC International (1965) • PlayTape (1966) • Миникассета (1967) • Микрокассета (1969) • Steno-Cassette (1971) • Elcaset (1976) • Пикокассета (1985)
Цифровые	Цифровые аудиоформаты• Soundstream (1976) • X80/ProDigi (1980) • DASH (1982) • Звуковой компакт-диск (1982) • Digital Audio Tape (1987) • ADAT (1991) • MiniDisc (1991) • Digital Compact Cassette (1992) • NT (1992) • Extended Resolution Compact Disc (1995) • High Definition Compatible Digital (1995) • 5.1 Music Disc (1997) • Super Audio CD (1999) • DVD-Audio (2000) • Hi-MD (2004) • K2 High Definition (2007) • SlotMusic (2008) • Super High Material CD (2008)

Полезное

Смотреть что такое «Цифровая звукозапись» в других словарях:

Звукозапись — Не следует путать с Звукопись. Звукозапись процесс сохранения колебаний в диапазоне 20 20 000 Гц (музыки, речи или иных звуков) на каком либо носителе (грампластинки, магнитная лента, компакт диск и т. д.) с помощью специальных приборов (микрофон … Википедия

ЦЗЗ — цифровая звукозапись … Словарь сокращений русского языка

История звукозаписи — Методы и носители для звукозаписи менялись и подверглись значительным изменениям с момента записи первых звуков (для последующего их воспроизведения) до настоящего времени. Содержание 1 Механические музыкальные инструменты 2 … Википедия

Микшерный пульт — Yamaha 2403 Микшерный пульт («микш … Википедия

ЗВУКА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ И ЗАПИСЬ — воспроизведение натуральных звучаний электромеханическими средствами и сохранение их в форме, позволяющей восстанавливать их с максимальной верностью оригиналу. Более подробная информация о физических принципах, лежащих в основе затрагиваемых… … Энциклопедия Кольера

ADAT — Alesis ADAT XT самый распространенный в 1990 е годы цифровой многодорожечный магнитофон ADAT (англ. Alesis Digital Audio Tape цифровая аудиолента фирмы Alesis) пакет стандартов … Википедия

Digital Audio Tape — У этого термина существуют и другие значения, см. DAT. DAT … Википедия

Сигма-дельта-модуляция — Технологии модуляции п·Аналоговая модуляция AM · SSB · ЧМ(FM) · ЛЧМ · ФМ(PM) · СКМ Цифровая модуляция АМн&#1 … Википедия

Звуковой компакт-диск — Это статья об одной из разновидностей оптических дисков. О других реализациях см.: Компакт диск. Звуковой компакт диск … Википедия

Цифровые аудиоформаты — Цифровой аудиоформат формат представления звуковых данных, используемый при цифровой звукозаписи, а также для дальнейшего хранения записанного материала на компьютере и других электронных носителях информации, так называемых звуковых… … Википедия

Источник

Принципы и основы цифровой звукозаписи

На современном этапе развития техники, компьютерная студия на базе РС, превосходит по своим возможностям профессиональные студии Лондона и Лос-Анжелеса пятнадцатилетней давности.

Современные профессиональные студии отличаются от домашних в большинстве своем возможностями производства многоканального и hi-res-звука (аудио высокого разрешения), продуманной акустикой контрольных помещений, сложной мониторинговой системой и наличием специалистов высокого класса.

Но, согласитесь, сейчас простой аудио-компакт диск (CDDA) является основным пользовательским стандартом и уйдет он очень не скоро. А это 16 бит, 44.1 КГц…

Массовое производство CD началось в конце 80-х, и тогда это подразумевало очень сложный производственный процесс, а сегодня ведь совсем нет проблем в записи, сведении и мастеринге собственного CD в домашних условиях. Это основное отличие 2003 года от начала 90-х.

Я могу немного «приоткрыть тайну» и сказать, что половина той музыки, которую вы слышите по радио или ТВ, производилось на РС, технические характеристики которых соизмеримы с вашим домашним компьютером.

