Bagaimana bunyi CD (spekulasi dan realiti). Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik / Audio

 Komen artikel

Format digital untuk merakam CD audio (CD) Audio CD telah kukuh dalam pasaran peralatan audio pengguna. Dalam kesusasteraan amatur dan profesional yang popular, pelbagai pengarang telah berulang kali bercakap tentang kelebihan dan kekurangan format ini. Dalam artikel ini, berdasarkan pengalaman saya, saya akan cuba menghilangkan beberapa salah tanggapan.

Dalam [1], pengarang menunjukkan ketidaksesuaian untuk menyalin kaset padat daripada CD, memetik fakta bahawa kualiti bunyi CD, pada pendapatnya, boleh disamakan dengan kualiti bunyi peralatan pembiakan bunyi analog kelas ke-3. Dalam artikel ini (yang sangat menarik), penulis mempersoalkan teorem Shannon (atau, seperti yang dipanggil dalam kesusasteraan Rusia, teorem Kotelnikov).

Mari kita andaikan bahawa input penukar analog-ke-digital (ADC) menerima isyarat dengan spektrum teragih seragam dalam jalur frekuensi dari 0 hingga 20 kHz (Rajah 1a). Jika kita menjalankan penukaran analog-ke-digital dengan frekuensi pensampelan fg = 44,1 kHz (sedikit lebih tinggi daripada mengikut teorem Shannon), dan kemudian melakukan penukaran digital-ke-analog songsang pada fg yang sama, kemudian jalur palsu dengan frekuensi pusat iaitu gandaan bagi fg (Rajah 1b). Secara ringkasnya, fenomena ini boleh dipanggil transformasi isyarat sinusoidal asas kepada isyarat bentuk kompleks (contohnya, kes yang diterangkan dalam [1] menukar isyarat sinusoidal tunggal 20 kHz kepada berliku dengan frekuensi yang sama).

Rajah 1

Untuk lebih memahami intipati apa yang sedang berlaku, mari kita beralih kepada penukaran isyarat berkala harmonik daripada domain masa kepada domain frekuensi. Rajah 2 memaparkan proses ini secara grafik. Dalam satah masa UOt, graf isyarat berkala diplotkan. Jika kita menguraikan fungsi bergraf menggunakan Discrete Fourier Transform (DFT), Fast Hartley Transform (FHT), atau Modern Discrete Cosine Transform (DCT) kepada harmonik dan memplot amplitudnya dengan anjakan di sepanjang paksi Of frequency, kita dapat melihat bahawa isyarat asal dalam spektrumnya mengandungi dua harmonik dengan amplitud U1 dan U2. Dalam amalan, pergantungan masa amplitud diperhatikan menggunakan osiloskop, dan pergantungan frekuensi diperhatikan menggunakan penganalisis spektrum.

Rajah 2

Jika kita menjalankan DCT isyarat sinusoidal dan segi empat tepat dengan frekuensi 20 kHz pada fg = 40 kHz, kita mendapat hasil yang ditunjukkan dalam Rajah 3 a dan b, masing-masing. Seperti yang anda lihat, dalam spektrum isyarat segi empat tepat, sebagai tambahan kepada frekuensi asas, terdapat banyak harmonik dengan frekuensi yang merupakan gandaan asas dan amplitud yang berkurangan dengan peningkatan nombor harmonik. Menggunakan penapis laluan rendah (iaitu, memotong semua harmonik "tambahan"), anda boleh mendapatkan isyarat sinusoidal daripada segi empat tepat. Proses ini boleh disediakan oleh kedua-dua kaedah analog dan digital.

Rajah 3

Jika sekarang, mengetahui bahawa pada output DAC, isyarat dari sinusoidal menjadi segi empat tepat, i.e. jalur palsu muncul dalam spektrum (Gamb. 16), gunakan penapis laluan rendah dengan frekuensi cutoff fcp = 20 kHz, semua jalur palsu yang gandaan fg boleh dikeluarkan daripada isyarat yang terhasil. Penapis laluan rendah aktif bagi urutan ke-n biasanya ditemui dalam semua pemain CD, jika tidak secara langsung dalam litar, maka sebagai sebahagian daripada DAC bersepadu.

