1. Signalni qayta ishlash usullari. Fft tahlili bet

2. Ovozni raqamlashtirish
"Oddiy" analog tovush analog uskunada uzluksiz elektr signali bilan ifodalanadi. Kompyuter raqamli shakldagi ma'lumotlar bilan ishlaydi. Bu kompyuterdagi tovush raqamli shaklda ifodalanganligini bildiradi. Analog signal qanday qilib raqamli signalga aylantiriladi?

+Raqamli tovush - bu elektr signalini uning amplitudasining diskret raqamli qiymatlari nuqtai nazaridan ifodalash usuli.

Aytaylik, bizda yaxshi sifatli analog tovush treki bor («yaxshi sifat» deganda biz butun eshitiladigan chastota diapazonidagi spektral komponentlarni o'z ichiga olgan sokin yozuvni nazarda tutamiz - taxminan 20 Gts dan 20 kHz gacha) va biz uni kompyuterga «tanitish»ni xohlaymiz. (ya'ni uni raqamlashtirish) sifatni yo'qotmasdan. Bunga qanday erishish mumkin va raqamlashtirish qanday ketmoqda? Tovush to'lqini - bu o'ziga xos murakkab funktsiya, tovush to'lqini amplitudasining vaqtga bog'liqligi. Ko'rinishidan, bu funktsiya bo'lganligi sababli, siz uni kompyuterga "xuddi shunday" yozishingiz mumkin, ya'ni funktsiyaning matematik shaklini tasvirlab, uni kompyuter xotirasida saqlashingiz mumkin. Biroq, bu amalda mumkin emas, chunki tovush tebranishlarini analitik formula bilan ifodalab bo'lmaydi (masalan, y=x2). Faqat bitta yo'l qoldi - ma'lum nuqtalarda uning diskret qiymatlarini saqlash orqali funktsiyani tavsiflash. Boshqacha qilib aytganda, vaqtning har bir nuqtasida signal amplitudasining qiymatini o'lchash va raqamlar sifatida yozish mumkin. Biroq, bu usulning kamchiliklari ham bor, chunki biz signal amplitudasi qiymatlarini cheksiz aniqlik bilan qayd eta olmaymiz va biz ularni yaxlitlashga majburmiz.
Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, biz ushbu funktsiyani ikkita koordinata o'qi bo'ylab yaqinlashtiramiz - amplituda va vaqt (nuqtalarda taxmin qilish, sodda qilib aytganda, nuqtalarda funktsiyaning qiymatlarini olish va ularni chekli aniqlik bilan yozishni anglatadi). Shunday qilib, signalni raqamlashtirish ikkita jarayonni o'z ichiga oladi - namuna olish jarayoni (namuna olish) va kvantlash jarayoni.Tam olish jarayoni ma'lum vaqt oralig'ida aylantirilgan signal qiymatlarini olish jarayonidir (2-rasm).

Kvantlash - bu haqiqiy signal qiymatlarini ma'lum bir aniqlik bilan taxminiy qiymatlarga almashtirish jarayoni. Shunday qilib, raqamlashtirish signal amplitudasini ma'lum oraliqlarda o'rnatish va olingan amplituda qiymatlarini yaxlitlangan raqamli qiymatlar shaklida ro'yxatdan o'tkazishdir (chunki amplituda qiymatlari uzluksiz qiymatdir, signal amplitudasining qiymatini cheklangan son bilan aniq raqamni yozishning iloji yo'q, shuning uchun ular yaxlitlashga murojaat qilishadi). Signal amplitudasining qayd etilgan qiymatlari namunalar deb ataladi (namunalar ichida amplituda doimiy deb hisoblanadi). Vaqt panjarasining nozikligi - namuna olish tezligi - birinchi navbatda aylantirilgan tovushning chastota diapazonini belgilaydi. Ideal sharoitlarda yuqori chastotali F signalni uzatish uchun 2F namuna olish tezligi etarli, ammo real sharoitda siz ma'lum bir chegarani tanlashingiz kerak. Amplituda qiymatlarini aks ettirishning aniqligi - o'qishlar soni, birinchi navbatda, konvertatsiya paytida kiritilgan shovqin va buzilish darajasini aniqlaydi. Tabiiyki - yana ideal holat uchun, chunki shovqin va buzilish kontaktlarning zanglashiga olib keladigan boshqa qismlari tomonidan ham kiritilgan. Raqamlangan signal ketma-ket amplituda qiymatlari to'plami sifatida saqlanishi mumkin.

