Аналоговый и цифровой звук

В конце XIX века знаменитым американским изобретателем Томасом  Эдисоном был изготовлен фонограф.

 

 

Принцип работы фонографа

Речь, музыка или пение создают звуковые колебания, которые передаются на записывающую иглу фонографа. Игла, воздействуя на поверхность вращающегося воскового валика, оставляет на ней бороздку с изменяющейся глубиной — звуковую дорожку. При воспроизведении звука происходит обратный процесс: движение считывающей иглы по звуковой дорожке сопровождается ее колебаниями с той же частотой. Эти колебания превращаются фонографом в слышимый звук.

Фонограф Эдисона — первое в истории устройство для записи звука.

В середине XX века появился электрофон — электрический аналог патефона.

Аналоговое представление звука

Звуковая дорожка грампластинки – это пример непрерывной формы записи звука. Такую форму называют аналоговой. В электрофоне колебания движущейся по звуковой дорожке иглы превращаются в непрерывный электрический сигнал.

Под аналоговой подразумевают запись звуков на физический носитель таким образом, чтобы устройство воспроизведения производило колебания и создавало звуковые волны аналогичные тем, что были получены при сохранении.

В XX веке был изобретен магнитофон — устройство для записи звука на магнитную ленту. Здесь также используется аналоговая форма хранения звука. Только теперь звуковая дорожка — это не механическая «бороздка с ямками», а линия с непрерывно изменяющейся намагниченностью. С помощью считывающей магнитной головки создается переменный электрический сигнал, который озвучивается акустической системой.

Звуки — колебания воздуха — в микрофоне магнитофона превращаются в колебания электрического тока. Ток создает колебания магнитного поля, которые «отпечатываются» на ленте, покрытой тонким слоем порошка железа. Один вид колебаний превращается в другой, аналогичный. Воспроизводится звук так же, но только наоборот: намагниченная лента, двигаясь, вызывает появление электрического тока, который, после усиления, попадает в динамики и заставляет их звучать.

Цифровой звук — представление аналогового звукового сигнала в виде битовой последовательности, которая соответствует уровням электрических звуковых колебаний в определенные промежутки времени.

Для преобразования звука в цифровой вид, применяется импульсно-кодовая модуляция или, реже, сигма-дельта-модуляция. Кроме описания звуковых колебаний в цифровом виде, применяется также создание специальных команд для автоматического воспроизведения на электронных музыкальных инструментах, ярчайшим примером такой технологии является MIDI.

Запись звука происходит через микрофон, который создает непрерывный электрический сигнал, а воспроизведение — через динамики, которые звучат также под действием непрерывного электрического сигнала. Как же работа этих устройств совмещается с дискретными данными в памяти компьютера? Происходит преобразование аналоговой формы представления звука в дискретную и обратное преобразование. Первый процесс называется аналого-цифровым преоб­разованием (АЦП), второй — цифро-аналоговым преобра­зованием (ЦАП).

Микрофон используется для ввода звука в компьютер. Непрерывные электрические колебания, идущие от микрофона, преобразуются в числовую последовательность. Эту работу выполняет устройство, подключаемое к компьютеру, которое называется аудиоадаптером, или звуковой картой.

Воспроизведение звука, записанного в компьютерную память, также происходит с помощью аудиоадаптера, преобразующего оцифрованный звук в аналоговый электрический сигнал звуковой частоты, поступающий на акустические колонки или стереонаушники.

Запись и воспроизведение видеофильмов на компьютере, как и работа со звуком, связаны с преобразованием ЦАП -АЦП. Для этих целей существуют специальные карты ввода/вывода видеоизображения. Оцифрованные и занесенные в компьютерную память видеокадры могут быть подвергнуты редактированию.

Звук, видео, графика, объединенные в мультимедиа приложение, требуют больших объемов памяти. Поэтому для их хранения нужны достаточно емкие   и, желательно, недорогие носители. Этим требованиям удовлетворяют оптические компакт-диски. Наибольшей информационной емкостью обладают цифровые видеодиски.

Вопросы:

  1. Какие первые устройства для воспроизведения звука вы знаете?
  2. Дайте определение понятия цифровой звук?
  3. Что такое АЦП и ЦАП?
  4. Приведите примеры технических устройств, в которых звук хранится и воспроизводится в аналоговой форме.
  5. В каких технических системах звук передается в аналоговой форме?
  6. Почему форму представления звука в компьютере можно называть дискретной и цифровой?

Литература:

  1. Семакин И.Г., Залогова Л.А., Русаков С.В., Шестакова Л.В. Информатика и ИКТ: учебник для 8 класса.
  2. Информатика и ИКТ : задачник-практикум / Под ред. И.Г. Семакина, Е.К. Хеннера. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007.