Представление звуковых данных

Представление звуковых данных

Напомним, что звук представляет собой упругую продольную волну, распространяющуюся в воздушной среде. Преобразование данных звукового сигнала к виду, пригодному для компьютерной обработки, производится в два этапа. На первом этапе звуковой сигнал с помощью микрофона преоб­разуется в электрический аналог звука. Последний имеет непрерывную форму и потому не может обрабатываться компьютером непосредственно. На втором этапе сигнал преобразуется в цифровой код с помощью аналого-цифрового преобразо­вателя. В случае воспроизведения звуковых данных происходит обратное цифро-аналоговое преобра­зование. И аналого-цифровое, и цифро-аналоговое преобразования осуществляются в звуковой карте компьютера.

При оцифровке производится квантование сигнала как по времени, так и по уровню. Для квантования по времени все время звучания обрабатываемого сигнала разбивается на малые интервалы времени продолжительностью Δt. Величина ν = 1/Δt называется частотой дискретизации. Она характеризует число измерений в течение единицы времени и имеет размерность частоты (Гц – герцы). При выполнении преобразования считается, что в течение каждого из промежутков Δt уровень сигнала изменяется мало  и, следовательно, приближенно может быть принят постоянным.

При квантовании по уровню весь диапазон изменения сигнала от минимального значения до максимального разбивается на равные промежутки -  кванты, каждый из которых имеет свой порядковый номер. Если после квантования по времени уровень сигнала оказывается в про­межутке с номером k, то ему ставится в соответствие код k.

Для оптимальной оцифровки звукового сигнала необходимо решить два вопроса: какие частоту дискретизации и точность измерения сигнала следует выбрать для обеспечения требуемого качества сигнала при последующем воспроизведении. При выборе частоты дискретизации руководствуются теоремой Найквиста, согласно которой максимальная частота воспроизводимого сигнала не превосходит половины частоты дискретизации. При выборе числа квантов, определяющего точность измерения сигнала,  исходят из требований к допустимому уровню шумов и искажений.