Практические методы записи Пятый выпуск

ГЛАВА 9
Цифровая запись
До 1976 вся музыка была записана на аналоговых магнитофонах. Они записывают звуковой сигнал как магнитные образцы, что взлет и падение в силе как сигнальные волны делает. Цифровые устройства записи, с другой стороны, хранят звуковой сигнал как числовой код единиц и нулей.
Давайте рисковать в мир цифрового аудио. Мы будем обзор, как роют -
ital записывающие работы, исследуйте цифровые устройства записи с 2 дорожками и объясните многодорожечные цифровые устройства записи. Глава 13 касается компьютера, записывающего подробно.
РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ АНАЛОГОМ И ЦИФРОВОЙ
И аналоговые и цифровые устройства записи могут звучать точными - воспроизведение
сигнал походит на входной сигнал. Но существуют тонкие различия. Цифровую запись обычно вызывают «чистая», потому что она не добавляет почти шума или искажения к входному сигналу. Некоторые аналоговые магнитофоны добавляют немного «теплоты» к звуку. Это происходит, вероятно, из-за небольшой трети har-monic искажение, главные удары (басовое повышение), и сжатие ленты на высоких уровнях записи. По сравнению с записями аналоговой ленты, digi-tal записи имеют в известной мере меньше шипения, ошибок частотной характеристики, шума модуляции, искажения, неустойчивой подачи и печати - через. Однако те характеристики неслышимы в лучших аналоговых магнитофонах, когда они должным образом сохраняются и выравниваются. Несмотря на то, что более старые цифровые устройства записи звучали резкими по сравнению с аналогом, они улучшились с каждой генерацией.
По сравнению с аналоговыми магнитофонами, цифровыми устройствами записи и их носителями
будьте склонны быть меньшей и более низкой ценой. Они могут записать информацию синхронизации.

165
166
Цифровая запись CHAPTER 9

Кроме того, у них есть произвольный доступ, таким образом, можно определить местоположение определенного раздела записи очень быстро.

ЦИФРОВАЯ ЗАПИСЬ
Как дека аналоговой ленты, цифровое устройство записи помещает аудио на магнитное
носитель, но по-другому. Вот то, что происходит в наиболее распространенном методе цифровой записи - импульсная модуляция кода или PCM:
1. Сигнал от Вашего микшера, предусилителя или аудиоинтерфейса (иллюстрация
9.1 А), выполнен через фильтр lowpass (фильтр сглаживания), который удаляет все частоты выше 20 кГц.
2. Затем, отфильтрованный сигнал проходит через аналого-цифровое (A/D)
преобразователь. Этот преобразователь меры (выборки) напряжение аудио формы волны несколько тысяч раз в секунду (рисунок 9.1B).
3. Каждый раз форма волны измерена, двоичное число (сделанный
из 1's и 0), сгенерирован, который представляет напряжение формы волны в момент, который это измерило (рисунок 9.1C). Это про - налог вызывают квантованием. Каждый 1 и 0 вызывают немного, который обозначает двоичную цифру. Больше битов, которые используются для представления каждого измерения (чем выше битовая глубина), тем больше accu-уровня измерение.
4. Эти двоичные числа сохранены на носителе записи как
модулируемая прямоугольная волна зарегистрирована в максимальном уровне (рисунок 9.1D). Например, числа могут быть сохранены магнитным способом на жестком диске.
Процесс воспроизведения является реверсом:
1. Двоичные числа считаны из носителя записи, такого
как жесткий диск (рисунок 9.2A).
2. Цифро-аналоговый преобразователь (D/A) переводит числа
назад в аналоговый сигнал сделан из шагов напряжения (рисунок 9.2B).
3. Фильтр антиобработки изображений (lowpass фильтр, сглаживая фильтр, recon-
фильтр struction), приглаживает шаги в аналоговом сигнале, результате - луг в исходном аналоговом сигнале (рисунок 9.2C).
Как упрощенная аналогия, предположите, что Вы хотите воспроизвести проспект
форма деревянного диска.
1. Вы кладете линейку через диск каждые 1/4 дюйма и меру
насколько широкий диск в каждой точке (рисунок 9.3A). Это походит на выборку.
Вольты вольт вольт вольт 0.6
0.4 0.2 0.0 - 0.2 - 0.4


Время
0.6
0.4 0.2 0.0 - 0.2 - 0.4
Выборка
интервал


Время
- 0.6

(A) Аудио форма волны вводит преобразователь A/D.

