Цифровая звукозапись

Цифрово́й звук — результат

Простейший метод преобразования,

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

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

• В
  Гарри Найквист в работе «Определённые проблемы теории телеграфной передачи» определил требуемую полосу линии связи для передачи импульсного сигнала — основа цифрового звука^[1]
• В 1933 году В. А. Котельниковым в работе «О пропускной способности эфира и проволоки в электросвязи» предложена и доказана Теорема Котельникова, согласно которой аналоговый сигнал с ограниченным спектром может быть восстановлен однозначно и без потерь по своим дискретным отсчётам, взятым с частотой строго большей удвоенной максимальной частоты спектра^[2]
• В 1937 году британский ученый Alec Reeves запатентовал первое описание импульсно-кодовой модуляции^[3]
• В
  Клод Шеннон опубликовал «Математическую теорию связи»^[4], а в 1949 — «Передача данных при наличии шума», где независимо от Котельникова доказал теорему с аналогичными результатами теореме Котельникова, поэтому в западной литературе эту теорему часто называют теоремой Шеннона.^[5]
• В
  Ричард Хэмминг опубликовал работу по обнаружению и исправлению ошибок^[6]
• В
  Дэвид Хаффман создал алгоритм префиксного кодирования с минимальной избыточностью (известный как алгоритм или код Хаффмана)^[6]
• В
  1959 Алекс Хоквингем создал код исправления ошибок, ныне известный как Код Боуза — Чоудхури — Хоквингема^[6]
• В
  1960 сотрудниками лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института Ирвином Ридом и Густавом Соломоном изобретён Код Рида — Соломона^[6]
• В
  ИКМ-запись с разрядностью 12-бит и частотой дискретизации 30 кГц с применением компандера для расширения динамического диапазона^[6]
• В
  1969 Sony представила 13-битный цифровой стереорекордер с частотой дискретизации 47,25 кГц, с записью на 2-х дюймовую видеоленту^[6]
• В
  1972 был выпущен первый альбом записанный с цифровой мастер-ленты фирмой Nippon Columbia^[7]
• В
  1977 на токийской аудио выставке Mitsubishi, Sony и Hitachi продемонстрировали прототипы цифровых грампластинок или аудиодисков^[6]
• В
  1979 в Европе Philips
  демонстрирует прототип компакт-диска диаметром 115 мм, намереваясь его сделать мировым стандартом. 14-битная запись с частотой дискретизации 44,050 кГц не устроила Sony, которые предложили 16-разрядную запись с частотой 50 кГц, но в итоге из-за ограничений формата было решено выбрать частоту дискретизации 44,1 кГц и размер диска увеличить до 120 мм. Диск способен вмещать 74 минуты записи.
• В
  1980 стандарт компакт-диск был официально предложен, но на все согласования и доработки ушло два года^[6]
• В 1982 году в Европе и Японии был принят стандарт на систему компакт-диск^[6]
• Также в 1982 году представлен цифровой формат звукозаписи на катушечную ленту DASH предложенный фирмой Sony для многоканальной студийной записи
• В
  1987 Sony и Philips представили формат цифровой компакт-кассеты DAT
• В
  Matsushita представили формат Digital Compact Cassette
  с применением сжатия MPEG1 layer 1
• В том же
  SDDS основанные на алгоритме сжатия ATRAC
• В
  SACD
• В 2000 году представлен формат DVD-Audio

Принцип цифрового представления колебаний звукозаписи достаточно прост:

• вначале нужно преобразовать аналоговый сигнал в цифровой, это осуществляет устройство — аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
• произвести сохранение полученных цифровых данных на носитель: магнитную ленту (DAT), жёсткий диск, оптический диск или флеш-память
• для того чтобы прослушать сделанную запись, необходимо воспроизведение сделанной записи с носителя и обратное преобразование из цифрового сигнала в аналоговый, с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).

