Дискретизация по времени

Дискретизация по времени

Аналоговый сигнал, являющийся исходным материалом для АЦП (аналогово-цифровой преобразователь), представляет собой непрерывный сигнал, описывающий изменения амплитуды и частоты звукового давления в течении времени. Чтобы преобразовать аналогововый сигнал в цифровую форму, необходимо произвести его дискретизацию, т.е. разбить на отдельные (дискретные) элементы, как по амплитуде, так и по времени.

Ответственность за дискретизацию по времени берет на себя тактовый генератор, определяющий периодичность, с которой производятся дискретные замеры. Эту периодичность называют частотой дискретизации, которая определяет частоту (количество) производимых замеров в секунду и измеряется в Герцах (Hz), а точнее в тысячах Герц (KHz). Замеры должны производится в определенные и точные моменты времени, отклонение от которых вызывает эффект известный под названием джиттер.

Шагом дискретизации называют время между замерами. Шаг всегда будет составлять 1/частоту дискретизации. Например, стандартная частота дискретизации аудио на CD составляет 44.1 KHz. Это означает, что замер мгновенных значений амплитуды производится 44,100 раз в секунду, а шаг дискретизации при этом равен 1 ÷ 44.100 = 0.022 миллисекунды. Другими словами, замер амплитуды производится каждые  0.022 миллисекунды. На первый взгляд это кажется невероятно быстро, но если учесть, что при частоте 20 KHz акустическая волна изменяет свою полярность 40.000 раз в секунду, то становится понятно, что такая частота дискретизации является абсолютной необходимостью.

В результате дискретизации по амплитуде, каждое замерянное значение регистрируется в виде ряда (слова) нулей и единиц в соответствии с постулатами бинарной системы. Это означает, что в одной секунде цифрового аудио CD качества записаны 44,100 таких слов, характеризующих значение амплитуды исходного аналогового сигнала во время каждого дискретного (отдельного) замера.

Например, если провести преобразование постоянного тока (DC) в цифровую форму, то все измерянные и зарегистрированные значения будут абсолютно идентичны, так как от самого первого и до самого последнего измерения никаких изменений амплитуды не происходило.

Однако со звуком дела обстоят иначе. Даже самая низкая частота, воспринимаемая человеческим слухом (20 Hz), меняет полярность 40 раз в секунду (в каждом цикле происходит изменение полярности – положительная и отрицательная фазы). Наивысшая же частота, доступная восприятию нашего слухового аппарата, изменяет полярность 40.000 раз в секунду. Отсюда можно сделать вывод, что для того, чтобы корректно передать всю частотную информацию, содержащуюся в сигнале, необходимо произвести замер значения амплитуды как минимум один раз в каждой его фазе, то есть как минимум 40.000 раз, если исходить из предположения, что в сигнале содержатся частоты до 20 KHz. Иначе возникает эффект Aliasing, который вносит сущственные искажения в оцифрованный аудио сигнал. Чтобы этого избежать необходимо соблюсти несколько правил. Это подводит нас к теореме Котельникова (известна также как теорема Найквиста).

Стоит добавить, что наиболее распространнеными являются следующие частоты дискретизации: 44.1 KHz, 48 KHz, 88.2 KHz, 96 KHz и 192 KHz. Чем выше частота дискретизации, тем более детально будет представлен исходный сигнал, однако будет требовать больших рессурсов процессора, при последующей обработке. Это объясняется тем, что за ту же единицу времени будет необходимо обсчитывать большее количество информации. Если при частоте 44.1 KHz в секундном отрезке записано 44100 дискретных значений амплитуды, то при частоте 192 KHz, на том же отрезке в секунду будет записано 192000 дискретных значений. Разница на лицо! Не стоит забывать и о том, что при использовании высоких частот дискретизаци растет и объем ъолученного файла. Так, например, если при 44.1 KHz/ 16 bit одна минута моно сигнала будет иметь объем около 5 Mb, то при 88.2 KHz, ровно в два раза больше, то есть около 10 Mb.

Подпишись на E-mail рассылку

и получи эксклюзивную возможность прочесть краткое руководство на тему "Основы акустики, психоакустики и акустической оптимизации помещений" 

Я никогда и никому не передам и не продам адрес вашей электронной почты. Вы можете отписаться в любое время.

Похожие статьи

  • Аудио кодеки
    Кодеки сыграли в свое время если не ключевую, то очень существенную роль в дальнейщим развитии технологий в области цифрового звука....
  • Цифровое представление сигналов – общие сведения
    Я думаю не для кого не секрет, что цифровой звук уже давно вошел в нашу повседневную жизнь. Будь то MP3...
  • Бинарная система
    Аналоговый сигнал представляет собой непрерывный сигнал, который теоретически может принимать бесконечное количество значений, поскольку, как известно, на непрерывной линии можно...
  • Aлиасинг и теорема Найквиста (Котельникова)
    Теорема Найквиста (известная также как теорема Котельникова) утверждает, что для корректной передачи и последующего воспроизведения всего спектра частот, содержащегося в...


No Comments Yet.

Leave a comment