Co to jest dźwięk cyfrowy? Jest to pytanie, które wielu z nas zadało sobie w pewnym momencie i nie jest to prosta odpowiedź.
Dźwięk cyfrowy to reprezentacja dźwięku w formacie cyfrowym. Jest to sposób przechowywania, manipulowania i przesyłania sygnałów audio w formie cyfrowej, w przeciwieństwie do analogowej. To ogromny postęp w technologii audio.
W tym artykule wyjaśnię, czym jest dźwięk cyfrowy, czym różni się od dźwięku analogowego i jak zrewolucjonizował sposób, w jaki nagrywamy, przechowujemy i słuchamy dźwięku.
Przegląd
Co to jest dźwięk cyfrowy?
Dźwięk cyfrowy odnosi się do reprezentacji dźwięku w formacie cyfrowym. Oznacza to, że fale dźwiękowe są przekształcane w serie liczb, które można przechowywać, przetwarzać i przesyłać za pomocą technologii cyfrowych.
Jak generowany jest dźwięk cyfrowy?
Cyfrowy dźwięk jest generowany poprzez pobieranie dyskretnych próbek analogowej fali dźwiękowej w regularnych odstępach czasu. Próbki te są następnie reprezentowane jako seria liczb, które można przechowywać i przetwarzać za pomocą technologii cyfrowych.
Jakie są zalety dźwięku cyfrowego?
Dostępność nowoczesnych technologii znacznie obniżyła koszty związane z nagrywaniem i dystrybucją muzyki. Ułatwiło to niezależnym artystom dzielenie się swoją muzyką ze światem. Cyfrowe nagrania audio mogą być dystrybuowane i sprzedawane jako pliki, eliminując potrzebę fizycznych kopii, takich jak płyty czy kasety. Konsument otrzymuje popularne serwisy streamingowe, takie jak Apple Music czy Spotify, oferujące tymczasowy dostęp do reprezentacji milionów utworów.
Ewolucja dźwięku cyfrowego: krótka historia
Od fal mechanicznych do podpisów cyfrowych
- Historia dźwięku cyfrowego sięga XIX wieku, kiedy to do nagrywania i odtwarzania dźwięków używano urządzeń mechanicznych, takich jak cylindry cynowe i woskowe.
- Cylindry te zostały starannie wygrawerowane rowkami, które gromadziły i przetwarzały zmiany ciśnienia powietrza w postaci fal mechanicznych.
- Pojawienie się gramofonów, a później kaset magnetofonowych, umożliwiło słuchaczom słuchanie muzyki bez konieczności uczestniczenia w występach na żywo.
- Jednak jakość tych nagrań była ograniczona, a dźwięki często były zniekształcone lub gubione w czasie.
Eksperyment BBC i narodziny dźwięku cyfrowego
- W latach sześćdziesiątych BBC zaczęła eksperymentować z nowym systemem transmisji, który łączył jej centrum nadawcze z odległymi lokalizacjami.
- Wymagało to opracowania nowego urządzenia, które mogłoby przetwarzać dźwięki w prostszy i wydajniejszy sposób.
- Rozwiązaniem okazała się implementacja dźwięku cyfrowego, który wykorzystywał liczby dyskretne do przedstawiania zmian ciśnienia powietrza w czasie.
- Umożliwiło to trwałe zachowanie pierwotnego stanu dźwięku, który wcześniej był nieosiągalny, zwłaszcza na niskich poziomach.
- Cyfrowy system audio BBC został oparty na analizie kształtu fali, która była próbkowana z szybkością tysiąca razy na sekundę i przypisywana unikalny kod binarny.
- Ten zapis dźwięku umożliwił technikowi odtworzenie oryginalnego dźwięku poprzez zbudowanie urządzenia, które mogło odczytać i zinterpretować kod binarny.
Postępy i innowacje w dźwięku cyfrowym
- Wydanie w latach 1980-tych dostępnego na rynku cyfrowego rejestratora dźwięku było gigantycznym krokiem naprzód w dziedzinie dźwięku cyfrowego.
- Ten przetwornik analogowo-cyfrowy zapisywał dźwięki w formacie cyfrowym, który można było zapisywać i przetwarzać na komputerach.
- Format taśmy VHS kontynuował później ten trend, a dźwięk cyfrowy był od tego czasu szeroko stosowany w produkcji muzycznej, filmie i telewizji.
- Ciągły postęp technologiczny i niekończące się innowacje w cyfrowym dźwięku doprowadziły do powstania odrębnych fal technik przetwarzania i konserwacji dźwięku.
- Obecnie cyfrowe sygnatury audio służą do zachowywania i analizowania dźwięków w sposób, który kiedyś był nieosiągalny, dzięki czemu można cieszyć się niezrównaną jakością dźwięku, która wcześniej była niemożliwa do osiągnięcia.
Cyfrowe technologie audio
Technologie nagrywania i przechowywania
Cyfrowe technologie audio zrewolucjonizowały sposób, w jaki nagrywamy i przechowujemy dźwięk. Niektóre z najpopularniejszych technologii to:
- Nagrywanie na dysku twardym: Dźwięk jest nagrywany i przechowywany na dysku twardym, co pozwala na łatwą edycję i manipulację plikami audio.
- Cyfrowa taśma audio (DAT): format zapisu cyfrowego, w którym do przechowywania danych audio używana jest taśma magnetyczna.
- Dyski CD, DVD i Blu-ray: Te dyski optyczne mogą przechowywać duże ilości cyfrowych danych dźwiękowych i są powszechnie używane do dystrybucji muzyki i wideo.
- Minidisc: Mały, przenośny format dysku, który był popularny w latach 1990. i na początku XXI wieku.
- Super Audio CD (SACD): Format audio o wysokiej rozdzielczości wykorzystujący specjalną płytę i odtwarzacz w celu uzyskania lepszej jakości dźwięku niż standardowe płyty CD.
Technologie odtwarzania
Cyfrowe pliki audio można odtwarzać przy użyciu różnych technologii, w tym:
- Komputery: Cyfrowe pliki audio można odtwarzać na komputerach za pomocą oprogramowania do odtwarzania multimediów.
- Cyfrowe odtwarzacze audio: Urządzenia przenośne, takie jak iPody i smartfony, mogą odtwarzać cyfrowe pliki audio.
- Stacja roboczaDigital audio workstations: Profesjonalne oprogramowanie audio używane do nagrywania, edycji i miksowania dźwięku cyfrowego.
- Standardowe odtwarzacze CD: Te odtwarzacze mogą odtwarzać standardowe płyty audio CD, które wykorzystują cyfrową technologię audio.
Technologie nadawcze i radiowe
Cyfrowe technologie audio miały również znaczący wpływ na nadawanie i radio. Niektóre z najpopularniejszych technologii to:
- HD Radio: Cyfrowa technologia radiowa zapewniająca wyższą jakość dźwięku i dodatkowe funkcje, takie jak informacje o utworach i wykonawcach.
- Mondiale: Cyfrowy standard transmisji radiowej używany w Europie i innych częściach świata.
- Cyfrowa transmisja radiowa: Wiele stacji radiowych nadaje obecnie w formacie cyfrowym, co zapewnia lepszą jakość dźwięku i dodatkowe funkcje, takie jak informacje o utworach i wykonawcach.
Formaty audio i jakość
Cyfrowe pliki audio można przechowywać w różnych formatach, w tym:
- MP3: Skompresowany format audio, który jest szeroko stosowany do dystrybucji muzyki.
- WAV: Nieskompresowany format audio, który jest powszechnie używany w profesjonalnych aplikacjach audio.
- FLAC: Bezstratny format audio zapewniający wysoką jakość dźwięku bez poświęcania rozmiaru pliku.
Jakość cyfrowego dźwięku mierzy się jego rozdzielczością i głębią. Im wyższa rozdzielczość i głębia, tym lepsza jakość dźwięku. Niektóre typowe rozdzielczości i głębokości obejmują:
- 16-bit/44.1 kHz: dźwięk w jakości CD.
- 24 bity/96 kHz: dźwięk o wysokiej rozdzielczości.
- 32-bit/192 kHz: dźwięk studyjnej jakości.
Zastosowania cyfrowych technologii audio
Cyfrowe technologie audio mają szeroki zakres zastosowań, w tym:
- Tworzenie doskonałego dźwięku koncertowego: Cyfrowe technologie audio pozwalają na precyzyjną kontrolę nad poziomem i jakością dźwięku, umożliwiając osiągnięcie doskonałego dźwięku podczas koncertów na żywo.
- Niezależni artyści: Cyfrowe technologie audio umożliwiły niezależnym artystom nagrywanie i dystrybucję ich muzyki bez potrzeby posiadania wytwórni płytowej.
- Radio i nadawanie: Cyfrowe technologie audio umożliwiły lepszą jakość dźwięku i dodatkowe funkcje w radiu i nadawcach.
- Produkcja filmowa i wideo: Cyfrowe technologie audio są powszechnie stosowane w produkcji filmowej i wideo do nagrywania i edycji ścieżek audio.
- Do użytku osobistego: Cyfrowe technologie audio ułatwiły ludziom tworzenie i udostępnianie własnej muzyki i nagrań dźwiękowych.
Próbkowanie cyfrowe
Co to jest próbkowanie?
Samplowanie to proces przekształcania muzycznej lub innej fali dźwiękowej w format cyfrowy. Proces ten polega na wykonywaniu regularnych migawek fali dźwiękowej w określonym momencie i przekształcaniu ich w dane cyfrowe. Długość tych migawek określa jakość wynikowego dźwięku cyfrowego.
Jak działa próbkowanie
Próbkowanie obejmuje specjalne oprogramowanie, które konwertuje analogową falę dźwiękową na format cyfrowy. Oprogramowanie robi migawki fali dźwiękowej w określonym momencie, a te migawki są następnie konwertowane na dane cyfrowe. Powstały cyfrowy dźwięk można przechowywać na różnych nośnikach, takich jak dyski, dyski twarde, a nawet pobierać z Internetu.
Częstotliwość próbkowania i jakość
Jakość próbkowanego dźwięku zależy od częstotliwości próbkowania, czyli liczby migawek wykonywanych na sekundę. Im wyższa częstotliwość próbkowania, tym lepsza jakość cyfrowego dźwięku. Jednak wyższa częstotliwość próbkowania oznacza również, że na nośniku pamięci zajmuje więcej miejsca.
Kompresja i konwersja
Aby zmieścić duże pliki audio na przenośnym nośniku lub pobrać je z Internetu, często stosuje się kompresję. Kompresja polega na wybraniu pewnych częstotliwości i harmonicznych, aby odtworzyć samplowaną falę dźwiękową, pozostawiając dużo miejsca na odtworzenie rzeczywistego dźwięku. Ten proces nie jest doskonały, a niektóre informacje są tracone w procesie kompresji.
Zastosowania próbkowania
Sampling jest używany na różne sposoby, na przykład przy tworzeniu muzyki, efektów dźwiękowych, a nawet w produkcji wideo. Jest również używany do tworzenia cyfrowego dźwięku dla radia FM, kamer, a nawet niektórych wersji aparatów Canon. Pobieranie próbek jest zalecane do zwykłego użytku, ale do zastosowań krytycznych zalecana jest wyższa częstotliwość próbkowania.
interfejsy
Co to są interfejsy audio?
Interfejsy audio to urządzenia konwertujące analogowe sygnały audio z mikrofonów i instrumentów na sygnały cyfrowe, które mogą być przetwarzane przez oprogramowanie na komputerze. Kierują również cyfrowe sygnały audio z komputera do słuchawek, monitorów studyjnych i innych urządzeń peryferyjnych. Dostępnych jest wiele różnych typów interfejsów audio, ale najbardziej powszechnym i uniwersalnym typem jest ten USB (Uniwersalna magistrala szeregowa).
Dlaczego potrzebujesz interfejsu audio?
Jeśli używasz oprogramowania audio na swoim komputerze i chcesz nagrywać lub odtwarzać dźwięk wysokiej jakości, potrzebujesz interfejsu audio. Większość komputerów ma wbudowany interfejs audio, ale często są one dość proste i nie zapewniają najlepszej jakości. Zewnętrzny interfejs audio zapewnia lepszą jakość dźwięku, więcej wejść i wyjść oraz większą kontrolę nad dźwiękiem.
Jakie są najnowsze wersje interfejsów audio?
Najnowsze wersje interfejsów audio dostępne są w sklepach ze sprzętem muzycznym. Obecnie są one dość tanie i można szybko wyprzeć stare zapasy. Oczywiście im szybciej chcesz robić zakupy, tym szybciej znajdziesz najnowsze wersje interfejsów audio.
Cyfrowa jakość dźwięku
Wprowadzenie
Jeśli chodzi o dźwięk cyfrowy, jakość jest kluczowym czynnikiem. Cyfrowa reprezentacja sygnałów audio jest uzyskiwana za pomocą procesu zwanego próbkowaniem, który polega na pobieraniu ciągłych sygnałów analogowych i przekształcaniu ich w wartości liczbowe. Ten proces zrewolucjonizował sposób, w jaki przechwytujemy, przetwarzamy i odtwarzamy dźwięk, ale niesie ze sobą również nowe wyzwania i kwestie związane z jakością dźwięku.
Próbkowanie i częstotliwości
Podstawową zasadą dźwięku cyfrowego jest przechwytywanie i przedstawianie dźwięku jako serii wartości liczbowych, którymi można manipulować i przetwarzać za pomocą aplikacji. Jakość dźwięku cyfrowego zależy od tego, jak dokładnie te wartości odzwierciedlają dźwięk oryginalny. Jest to określone przez częstotliwość próbkowania, czyli liczbę razy na sekundę, w których sygnał analogowy jest mierzony i przekształcany w sygnał cyfrowy.
Współczesna muzyka zazwyczaj wykorzystuje częstotliwość próbkowania 44.1 kHz, co oznacza, że sygnał analogowy jest pobierany 44,100 96 razy na sekundę. Jest to ta sama częstotliwość próbkowania, która jest używana w przypadku płyt CD, które są powszechnym nośnikiem dystrybucji dźwięku cyfrowego. Dostępne są również wyższe częstotliwości próbkowania, takie jak 192 kHz lub XNUMX kHz, które mogą zapewnić lepszą jakość, ale wymagają również więcej miejsca w pamięci i mocy obliczeniowej.
Kodowanie sygnału cyfrowego
Po próbkowaniu sygnału analogowego jest on kodowany na sygnał cyfrowy przy użyciu procesu zwanego modulacją impulsowo-kodową (PCM). PCM reprezentuje amplitudę sygnału analogowego w każdym punkcie próbkowania jako wartość liczbową, która jest następnie przechowywana jako seria cyfr binarnych (bitów). Liczba bitów używanych do reprezentacji każdej próbki określa głębię bitową, która wpływa na zakres dynamiczny i rozdzielczość dźwięku cyfrowego.
Na przykład płyta CD wykorzystuje 16-bitową głębię bitową, która może reprezentować 65,536 96 różnych poziomów amplitudy. Zapewnia to zakres dynamiki około 24 dB, który jest wystarczający dla większości środowisk odsłuchowych. Większa głębia bitowa, taka jak 32-bitowa lub XNUMX-bitowa, może zapewnić jeszcze lepszą jakość i zakres dynamiczny, ale wymaga również więcej miejsca na przechowywanie i mocy obliczeniowej.
Cyfrowa manipulacja dźwiękiem
Jedną z zalet dźwięku cyfrowego jest możliwość manipulowania i przetwarzania sygnału za pomocą aplikacji. Może to obejmować edycję, miksowanie, stosowanie efektów i symulowanie różnych środowisk. Jednak procesy te mogą również wpływać na jakość dźwięku cyfrowego.
Na przykład zastosowanie pewnych efektów lub zmian w sygnale audio może obniżyć jakość lub wprowadzić artefakty. Ważne jest, aby zrozumieć ograniczenia i możliwości używanego oprogramowania, a także specyficzne wymagania projektu audio.
Niezależna produkcja muzyczna z dźwiękiem cyfrowym
Od masywnych pokładów po niedrogi sprzęt
Dawno minęły czasy, kiedy profesjonalne nagrywanie muzyki oznaczało inwestowanie w masywne decki i drogi sprzęt. Wraz z pojawieniem się dźwięku cyfrowego niezależni artyści z całego świata mogą teraz codziennie tworzyć muzykę w swoich domowych studiach. Dostępność niedrogiego sprzętu drastycznie zmieniła branżę muzyczną, wywierając pozytywny wpływ na muzyków, którzy mogą teraz tworzyć własną muzykę bez bankructwa.
