Перейти к основному содержанию

Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование

Поступающий на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) звук в аналоговой форме — в виде непрерывно меняющегося электрического сигнала — подвергается в нем дискретизации или квантованию.

Дискретизация разбивает непрерывный сигнал на последовательность его мгновенных значений — отсчетов, и кодирует уровень каждого отсчета целым числом в диапазоне 0..255 (8- разрядная оцифровка) или, например,  0..65535 (16-разрядная оцифровка).

В итоге создается поток значений, более или менее корректно описывающий исходный сигнал:

1

Аналогичным образом работает и обратный процесс: последовательность цифровых отсчетов подается на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который преобразует числовые значения в уровни напряжения, объединяя дискретную последовательность этих уровней в непрерывный электрический сигнал, который затем воспроизводится в виде звука акустической системой.

В состав цифро-аналогового преобразователя входит сглаживающий фильтр, который восстанавливает переданный аналоговый сигнал по дискретным значениям.

Стандартной является оцифровка звука на частоте дискретизации 44.1 кГц с 16-разрядным квантованием. Это т.н. CD-качество, т.к. формат CD-DA (или AudioCD) использует именно эти частоту дискретизации и разрядность (битрейт).

Часто используется и частота дискретизации 48 кГц с 16-разрядным квантованием – она предусмотрена форматом DV, а также используется в DAT-магнитофонах.

Существует стандарт DVD-audio, где частота дискретизации может быть равной 44,1/48/88.2/96 кГц, разрядность 16/20/24 бит, а количество каналов — до 6.

Профессиональные и полупрофессиональные устройства цифровой записи также стандартно поддерживают частоту дискретизации 96 кГц и 24-разрядное квантование.

Глубиной дискретизации, разрядностью или битрейтом называют количество уровней квантования (или диапазон возможных значений). Чем больше глубина дискретизации и чем больше частота дискретизации, тем точнее цифровой сигнал соответствует аналоговому.

В случае однородного (линейного или равномерного) квантования по амплитуде глубину дискретизации называют также динамическим диапазоном и измеряют в децибелах, при этом 1 бит ≈ 6 дБ.

Битрейт и диапазон возможных значений:

8 бит = 28 = 256
16 бит = 216 = 65 536
24 бита = 224 = 16 777 216
32 бита = 232 = 4 294 967 296