Задачей этого материала является освещение основных вопросов по комплектации домашней профессиональной студии, «на выходе» которой вы сможете получить качественный продукт, который могут принять в ротацию.

Тракты

Современный тракт студии звукозаписи состоит из двух основных частей: аналогового и цифрового. Раньше все записывалось на аналоговые носители. Поэтому были очень большие потери при копировании с одного накопителя информации на другой.

Другой минус чисто аналоговых трактов состоит в погрешностях в управлении. Например, мой по сей день любимый синтезатор Roland Jupiter-8 (начало 80-х), не мог позволить точную настройку звучания. Все зависело от многих параметров: степени «нагретости» и т.п. Даже один раз крутанув ручку потенциометра, вы потом не сможете точно зафиксировать ее в исходное положение.

С приходом цифровых технологий все существенно изменилось и упростилось. Во-первых, стало доступно копирование цифрового звукового сигнала без потерь в качестве. То есть вы можете копировать аудио-CD «один к одному».

Во-вторых, найдя нужную настройку для эффект-процессора/плагина (пресет), вы сможете потом воспроизвести ее с той же точностью в любой момент.

Плюсы цифровых трактов стоит рассматривать и из физических соображений, поскольку теорема Нейквиста-Котельникова подверждает, что дискретный цифровой сигнал с частотой дискретизации 44100 Гц воспринимается человеческим ухом как непрерывный во всем слышимом частотном диапазоне.

Поэтому основное золотое правило домашней студии: соразмерность аппаратной части и программного обеспечения. Если она будет найдена, то на выпуск продукции вы будете тратить намного меньше времени. По собственному опыту могу сказать, что по отлаженной рабочей схеме можно выпускать по одной-две композиции в неделю (начиная от записи и заканчивая профессиональным мастерингом).

Аналоговые тракты

Звуковая волна, распространяющаяся в воздухе, может быть преобразована в электрический (или как его еще называют, аналоговый) сигнал. То есть, изменения давления в воздухе должны быть пропорциональными изменениям напряжения или силы тока. Частота пульсации воздушной волны должна быть равна частоте пульсации напряжения или тока. Таким образом, мы переносим всю звуковую информацию в электрическое поле, и передаем ее посредством электрического сигнала. Устройства, которые позволяют произвести преобразования акустическая среда > аналоговый сигнал, называются микрофонами и звукоснимателями. Вот как раз на микрофонах мы и остановимся несколько подробнее, поскольку это одни из самых важных элементов студии.

Микрофоны

Сейчас наибольшее распространение получили динамические и конденсаторные микрофоны. Принцип действия динамического микрофона очень прост. К мембране, которая «ловит» звуковые волны и реагирует на них, снизу прикреплена катушка. Внутри катушки стационарно установлен магнит, прикрепленный к корпусу капсюля. Изменение положения катушки относительно магнита превращается в изменения электромагнитного поля и тем самым формируется электрический сигнал.

Конденсаторный микрофон еще более прост в объяснении, так как его мембрана является одной из обкладок конденсатора. Изменения ее состояния, превращаются в изменения электрической емкости и как следствие электромагнитного поля. Таким образом, мы также получаем аналоговый сигнал.

Если говорить о положительных сторонах конденсаторных микрофоном, то кроме выигрыша в чувствительности мы получаем преимущество в возможностях изменения направленности микрофона, или как говорят диаграммы направленности. Для обычной мембраны стандартной диаграммой является кардиоида. В большинстве моделей используют два капсюля и располагают их «спина к спине». Далее все зависит от поляризирующего напряжения. Если оба капсюля находятся в фазе, то микрофон ловит весь звук вокруг себя и такая диаграмма называется круговой. Если же они находятся в противофазе, то мы получаем «восьмерку». Все остальные диаграммы носят комбинационный характер.