1101 1110 года 1111 года 1100 1011 1010 1001 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000
(C) Измерения напряжения
преобразованный в двоичные числа.
- 0.6
(B) Напряжение измерено или
выбранный равномерно.
Первое значение
1000 1011 1010 1111 1100 года 1100


1000 0100 0001 0011 0101 1000
Последнее значение

(D) Числа сохранены на носителе записи.

РИСУНОК 9.1
Преобразование A/D. См. текст. 4-разрядные измерения показаны для ясности, но 16-или 24-разрядные измерения являются стандартными.
0.6 ¹¹¹¹ 1110
1101
0.4 1100
1011
0.2 1010
1001
0.0 1000
0111
Первое значение -0.2 0110
1000 1011 1010 1111 1100 года 1100 0101
- 0.4 ⁰¹⁰⁰
1000 0100 0001 0011 0101 1000 0011
Последнее значение -0.6 ⁰⁰¹⁰ 0001
0000
(A) Числа считаны из (B) двоичные числа преобразованы
носитель записи. к шагам напряжения.


0.6
0.4 0.2
Время
0.0
- 0.2 - 0.4 - 0.6
(C) Шаги напряжения
сглаженный (отфильтрованный).
РИСУНОК 9.2
Преобразование D/A. См. текст. 4-разрядные измерения показаны для ясности, но 16-или 24-разрядные измерения являются стандартными.
168 Цифровая запись CHAPTER 9
Измерения линейки
A
Диск
B


C

Полосы, длина которых соответствует измерения линейки

Регистрация краев полосы воссоздает форму диска
FIGURE 9.3 аналогия цифровой записи и воспроизведения: воссоздание дисковой формы с помощью деревянных полос.
2. Вы сокращаете набор деревянных полос с теми же длинами как те
измерения, и помещенный полосы бок о бок. Они похожи на шаги ступеньки, идущие вверх и вниз по (рисунку 9.3B).
3. Вы регистрируете изношенные края деревянных полос в дуге, таким образом, они присоединяются
вместе гладко. Это походит на фильтр антиобработки изображений. Вы только что воспроизвели форму исходного деревянного диска (рисунок 9.3C).


Как мы сказали, цифровая запись уменьшает шум, искажение, разное скорости - tions, и ошибки данных. Поскольку цифровой глава воспроизведения читает только 1's и 0, это нечувствительно к шуму и скидке магнитного носителя - tortion. Во время записи и воспроизведения, числа считаны в буферную память и считаны на постоянном уровне, устранив изменения скорости во вращающихся носителях. Кодирование тростника-Solomon во время записи и декодирование во время воспроизведения, исправляют для недостающих битов при помощи избыточных данных.
Если цифровая запись находится на дефектном носителе такой как поцарапанный
компакт-диск, ошибки (недостающие выборки) могут произойти. Обычно эти ошибки могут быть исправлены интерполяцией. Этот алгоритм смотрит на
Цифровая запись CHAPTER 9


данные прежде и после пустой выборки и «предположений», каково ее значение должно быть. Если ошибки слишком расширены для исправления, получающееся аудио имеет тихое пятно или пакет шума.
Почти все устройства цифровой записи используют тот же A/D, довод «против» D/A -
процесс версии, но используют различные носители: жесткий диск записывает на магнитном жестком диске, записи компакт-диска и DVD-рекордера на оптическом диске, устройство записи памяти записывает на Карту флэш-памяти, и сэмплер записывает в память компьютера. Качество звука любого из этих устройств зависит в основном от его A/D и цифро-аналоговых преобразователей.
Цифровое аудио зарегистрировано на жестком диске компьютера как волновой файл или
Файл Аудио формата файла обмена (AIFF). Оба - стандартные форматы для аудиофайлов. Волна (.wav) для PC, и AIFF для Mac. Оба для - циновки используют линейное кодирование PCM без сжатия данных (объясненный в Главе 20). Два волновых формата являются волной Рифа и Широковещательной передачи. Последний упрощает обмен материалом программы между аудио рабочими станциями.