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:

1. Ограничение полосы частот производится при помощи фильтра нижних частот для подавления спектральных компонент, частота которых превышает половину частоты дискретизации.
2. устройства выборки-хранения
   .
3. Квантование
   по уровню представляет собой замену величины отсчета сигнала ближайшим значением из набора фиксированных величин — уровней квантования.
4. Кодирование или оцифровку, в результате которого значение каждого квантованного отсчета представляется в виде числа, соответствующего порядковому номеру уровня квантования.

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

Для лучшей защиты от пакетных ошибок, вызванных повреждениями носителя информации (царапины на компакт-диске, загибы магнитной ленты) также применяется перемежение.

К полезному сигналу также добавляются вспомогательные данные, которые облегчают последующее декодирование. Это могут быть сигналы

Канальное кодирование служит для согласования цифровых сигналов с параметрами канала передачи (записи/воспроизведения). Например, при записи цифровых сигналов на магнитный носитель необходимо исключить появление в токе записи постоянной составляющей и низкочастотных составляющих спектра (возникающих при появлении длинных последовательностей нулей или единиц). Для этого используются таблицы преобразования, по которым производится замена слов из m бит данных на слова из n канальных бит, причем всегда n > m. В устройствах воспроизведения цифровых сигналов канальный декодер выделяет из общего потока данных тактовые сигналы и выполняет обратное преобразование канальных n-битных слов в m-битные слова данных. После коррекции ошибок сигнал поступает в ЦАП.

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

1. Декодер ЦАП преобразует последовательность чисел в дискретный квантованный сигнал
2. Путём сглаживания во временной области из дискретных отсчетов вырабатывается непрерывный во времени сигнал
3. Окончательное восстановление сигнала производится путём подавления побочных спектров в аналоговом фильтре нижних частот

По принципу записи выделяют следующие методы:

• Магнитная звукозапись
   — запись цифровых сигналов производится на магнитную ленту. Выделяют два типа записи:
  • продольно-строчная система записи — в которой лента движется вдоль блока неподвижных магнитных головок записи/воспроизведения (DASH,DCC)
  • ИКМ
    -приставки и видеомагнитофона)
• Минидиск,Hi-MD
  )
• SACD
  )
• SDDS
  )
• Запись звука на электронные носители — звуковые данные при помощи
  формата звука
  формату носителя.

• OGG
• MP3
• WAV
• WMA

Основными параметрами, влияющими на качество цифровой звукозаписи, являются:

• Разрядность АЦП и ЦАП.
• Частота дискретизации АЦП и ЦАП.
• Джиттер АЦП и ЦАП
• Передискретизация

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

• Отношение сигнал/шум
• Коэффициент нелинейных искажений
• Интермодуляционные искажения
• Неравномерность амплитудно-частотной характеристики
• Взаимопроникновение каналов
• Динамический диапазон

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.

Существует целый класс

• записывать входящий звуковой поток
• создавать (генерировать) звук
• изменять существующую запись (добавлять семплы, изменять тембр, скорость звука, вырезать части и т. п.)
• перезаписывать из одного
  формата
  в другой
• конвертировать разные аудиокодеки

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

• Аудиоредактор
• Импульсно-кодовая модуляция
• Сжатие аудиоданных
• Цифровые аудиоформаты
• Аудиокодек
• Семпл

• Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике: Пер. с нем.-М. Мир, 1991.-446 с.: ил.
• Золотухин И.П., Изюмов А.А., Райзман М.М. Цифровые звуковые магнитофоны. — Томск: «Радио и связь», 1990. — 160 с. — ISBN 5-256-00559-6.

• Формат MP3.Часть 5. Принципы преобразования «аналог — цифра» и «цифра — аналог»
• Цифровая звукозапись. (Онлайн Энциклопедия Кругосвет)
• Компьютерная запись звука

Для улучшения этой статьи желательно: Проставить сноски, внести более точные указания на источники. После исправления проблемы исключите её из списка. Удалите шаблон, если устранены все недостатки.