Кондесаторные микрофоны также делятся по размерам используемых диафрагм, которые могут быть малыми и большими. Первый вариант лучше себя характеризует с точки зрения достоверности АЧХ, ширины частотного диапазона и выдержке большего звукового давления. Конденсаторные микрофоны с большими мембранами обладают большей долей чувствительности и меньшим уровнем шума. Они чаще всего используются в студиях и, в большинстве своем, достаточно дороги. При этом страдает достоверность, поэтому говорят, что такие микрофоны «украшают» звук. Стоит отметить, что это весьма субъективный параметр, воспринимаемый на слух.

Основные технические характеристики микрофонов:

На современном этапе микрофоны делятся также на инструментальные и голосовые. Если микрофон не нужно держать в руке, а, например, подзвучить им бас-бочку, то он может любой формы и любых размеров. Также в нем не нужно задействовать весь частотный диапазон, достаточно ограничить его сверху до 12 КГц.

О субъективности восприятия…

Сейчас идет очень много споров об объективности оценок звукового оборудования. Как это провести наилучшим образом.

Предусилители, микшеры, аналоговые устройства обработки

Электрические цепи, кабели, разъемы и заземление

Начнем по порядку. В основном мы встречаемся на практике с четырьмя видами кабелей: одножильные, «витая пара», квадропольные и комбинированные.

Одиночные кабели весьма просты по конструкции, они состоят из проводника в изоляции, экранирующей обмотки и второго слоя изоляции. Такие кабели предназначены для несимметричного подключения микрофонов и инструментов и произведения простейшей коммутации.

Витая пара представляет из себя несколько более сложную структуру, поскольку там находится два изолированных проводника, помещенные в органический изолирующий слой (хлопок или что-то подобное), экранирующей обмотки и внешнего слоя изоляции из поливинилхлорида или подобных соединений.

Квадропольные кабели как видно из названия состоят из четырех проводников. Их используют в качестве помехоустойчивой витой пары.

Комбинированные кабели состоят из множества более простых, заключенных в некую оболочку. Вы их можете встретить на концертах или больших студиях (их иногда называют «кишкой»).

Если описывать кабель с точки зрения электричества, то он имеет свое сопротивление, индуктивность, возникающую между проводниками и между проводниками и обмоткой, и емкость, возникающую там же. Обычно производитель указывает все эти величины относительно длины равной 1 метру.

Так как сигнал переносится переменным напряжением и током, то сопротивление играет немаловажную роль. Чем длиннее проводник, тем слабее становится сигнал. В условиях большой протяженности кабелей обычно в цепь дополнительно подключают линейный усилитель сигнала. Хотя производители пытаются сделать сопротивление минимальным, и оно действительно мало.

За счет того, что в кабелях возникают емкость и индуктивность, они могут влиять на АЧХ сигнала, работая как частотные фильтры. Это зависит от длины кабеля, его конструктивных особенностей и от выходного сопротивления цепи, к которой этот кабель подключен.

Если говорить о коммутации источника сигнала и нагрузки, то должно действовать правило, согласно которому полное сопротивление источника должно быть намного меньше сопротивлению нагрузки. Это правило не относится к высокочастотным и цифровым линиям.

При несимметричной (небалансной) коммутации используется четыре стандартных типа разъемов: джеки, мини-джеки, XLR и RCA (тюльпаны). Чтобы сделать из XLR небаланс, нужно просто не задействовать 3 контакт, то же относится к стерео-джекам и стерео-мини-джекам.

Как мы понимаем, симметричная коммутация является лучшим способом избавления от помех, поэтому лучше всего стараться использовать только ее, где это только возможно.

Все аппаратные средства заземлены в одной точке, которую часто называют «Меккой».

Дополнительно рекомендовано использовать специальные источники питания, в которых существуют специальные фильтры, защищающие от помех и внешних воздействий. Эти опции являются стандартными для дорогих систем бесперебойного питания (UPS).

В профессиональной технике часто присутствуют кнопки включения отключения заземления, что иногда может решить проблемы с несимметричными связями.

Звуковой тракт опишем следующей последовательностью: микрофон/инструмент, предусилитель, компьютер/магнитофон, микшер, усилитель, колонки. Так вот включать нужно все в таком порядке как я и перечислил. То есть сначала микрофон, потом предусилитель, потом компьютер, за ним микшер, за ним усилитель и колонки.