Битовая глубина
Как мы сказали, звуковой сигнал измерен много тысяч раз в секунду -
ond для генерации строки двоичных чисел (названный словами). Lon - немецкий каждое слово (чем больше битов оно имеет), тем больше точность каждого измерения. Короткие слова дают плохое разрешение сигнального напряжения (высокое искажение); длинные слова дают хорошее разрешение (низкая скидка - tortion). Битовая глубина или разрешение являются другими условиями для длины слова.
На нашей деревянной дисковой аналогии битовая глубина (длина слова) соответствует
точность измерения линейки: измерились ли мы к самым близким 1/8 дюйма, 1/16 дюйма, 1/32 дюйма, и т.д.
Длина слова 16 битов соответствует (но не оптимальная) для магнитофона
воспроизведение. Это - текущий стандарт для CDs. Большая часть цифровой записи - ers предлагает 24-разрядные длины слова. Больше битов звучит более гладким и более прозрачным, но нуждается в большем количестве пространства памяти на диске.
Даже при том, что CDs является 16-разрядным форматом, они звучат лучше когда
сделанный из 24-разрядных записей. Во время освоения Вы добавляете размытие (низкоуровневый шум) к 24-разрядной записи, затем экспортируете или сохраняете его как 16-разрядную запись. Вы копируете 16-разрядную запись в CD. Размытие помогает 16-разрядной записи больше походить на 24-разрядную запись.
169
170
Цифровая запись CHAPTER 9


Другими словами, размытие позволяет Вам сохранить большую часть качества и resolu-tion, что Вы записали в 24 битах, даже при том, что запись заканчивается на 16-разрядном CD. Мы объясняем размытие далее в этой главе.
Предположим, что Вы записываете с 24-разрядной длиной слова. Все сигнальные уровни в
та запись имеет 24-разрядное разрешение. Даже низкоуровневые сигналы используют все биты - но большинство битов, обнуляет.


Выборка уровня
Выборка уровня или выборка частоты являются уровнем в который A/D
выборки преобразователя или меры аналоговый сигнал при записи. Например, уровень 48 кГц является 48 000 выборок в секунду; т.е. 48 000 измерений сгенерированы в течение каждой секунды звука. Чем выше уровень выборки, тем шире частотная характеристика записи. Согласно Nyquist-шенноновской теореме, верхний предел частоты цифровой записи является половиной уровня выборки. Компакт-диски используют 44,1 кГц, выбирающие уровень, таким образом, их частотная характеристика расширяется на 22,05 кГц.
На нашей деревянной дисковой аналогии, выбирая уровень соответствует цифре -
частота ошибок по битам древесины разделяет Вас сокращение для формирования диска. Если Вы измеряете диск каждые 1/2 дюйма через, который походит на использование низкого уровня выборки. Если Вы mea-уверенный диск каждые 1/8 дюйма через, который походит на использование высокого уровня выборки.
Выборка уровня для высококачественного аудио может быть 44.1, 48, 88.2, 96, или
192 кГц. Качество CD составляет 44,1 кГц / 16 битов. 96 кГц, выбирающих уровень, могут использоваться на DVD. Современное состояние является Супер Аудиокомпакт-диском или lin - ухо PCM в 192 кГц / 24 битах (но Вы, более вероятно, будете видеть 96 кГц / 24 бита).
Согласно некоторым источникам, выше выбирающие уровни звучат более гладкими
и более прозрачный, но потребность больше пространства памяти на диске и более быстрый жесткий диск. Одно исследование в номере в сентябре 2007 Журнала Общества звукоинженеров показало что уровни выше, чем урожай на 44,1 кГц никакое слышимое улучшение по сравнению с 44,1 кГц.
Цифровая запись основывается на Nyquist-шенноновской теореме. Это
определяет «частоту Nyquist» как половину уровня выборки. Если sam - уровень звона - 44,1 кГц, частота Nyquist составляет 22,05 кГц.
Теорема доказывает, что исходный аналоговый сигнал может быть recon-
structed точно от его выборок - если самая высокая частота в
Цифровая запись CHAPTER 9


