Аналогово-цифровое преобразование часто происходит за кулисами, но оно жизненно важно для того, как мы создаем и общаемся с помощью звука.
Каждый раз, когда вы говорите в свой смартфон или записываете звук на свой ноутбук, физические звуковые волны измеряются и преобразуются в двоичные данные, которые компьютер может как понимать, так и вносить в них изменения. Давайте рассмотрим, как метод аналого-цифрового преобразования полностью изменил наш подход к музыке в современную эпоху.
Аналоговое и цифровое: в чем разница?
Концепция аналого-цифрового преобразования возникла в 20 веке вместе с развитием телефонов и компьютеров. Мы стали меньше полагаться на аналоговые или механические технологии и вместо этого перешли к хранению и передаче данных в виде цифровых сигналов. Это было начало информационной эпохи (и, похоже, она не показывает никаких признаков замедления)!
Но что отличает аналоговое от цифрового? Аналоговый сигнал непрерывен, как человеческий голос, скрипка или пластинка, проигрываемая на проигрывателе. Эти сигналы создаются физическими вибрациями или электрическими цепями. Цифровые сигналы, с другой стороны, дискретны и, таким образом, имеют очень ограниченный набор значений, которые они могут представлять в очень определенные моменты времени. Это означает, что, хотя непрерывные аналоговые сигналы являются наиболее «точными», они также более шумные и их сложнее хранить без ухудшения со временем, в то время как цифровой сигнал можно записать один раз и он никогда не потеряет качество. Фактически, одно из самых больших влияний цифровых технологий на музыку можно увидеть в огромном переходе от аналоговых форматов воспроизведения, таких как виниловые пластинки и кассетные ленты, к компакт-дискам (которые используют лазеры для считывания цифровых сигналов) и, в конечном итоге, к файлам, таким как .mp3.
Как работает аналого-цифровое преобразование
По иронии судьбы, первым шагом в преобразовании аналоговой звуковой волны в цифровые аудиоданные является использование типа аналогового устройства, называемого преобразователем. Микрофоны являются преобразователями, потому что они помогают преобразовывать один тип энергии в другой с помощью специального компонента, называемого диафрагмой. Диафрагма начинает вибрировать в ответ на входящие звуковые волны, что создает переменный электрический ток в микрофоне. Это переменное напряжение является его собственным аналоговым сигналом, но таким, который можно пропустить через АЦП или аналого-цифровой преобразователь.
Вот тут-то все и становится действительно весело. АЦП принимает аналоговый сигнал, непрерывный как по времени, так и по амплитуде, и переводит его в ряд чисел, которые наиболее точно представляют его амплитуду (насколько он громкий) в очень определенные моменты времени. Он делает это, делая снимок аналогового сигнала время от времени — это на самом деле называется дискретизацией, и количество сделанных снимков определяется частотой дискретизации. Если взять потребительский аудиостандарт 44,1 кГц, это означает, что амплитуда входящего сигнала была дискретизирована и сохранена более 44 000 раз каждую секунду!
Поскольку каждый снимок делается на основе частоты дискретизации, амплитуда, представленная этим входящим электрическим током, должна быть измерена и сохранена в цифровом виде с помощью процесса квантования. Это измерение не идеально, поскольку у нас снова есть только дискретное количество значений для работы. Разрешение в битах (или глубина в битах) определяет диапазон значений, которые могут использоваться для представления амплитуды в цифровом выражении. Более высокое разрешение в битах приводит к меньшей ошибке квантования, которая возникает, когда аналоговые амплитуды и их цифровые представления не совсем совпадают (вот почему звук, записанный с разрешением 8 бит, может звучать довольно шумно). В сочетании частота дискретизации и разрешение в битах помогают определить точность и общее качество полностью преобразованного цифрового аудиосигнала.
Дискретные и цифровые
Как только все эти данные амплитуды выборки кодируются в виде последовательности двоичных значений, процесс завершается! Теперь у нас есть цифровое представление аналогового сигнала, которое можно копировать и передавать бесконечное количество раз без потери качества. Эти данные обычно хранятся в виде несжатого аудиофайла, например .wav или .aiff, что делает его отличным для использования в дальнейшей обработке звука или создании музыки. Аналого-цифровые преобразователи можно найти во многих современных электронных устройствах, от ноутбуков до смартфонов и практически любого устройства, которое вы можете активировать голосом. Автономные аппаратные аудиоинтерфейсы функционируют как высококачественные АЦП-преобразователи с несколькими входами, и это делает их бесценными для любой серьезной установки для создания музыки. Чистая портативность всех этих устройств помогла изменить представление о том, какой может быть «музыкальная студия» в современную эпоху, а переход от аналогового к цифровому означает, что теперь мы можем создавать живые записи практически без ограничений.