Отключать нужно в обратном порядке, начиная с колонок. Если вы включаете или отключаете устройство при остальных включенных, сделайте это так, чтобы следующий в списке элемент имел минимальную чувствительность. Например, включая микрофон, установите чувствительность предусилителя в ноль (если подключаете конденсаторный микрофон, то отключите сначала фантомное питание). Если отключаете компьютер, выставьте фэйдеры на микшере в ноль и так далее. Данная схема призывает к порядку и сохраняет работоспособность аппаратуры.

Цифровой тракт

Встроенные микрофонные предусилители в большинстве саундкарт и интерфейсов выполнены несколько хуже своих аппаратных собратьев. Поэтому стоит задуматься о внешнем предусилителе, причем сейчас очень хорошо активизировались dbx и Focusrite на рынке средних цен (

$500), к тому же TL Audio может вам сегодня предложить очень недорогие модификации.

Программное обеспечение

Акустические системы

Также в последнее время получили распространение системы 4.0, 4.1, 5.0, 5.1 и 7.1. В пользовательском ценовом диапазоне они пока не дают того качества, которое необходимо для производства профессиональных фонограмм. При этом в рамках данной статьи мы рассматриваем студию для выпуска качественного CD, не больше.

Наушники

Основное различие прослушивания фонограммы в наушниках и на мониторах состоит в том, что в последнем случае мы слышим перекрестные каналы (в левое ухо доходит звук из правого канала, и наоборот). Поэтому в наушниках звук получается более раздельным и ярким. Мониторинг следует производить и в наушниках и на мониторах.

Безопасность

В завершении

Не стоит недооценивать долю продукции, произведенной на домашних студиях на медиа-рынке. Она составляет примерно половину от общей массы. И, соответственно, домашние студии забирают половину денег от этого рынка. Крупных профессиональных студий меньше, но и цены, соответственно, дороже.

SINTEFEX FX8000 REPLICATOR

Все аналоговые устройства и тракты можно сэмплировать, или говоря иначе, сделать для них программные математические шаблоны. Именно за шаблонными устройствами будущее звукорежиссуры.

Скоро появятся подобные программные модели.

Источник

Цифровая звукозапись

Из Википедии — свободной энциклопедии

Простейший метод преобразования, импульсно-кодовая модуляция (ИКМ), состоит в представлении последовательности мгновенных значений уровня сигнала, измеряемого аналого-цифровым преобразователем (АЦП) через равные промежутки времени.

Разновидностью ИКМ является дельта-модуляция, где в каждый момент отсчёта сигнал сравнивается с пилообразным напряжением на каждом шаге дискретизации.

Сигма-дельта модуляция’ — способ представления сигнала на основе принципа избыточной дискретизации и формирования шума квантования, позволяет снизить уровень шума.

Современные методы используют более сложные алгоритмы преобразования. Помимо представления звуковых колебаний в цифровом виде, применяется также создание специальных команд для автоматического воспроизведения на различных электронных музыкальных инструментах. Ярчайшим примером такой технологии является MIDI.

Преимущества битового кода используются при передаче кодированного сигнала на расстояние, шифровании сигнала, цифровой подписи сигнала, восстановлении потерь, вызванных помехами при передаче, а также в прочих приложениях.

Цифровая звукозапись — технология преобразования аналогового звука в цифровой с целью сохранения его на физическом носителе для возможности последующего воспроизведения записанного сигнала.

Представление аудиоданных в цифровом виде позволяет очень эффективно изменять исходный материал при помощи специальных устройств или компьютерных программ — звуковых редакторов, что нашло широкое применение в промышленности, медиа-индустрии и быту.

Для воспроизведения цифрового звука применяют специальное оборудование, например музыкальные центры, цифровые плееры, компьютеры с звуковой картой и установленным программным обеспечением: аудиоплеером или медиаплеером.

Источник