сигнал является меньше, чем частота Nyquist. Это происходит, когда исходный сигнал отправлен через lowpass (высоко сокращенный) фильтр для удаления частот выше частоты Nyquist.
Если аналоговый сигнал не отфильтрован, искажение происходит: высокие частоты
выше Nyquist частота появляются как более низкие частоты. Другими словами, неслышимые сверхзвуковые частоты преобразованы в слышимые тоны. Вот почему фильтр сглаживания необходим.
Если Вы lowpass фильтруете аналоговый сигнал к частоте Nyquist
прежде чем это будет выбрано, существует только одна форма волны, которая может пройти через демонстрационные точки, и это - исходная аналоговая форма волны. Рисунок 9.1B показывает демонстрационные точки и форму волны, которая проходит через них.
Текущий A/D и цифро-аналоговые преобразователи используют вызванную сверхдискретизацию процесса
улучшить звук. Сверхдискретизация выбирает звуковой сигнал на более высоком уровне, чем необходимый для репродуцирования самой высокой частоты в сигнале. Например, выборку звукового сигнала на 20 кГц в 8 раз 44,1 кГц вызывают «8x сверхдискретизация». Этот процесс сопровождается цифровым фильтром lowpass и аналоговым фильтром сглаживания пологого откоса. Результатом является меньше сдвига фаз, и меньше резкости по сравнению с крутым, аналоговым фильтром «кирпичной стены» использовало один.
Таким образом, система цифрового аудио выбирает аналоговый сигнал несколько
тысяча времен, которые квантует секунда, и (присваивает значение), каждая выборка. Выборка уровня влияет на высокочастотный ответ. Битовая глубина влияет на динамический диапазон, шум и искажение.
Альтернатива PCM является 1-разрядной (поток битов) кодирование с a
2,8224 МГц или более высокий уровень выборки. Это - процесс Direct Stream Digital (DSD), используемый в Супер Аудиокомпакт-диске и в некотором Korg переносимые цифровые устройства записи. DSD предлагает частотную характеристику от DC до 100 кГц с динамическим диапазоном на 120 дБ и очень гладким, аналоговым - как звук.
Новые цифровые устройства используют сигму дельты преобразователи A/D, который
произведите 1-разрядные потоки в очень высокой частоте дискретизации (обычно использующий 64x сверхдискретизировавший). Тогда цифровой фильтр lowpass удаляет псевдоним - шум квантования и луг. Наконец, схема десятикратного уменьшения субдискретизирует (преобразовывает) поток битов в 16-или 24-разрядные выборки PCM в желаемой частоте дискретизации (44,1 кГц, 96 кГц, и т.д.).
171
172
Цифровая запись CHAPTER 9


С сигмой дельты преобразование A/D зарегистрированные частоты дискретизации выше 44,1 кГц не улучшают качество звука, потому что сигнал аналогового входа 64x сверхдискретизирован, независимо от того какова зарегистрированная частота дискретизации.
В цифровой передаче два канала программы стерео
мультиплексированный. Т.е. одно слово от канала 1 сопровождается одним словом от канала 2, который сопровождается одним словом от канала 1 и т.д.
Скорость передачи данных и требования хранения
Скорость передачи данных цифрового аудио (в байтах в секунду)
Битовая глубина/8 Выборка уровня Число дорожек.

Разделитесь на 1,048,576 для получения мегабайтов (МБ) в секунду. Например, скорость передачи данных 24-bit/44.1 kHz запись 16 моно дорожек

(24 / 8 44,100 16)/1,048,576 2 Мбайт/с.


Запись цифрового аудио на жестком диске занимает много места. Требуемое хранение
Битовая глубина/8 Выборка Числа уровня дорожек
60 Чисел минуты nutes
Разделитесь на 1,048,576 для получения MB. Разделите MB на 1 024 для получения гигабайтов
(Великобритания). Например, предположите запись концерта в 24 битах, 44,1 кГц, 16 дорожек, в течение 2 часов. Необходимое пространство на жестком диске
(24/8 44,100 16 60 120)/1,048,576
14,534.9 MB или 14,2 ГБ Обратите внимание на то, что операционная система могла бы сообщить о мощности дисковода до 7% ниже, чем это действительно.
Таблица 13.1 показывает сумму хранения, необходимого для 1-часовой записи -
луг. Не показанный в Таблице 13.1, 1-разрядная стереозапись в 2,8 МГц использует приблизительно 42,3 МБ/минута или 2,3 ГБ в час.
Уровень цифровой записи
В цифровом устройстве записи метром рекордного уровня является читающий пик LED или
Метр гистограммы LCD (рисунок 9.4), который читает до 0 dBFS (FS означает полный масштаб). В 16-разрядном цифровом устройстве записи 0 dBFS означает все 16 битов
Цифровая запись CHAPTER 9 173
Уровни по искажению отсечения причины 0 dBFS

Рекомендуемый максимальный пиковый уровень записи

Высота этой панели показывает уровень записи