Сага Его Величество Звук

§2. Второе вступление.

Первое тут ))
♯♪♯♫♯♪♯♫♯♪♯♫♯♪♯♫♯♪♯♫♯♪♯♫♯♪♯♫♯

Естественный звук – аналоговый: упругие волны распространяются в упругих средах (твердые, жидкие, газообразные) и совершают в них механические колебания.
На звукозаписывающей студии аналоговый сигнал от исполнителя оцифровывается: механические колебания превращаются в электрические колебания тех же частот. Т.е. вместо разной плотности среды будет разное напряжение и направление течения тока.

Представим, что мы держим в руках болванку CD с записью группы Morcheeba 16 бит/44.1 кГц

или записанную на флешку оцифровку винила Джо Дассена Люксембургский сад в формате WAV 24 бит/192 кГц

Вставляем диск или флешку в магнитолу, цифИрки с них считываются и попадают – куда? Правильно, в цифро-аналоговый преобразователь. Он же просто "цап" =)
Стоп.
Для начала определимся, какая еда попадает в цап и что такое эти цифры 16 бит/44.1 кГц и 24 бит/192 кГц.

Как правило, если звук записывается на CD, то мы получаем цифру в виде 16 бит/44.1 кГц, где 16 бит это уровень квантования, 44.1 кГц это частота дискретизации (она же частота семплирования).
Если позволяет уровень звукозаписывающей аппаратуры, то запись может содержать цифру с уровнем до 24бит/96 кГц или даже 24бит/192 кГц (формат DVD-Audio).

Откуда берется уровень квантования?
Аналогово-цифровой преобразователь АЦП (тот, что в студии звукозаписи) делает замер амплитуды аналогового сигнала и записывает численное значение данного замера. Если АЦП может описать это значение в 16 битах (16-битное квантование), то это означает, что будет записано 65536 уровней сигнала (2 в 16 степени).

Если оборудование может кодировать звук с глубиной 24 бита, то значит будет записано 16 777 216 уровней сигнала (2 в 24 степени). По-простому, это как разрешение картинки в пикселях, чем больше, тем лучше.
Повышение битности звука нужно для:
— увеличения максимального динамического диапазона и для уменьшения шумов квантования
— повышения точности сигнала: чем больше разрядов – тем точнее измерение, тем ближе ступенчатая функция к оригиналу. Особое значение это имеет при оцифровке тихих звуков (любители классической музыки тут оживились =).

Откуда берется частота дискретизации?
Эта характеристика определяет, сколько замеров делается за одну секунду. Т.е. аналого-цифровой преобразователь АЦП делает определенное количество замеров уровня поступающего сигнала и записывает эти значения в 16 или 24 битах. Чем больше замеров в секунду он сделает, тем качественнее будет преобразование.
Теорема Котельникова (в англоязычной литературе – теорема Найквиста-Шеннона) гласит, что (сделайте лицо посерьезнее): если аналоговый сигнал имеет финитный (ограниченный по ширине) спектр, то он может быть восстановлен однозначно и без потерь по своим дискретным отсчётам, взятым с частотой, строго большей удвоенной верхней частоты.

В переводе на нормально-человеческий язык, чтобы получить наиболее полную информацию о звуке в слышимом нашими ухами частотном диапазоне до 20-22 кГц, необходима дискретизация с частотой, не менее 44,1 кГц. Эта частота и используется в CD-Audio. Для DVD-Audio она достигает 192 кГц (зачем нам нужно слышать частоты, которые не слышат наши уши, поговорим как-нибудь в другой раз =).

Если вы еще с нами, то наверняка решили проверить теорию на практике, поставили Лепса мрЗ и увидели в проигрывателе те же заветные 44,1 кГц, а то и больше 44 или 48 кГц, и в чем тогда отличие от CD?! Отличие в потоке битов в секунду (битрейт). МРЗ даже со своими максимальными 320 kpbs всячески убивает глубину сцены и прочие вкусности звука, потому что эта МРаЗь получается путем перегонки через фильтр и отсекания якобы неслышимых частот. А CD запись это 1411 kbps, lossless меньше, 800-900, но это просто сжатие данных как в zip-архиве.

♫♫♫ Итак, мы снова держим в руках болванку CD с записью Morcheeba 16 бит/44.1 кГц и флешку с оцифровкой винила Джо Дассена Люксембургский сад в формате WAV 24 бит/192 кГц. Вставляем диск или флешку в магнитолу, цифИрки с них считываются и попадают в цап…
Впрочем, на сегодня, думаю, хватит! А что такое цап, чем он отличается от проца и почему 24 битный цап никакой не мультибитный, смотрите в следующей серии. )))
Почитать можно тут:
rutracker.org/forum/viewtopic.php?t=3209611
www.allfrets.ru/studiotheory/capacp