Звукови сигнали

Цифрова обработка на звукови сигнали. Скорост на цифров поток на звук. Необходими обеми на паметта. Звукови файлови формати.

Човешкото ухо възприема честоти в обхвата от 20 до 20 000 Hz.
Следователно за качественото възпроизвеждане на звуков сигнал е необходимо fд ³ 40 kHz. В зависимост от вида на обработвания звуков сигнал (телефонен, говор, музика) спектъра може да се ограничи до различна максимална честота . Следователно при дискретизацията на тези сигнали може да се използват различни честоти на дискретизация.
Въведени са стандартни стойности за честотата на дискретизация - 8 kHz, 11 kHz, 22 kHz, 44 kHz и други. Колкото по-голяма е честотата, толкова по-точно ще се възпроизведе сигнала.
Броят на разредите (съответно броят на нивата на кватуване) също може да е различен в зависимост от вида на обработвания звуков сигнал – 8 bits, 16 bits, 24 bits. Колкото по-голям е броят на разредите, толкова по-точно ще се възпроизведе сигнала.
Проблемът, който възниква при цифровата обработка на сигналите е свързана с капацитета на паметта.
Скоростта на потока е:

fд х брой разреди х брой канали, [bit/s]

            За да се получи обемът на целия файл, полученото произведение се умножава и по продължителността на звуковия сигнал в секунди.
            Ако сигналът е компресиран, полученото произведение се разделя на коефициента на компресия.
            Например, ако трябва да се запише звуков стерео (2 канала) сигнал (музикално произведение – fв = 20 kHz, а  fд = 44 kHz  ), кодиран с 16 bit, скоростта на потока е:

            44 000 х 16 х 2 = 1 408 000 bit/s.

            Ако се обработва (предава) телефонен сигнал, спектърът се ограничава до fв = 3,4 kHz. Следователно може да се работи с fд = 8 kHz.
            Ако се обработва (предава) само говор и се изисква да има разбираемост, достатъчно е  fд = 11 kHz.

Звукови карти
            Звуковата карта има две основни функции:
           
1) АЦП / ЦАП
            В едната посока звуковата карта възприема аналоговите звукови сигнали от различни източници (микрофон, касетофон, CD устройство и др.), като ги преобразува в цифрови сигнали. В обратната посока цифровите сигнали се преобразуват в аналогови и се подават към високоговорителите и различни външни устройства.
           
2) Синтезиране (генериране) на звукови сигнали
            На звуковата карта се подава нотна информация и вградения в картата синтезатор генерира съответните тонове.

            Запис и възпроизвеждане
            Записът и възпроизвеждането на звукови сигнали се извършва посредством съответния хардуер и софтуер.
При запис е възможно смесването на различни източници на звук – външни и вътрешни, както и добавянето на различни ефекти.
Звуковата информация може да се запише по два начина:
-   като звуков сигнал – некомпресиран или компресиран (напр. формати WAVЕ, MP3);
-   MIDI (Musical Instrument Digital Interface) формат – записва се информация за избраните ноти, вида на инструмента – отпада изискването за голям капацитет на паметта.
Възпроизвеждането зависи от начина по който е записан звуковия сигнал. Целта е да се подаде информацията в подходящ вид към високоговорителите и различни външни устройства.
- генериране на звук чрез цифрово-аналогово преобразуване – когато е записан като звуков сигнал;
- синтетично генериране (синтезиране) на звук – когато информацията е записана в MIDI формат.
            Информацията, записана в MIDI формат може да се подаде чрез съответния MIDI интерфейс на произволен брой външни MIDI генератори на звук.



Коментари: