Digitální audio

Vzorkování a 4bitové kvantování analogového signálu (červená) použitím pulzně kódové modulace

Digitální audio je reprodukce zvuku použitím pulzně kódové modulace a digitálního signálu. Systémy digitálního audia zahrnují analogově digitální převodník (Analog to Digital Converter – ADC), digitálně analogový převodník, digitální paměť, procesní a přenosové složky. Primární benefit digitálního audia je jeho snadná uložitelnost, přenos a vyhledání.

Přehled digitálního audia

Digitální audio je užitečné při nahrávání, manipulaci, masové produkci a distribuci zvuku. Moderní distribuce hudby na internetu přes on-line obchody je závislé na digitálních nahrávkách a digitálních kompresních algoritmech. Distribuce audia jako datových souborů a ne jako fyzických předmětů značně snížilo distribuční náklady.

V analogových audio systémech zvuky začínají jako fyzikální vlnová forma ve vzduchu, transformují se na elektrickou reprezentaci zvukové vlny přes transduktor – převodník (například mikrofon), pak se uskladní nebo vysílají. Na jejich obnovení do zvukové formy třeba reverzní proces pomocí zesilovače a zpětné konverze na fyzické vlny pomocí reproduktoru. I když původ zvuku se může měnit, základní vlnové charakteristiky analogového audia zůstávají stejné během jeho uložení, transformace, duplikace a zesílení.

Signály analogového audia jsou náchylné na šum a zkreslení, nevyhnutelné pro vnitřní charakteristiky elektronických obvodů a souvisících zařízení. V případě plně analogové nahrávky a reprodukce existuje mnoho možností pro vznik šumu a zkreslení během celého procesu. Když se audio digitalizuje, zkreslení a šum vzniká pouze v etapách, které předcházejí konverzi do digitální formy a v etapách, které následují při konverzi zpět do analogové formy.

Proces konverze

Životní cyklus zvuku z jeho zdroje přes A/D převodník, digitální zpracování, D/A převodník a nakonec opět zvuk.

Digitální zpracování začíná s A/D převodníkem, který převede analogový signál na signál digitální. A/D převodník pracuje na vzorkovací frekvenci a konvertuje na známé bitové rozlišení. Například CD audio má vzorkovací frekvenci 44,1 kHz (44100 vzorek za sekundu) a 16bitové rozlišení pro každý kanál. Pro stereo existují 2 kanály: 'levý' a 'pravý'. Pokud analogový signál není už omezen pásmem, pak je před konverzí potřebný anti-aliasingový filtr na prevenci aliasingu v digitálním signálu. (Aliasing vzniká když frekvence nad Nyquistovou frekvencí nebyla pásmově omezena a místo toho se objevuje jak slyšitelné zkreslení v nízkých frekvencích).

Digitální audio technologie

Vysílání digitálního audia

• Digital Audio Broadcasting (DAB)
• HD Radio
• Digital Radio Mondiale (DRM)
• In-band on-channel (IBOC)

Paměťové technologie

• Digitální audio přehrávač
• Digitální zvuková páska - Digital Audio Tape (DAT)
• Digital Compact Cassette (DCC)
• Compact Disc (CD)
• Nahrávání na pevný disk
• DVD Audio
• Minidisc - MiniDisc (MD)
• Super Audio CD
• Různé souborové formáty pro audio

Digitální audio rozhraní (interface)

Příklady specifických interface pro audio:

• AC'97 (Audio Codec 1997) interface mezi integrovanými obvody na základních deskách PC
• Intel High Definition Audio moderní náhrada AC'97
• ADAT interface
• AES3 interface s XLR konektorem

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Digital audio na anglické Wikipedii.

Literatura

• Borwick, John, ed., 1994: Sound Recording Practice (Oxford: Oxford University Press)
• Bosi, Marina, and Goldberg, Richard E., 2003: Introduction to Digital Audio Coding and Standards (Springer)
• Ifeachor, Emmanuel C., and Jervis, Barrie W., 2002: Digital Signal Processing: A Practical Approach (Harlow, England: Pearson Education Limited)
• Rabiner, Lawrence R., and Gold, Bernard, 1975: Theory and Application of Digital Signal Processing (Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall, Inc.)
• Watkinson, John, 1994: The Art of Digital Audio (Oxford: Focal Press)

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu Digitální audio na Wikimedia Commons