Endi amaliy masalalarga. Birinchidan, shuni yodda tutish kerakki, kompyuter xotirasi cheksiz emas, shuning uchun har safar raqamlashtirishda sifat (to'g'ridan-to'g'ri raqamlashtirishda ishlatiladigan parametrlarga bog'liq) va raqamlashtirilgan signal egallagan hajm o'rtasida qandaydir murosani topishingiz kerak. .
Ikkinchidan, Kotelnikov teoremasiga ko'ra, namuna olish chastotasi raqamlashtirilgan signal chastotalarining yuqori chegarasini belgilaydi, ya'ni spektral komponentlarning maksimal chastotasi signalning namuna olish chastotasining yarmiga teng.44,1 kHz dan kam.
Ovozni raqamlashtirish bilan bog'liq boshqa muammolar va nuanslar mavjud. Ortiqcha tafsilotga kirmasdan, shuni ta'kidlaymizki, asl signalning amplitudasi haqidagi ma'lumotlarning diskretligi tufayli "raqamli tovush" da turli xil shovqinlar va buzilishlar paydo bo'ladi ("raqamli tovushda shunday va shunday chastotalar va shovqinlar mavjud" iborasi). Bu shuni anglatadiki, bu tovush raqamlidan analogga aylantirilganda, uning ovozida ko'rsatilgan chastotalar va shovqinlar mavjud bo'ladi).
Masalan, jitter (jitter) - bu namuna olish paytida signalning namunasi mutlaqo teng vaqt oralig'ida emas, balki ba'zi og'ishlar bilan sodir bo'lishi natijasida paydo bo'ladigan shovqin. Ya'ni, aytaylik, namuna olish 44,1 kHz chastotada amalga oshirilsa, unda namunalar har 1/44100 soniyada emas, balki ba'zan biroz oldinroq, ba'zan esa biroz kechroq olinadi. Va kirish signali doimiy ravishda o'zgarib turadiganligi sababli, bunday xato signalning to'g'ri bo'lmagan darajasini "qo'lga olish" ga olib keladi.
Natijada, raqamlashtirilgan signalni o'ynatish paytida biroz jitter va buzilish paydo bo'lishi mumkin. Jitterning paydo bo'lishi analog-raqamli konvertorlarning mutlaq barqarorligining natijasidir. Ushbu hodisaga qarshi kurashish uchun juda barqaror soat generatorlari qo'llaniladi. Yana bir muammo - ezilgan shovqin. Aytganimizdek, signal amplitudasi kvantlanganda u eng yaqin darajaga yaxlitlanadi. Bunday xatolik "iflos" tovush tuyg'usini keltirib chiqaradi.
Kichkina ma'lumotnoma: audio kompakt disklarni yozish uchun standart parametrlar quyidagicha: namuna olish tezligi - 44,1 kHz, kvantlash darajasi - 16 bit. Bunday parametrlar sekundiga 44100 marta qiymatlarni qabul qilganda amplituda kvantlashning 65536 (216) darajasiga to'g'ri keladi.
Amalda, raqamlashtirish jarayoni (signalni namuna olish va kvantlash) foydalanuvchi uchun ko'rinmas bo'lib qoladi - barcha qo'pol ishlar ovoz kartasining drayveriga (operatsion tizimning boshqaruv pastki dasturi) tegishli buyruqlar beradigan turli dasturlar tomonidan amalga oshiriladi.
Analog signalni kompyuterga yozishga qodir bo'lgan har qanday dastur (Windows Recorder yoki kuchli ovoz muharririga o'rnatilgan bo'ladimi) qandaydir tarzda signalni ma'lum parametrlar bilan raqamlashtiradi, bu yozib olingan ovoz bilan keyingi ishlashda muhim bo'lishi mumkin va shuning uchun u raqamlashtirish jarayoni qanday sodir bo'lishini va uning natijalariga qanday omillar ta'sir qilishini tushunish muhimdir.