Принципы компьютерного воспроизведения звука.

При воспроизведении звука на компьютере цифровое представление сигнала преобразуют обратно в аналоговую непрерывную форму. Как уже упоминалось, расчет параметров выходного сигнала выполняет сигнальный процессор, а генерацию аналогового электрического сигнала выполняет ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь).

В современной цифровой звукотехнике (например, в компьютерных звуковых картах) используют несколько методов реконструкции формы аналогового сигнала. Эти методы сильно отличаются друг от друга даже идеями, взятыми за их основу.

Общим в методах реконструкции формы сигнала является то, что цифровой сигнал сперва подвергается передискретизации - увеличению частоты дискретизации и глубины квантования в несколько раз (например, поток звуковых данных с Audio CD с частотой дискретизации 44,1 кГц и глубиной квантования 16 битов, в звуковой карте преобразуется в поток с частотой дискретизации 192 кГц и глубиной квантования 24 бита).

Для вычисления амплитуд сигнала во вставленных новых отсчетах используются различные математические методы, например полиномиальная интерполяция. Суть этого метода состоит в том, что по известным значениям функции f(x) в дискретных моментах времени х₀ х₂, ..., х_п мы можем восстановить ее значения в других точках х_k т. е. по нескольким подряд идущим отсчетам можно построить интерполяционный многочлен, проходящий через заданные точки (например, интерполяционный многочлен Лагранжа). По «старым» значениям отсчетов сигнала вычисляются коэффициенты многочлена, и с их помощью вычисляется амплитуда сигнала в отсчетах, которые вставляются при передискретизации.

После передискретизации цифровой сигнал с помощью ЦАП преобразуется в ступенчатый аналоговый сигнал. Этот ступенчатый сигнал представляет собой сумму ожидаемого выходного сигнала и так называемого паразитного сигнала дискретизации. Паразитный сигнал имеет малую амплитуду и очень высокую частоту. Выходной сигнал ЦАП пропускается через пропускающий фильтр низких частот, который подавляет высокочастотные составляющие сигнала. Такой технический прием позволяет добиться качественной реконструкции формы аналогового сигнала при простой реализации соответствующих электронных схем.

Вопросы и задания

1. Каким образом происходит преобразование непрерывного звукового сигнала в дискретный цифровой код?

2. Перечислите достоинства и недостатки двух способов звукозаписи: импульсной модуляции и MIDI.

3. Оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 1 минута, если глубина квантования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно 16 бит и 8 кГц.

4. Рассчитайте время звучания моноаудиофайла, если при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 32 кГц его объем равен 700 Кбайт.