Zrozumienie jakości dźwięku cyfrowego
Cyfrowy dźwięk to metoda nagrywania fal dźwiękowych jako danych cyfrowych. Rozdzielczość i częstotliwość próbkowania dźwięku cyfrowego wpływają na jakość dźwięku. Oto krótka historia ewolucji cyfrowej jakości dźwięku na przestrzeni lat:
- We wczesnych latach dźwięku cyfrowego częstotliwość próbkowania była niska, co skutkowało niską jakością dźwięku.
- Wraz z rozwojem technologii rosły częstotliwości próbkowania, co skutkowało lepszą jakością dźwięku.
- Obecnie jakość dźwięku cyfrowego jest niewiarygodnie wysoka, z częstotliwościami próbkowania i głębią bitową, które dokładnie przechwytują fale dźwiękowe.
Nagrywanie i przetwarzanie dźwięku cyfrowego
Aby nagrywać dźwięk cyfrowy, muzycy używają samodzielnych klawiatur, instrumentów wirtualnych, syntezatorów programowych i wtyczek FX. Proces rejestracji polega na przetwarzaniu sygnałów analogowych na dane cyfrowe za pomocą przetworników analogowo-cyfrowych. Dane cyfrowe są następnie przechowywane jako pliki na komputerze. Rozmiar plików zależy od rozdzielczości i częstotliwości próbkowania nagrania.
Opóźnienie i produkcja
Latencja to opóźnienie między wejściem dźwięku a jego przetwarzaniem. W produkcja muzyczna, opóźnienie może stanowić problem podczas nagrywania wielościeżkowych lub łodyg. Aby uniknąć opóźnień, muzycy polegają na interfejsach i procesorach audio o niskim opóźnieniu. Cyfrowe sygnały danych są przetwarzane przez obwód, który generuje falowy obraz dźwięku. Ten obraz fali jest następnie rekonstruowany na dźwięk przez urządzenie odtwarzające.
Zniekształcenia i zakres dynamiki
Cyfrowy dźwięk ma wysoki zakres dynamiczny, co oznacza, że może dokładnie uchwycić pełny zakres dźwięku. Jednak dźwięk cyfrowy może również cierpieć z powodu zniekształceń, takich jak obcinanie i zniekształcenia kwantyzacji. Obcinanie występuje, gdy sygnał wejściowy przekracza zapas systemu cyfrowego, powodując zniekształcenia. Zniekształcenie kwantyzacji występuje, gdy system cyfrowy zaokrągla sygnał, aby dopasować go do sztywnych segmentów, odciskając nieścisłości w określonych punktach w czasie.
Platformy dystrybucji społecznościowej
Wraz z rozwojem platform dystrybucji społecznościowej niezależni muzycy mogą teraz rozpowszechniać swoją muzykę wśród odbiorców na całym świecie bez potrzeby posiadania wytwórni płytowej. Platformy te umożliwiają muzykom przesyłanie muzyki i udostępnianie jej swoim obserwatorom. Demokratyzacja dystrybucji muzyki stworzyła prawdziwą rewolucję technologiczną, dając muzykom swobodę tworzenia i dzielenia się swoją muzyką ze światem.
Wnioski
Więc masz to, wszystko, co musisz wiedzieć o cyfrowym dźwięku w pigułce. Dźwięk cyfrowy to reprezentacja dźwięku jako dyskretnych wartości liczbowych, a nie ciągłych fal fizycznych.
Dźwięk cyfrowy zrewolucjonizował sposób, w jaki nagrywamy, przechowujemy, przetwarzamy i słuchamy muzyki. Więc nie bój się nurkować i czerpać korzyści z tej niesamowitej technologii!
Jestem Joost Nusselder, założyciel Neaera i content marketer, tata i uwielbiam wypróbowywać nowy sprzęt z gitarą w sercu mojej pasji, a wraz z moim zespołem tworzę szczegółowe artykuły na blogu od 2020 roku aby pomóc lojalnym czytelnikom z poradami dotyczącymi nagrań i gitar.