Каждый раз, когда вы говорите в свой смартфон или записываете звук на свой ноутбук, физические звуковые волны измеряются и преобразуются в двоичные данные, которые компьютер может как понимать, так и вносить в них изменения. Давайте рассмотрим, как метод аналого-цифрового преобразования полностью изменил наш подход к музыке в современную эпоху.
Аналоговое и цифровое: в чем разница?
Концепция аналого-цифрового преобразования возникла в 20 веке вместе с развитием телефонов и компьютеров. Мы стали меньше полагаться на аналоговые или механические технологии и вместо этого перешли к хранению и передаче данных в виде цифровых сигналов. Это было начало информационной эпохи (и, похоже, она не показывает никаких признаков замедления)!
Но что отличает аналоговое от цифрового? Аналоговый сигнал непрерывен, как человеческий голос, скрипка или пластинка, проигрываемая на проигрывателе. Эти сигналы создаются физическими вибрациями или электрическими цепями. Цифровые сигналы, с другой стороны, дискретны и, таким образом, имеют очень ограниченный набор значений, которые они могут представлять в очень определенные моменты времени. Это означает, что, хотя непрерывные аналоговые сигналы являются наиболее «точными», они также более шумные и их сложнее хранить без ухудшения со временем, в то время как цифровой сигнал можно записать один раз и он никогда не потеряет качество. Фактически, одно из самых больших влияний цифровых технологий на музыку можно увидеть в огромном переходе от аналоговых форматов воспроизведения, таких как виниловые пластинки и кассетные ленты, к компакт-дискам (которые используют лазеры для считывания цифровых сигналов) и, в конечном итоге, к файлам, таким как .mp3.
Как работает аналого-цифровое преобразование
По иронии судьбы, первым шагом в преобразовании аналоговой звуковой волны в цифровые аудиоданные является использование типа аналогового устройства, называемого преобразователем. Микрофоны являются преобразователями, потому что они помогают преобразовывать один тип энергии в другой с помощью специального компонента, называемого диафрагмой. Диафрагма начинает вибрировать в ответ на входящие звуковые волны, что создает переменный электрический ток в микрофоне. Это переменное напряжение является его собственным аналоговым сигналом, но таким, который можно пропустить через АЦП или аналого-цифровой преобразователь.
Вот тут-то все и становится действительно весело. АЦП принимает аналоговый сигнал, непрерывный как по времени, так и по амплитуде, и переводит его в ряд чисел, которые наиболее точно представляют его амплитуду (насколько он громкий) в очень определенные моменты времени. Он делает это, делая снимок аналогового сигнала время от времени — это на самом деле называется дискретизацией, и количество сделанных снимков определяется частотой дискретизации. Если взять потребительский аудиостандарт 44,1 кГц, это означает, что амплитуда входящего сигнала была дискретизирована и сохранена более 44 000 раз каждую секунду!
Поскольку каждый снимок делается на основе частоты дискретизации, амплитуда, представленная этим входящим электрическим током, должна быть измерена и сохранена в цифровом виде с помощью процесса квантования. Это измерение не идеально, поскольку у нас снова есть только дискретное количество значений для работы. Разрешение в битах (или глубина в битах) определяет диапазон значений, которые могут использоваться для представления амплитуды в цифровом выражении. Более высокое разрешение в битах приводит к меньшей ошибке квантования, которая возникает, когда аналоговые амплитуды и их цифровые представления не совсем совпадают (вот почему звук, записанный с разрешением 8 бит, может звучать довольно шумно). В сочетании частота дискретизации и разрешение в битах помогают определить точность и общее качество полностью преобразованного цифрового аудиосигнала.
Дискретные и цифровые
Как только все эти данные амплитуды выборки кодируются в виде последовательности двоичных значений, процесс завершается! Теперь у нас есть цифровое представление аналогового сигнала, которое можно копировать и передавать бесконечное количество раз без потери качества. Эти данные обычно хранятся в виде несжатого аудиофайла, например .wav или .aiff, что делает его отличным для использования в дальнейшей обработке звука или создании музыки. Аналого-цифровые преобразователи можно найти во многих современных электронных устройствах, от ноутбуков до смартфонов и практически любого устройства, которое вы можете активировать голосом. Автономные аппаратные аудиоинтерфейсы функционируют как высококачественные АЦП-преобразователи с несколькими входами, и это делает их бесценными для любой серьезной установки для создания музыки. Чистая портативность всех этих устройств помогла изменить представление о том, какой может быть «музыкальная студия» в современную эпоху, а переход от аналогового к цифровому означает, что теперь мы можем создавать живые записи практически без ограничений.