Harmonik parasit dalam isyarat muncul disebabkan oleh ketidaksempurnaan tindak balas frekuensi penapis laluan rendah yang disertakan pada input dan output ADC dan DAC (Rajah 4). Akibatnya, superposisi spektrum isyarat yang dihasilkan oleh DAC berlaku, dan tahap komponen parasit adalah lebih rendah, "lebih curam" tindak balas frekuensi penapis laluan rendah dan lebih besar pengecilan dalam jalur hentinya.

Rajah 4

Meningkatkan fg dengan faktor 4 atau 8 berbanding dengan frekuensi Nyquist (frekuensi atas isyarat) membolehkan anda menolak sedikit komponen spektrum isyarat pada output DAC, namun, ini secara tidak munasabah meningkatkan aliran data digital, yang tidak dapat dikurangkan menggunakan standard AudioCD.

Hanya dengan menambah baik ciri penapis lulus rendah sebelum ADC dan selepas DAC, adalah mungkin untuk menangani peningkatan gangguan yang dicipta oleh jalur parasit sisi. PCD moden dengan penapis lulus rendah sekurang-kurangnya urutan ke-6 secara relatifnya berjaya mengatasi tugas menapis isyarat selepas DAC, memberikan pengecilan bunyi palsu sekurang-kurangnya 90 dB. Lebar jalur saluran bunyi dalam kes ini ialah 20 ... 21600 Hz dengan ketidaksamaan 5 * 10^-3 db. Parameter ini nyata lebih unggul daripada parameter serupa peralatan pembiakan bunyi analog bagi semua kelas.

Daripada perkara di atas, kita boleh membuat kesimpulan bahawa apabila pensampelan isyarat dengan fg = 2fB, adalah perlu untuk mengetatkan keperluan untuk penapis laluan rendah pada output DAC PKD.

Dalam [1], penulis juga melaporkan tentang pemampatan isyarat sebelum merakam pada CD, serta pembentukan pemotongan frekuensi dalam rakaman yang dibuat daripada CD ini dalam kawasan 20...200 Hz. Lebih tepat lagi, sekatan mencapai frekuensi 1 kHz, yang dianggap sebagai rujukan untuk teknologi frekuensi audio.

Seperti berikut dari teori imuniti hingar, apabila menghantar isyarat (termasuk audio), isyarat dengan julat dinamik dan jalur frekuensi yang besar, adalah dinasihatkan untuk memampatkan sebelum penghantaran, yang berjaya dipraktikkan oleh penyelidik Amerika Dolby. Pengembangan isyarat dijalankan dalam VPC atas permintaan pengguna. Perlu diingat bahawa dalam kebanyakan pemacu CD-ROM yang memainkan CD, pengembang sebenarnya tidak hadir. Fungsinya digantikan dengan penapis laluan rendah, yang tersedia dalam kebanyakan kad bunyi dan dalam pembesar suara aktif (butang "Bass"), yang meningkatkan tahap bass, tetapi tidak boleh menjadi analog lengkap pengembang.

Bahagian digital PCD mempunyai keupayaan untuk membetulkan dan menutup ralat, dan kedua-dua ralat disebabkan oleh kualiti rakaman yang lemah pada CD itu sendiri dan kecacatan pada permukaannya boleh dibetulkan. Walau bagaimanapun, fungsi PKD ini tidak boleh dianggarkan terlalu tinggi, kerana kod yang digunakan di dalamnya untuk pengesahan membetulkan bilangan ralat yang terhad, dan bilangannya semasa operasi PKD (kerosakan mekanikal), malangnya, berkembang. Oleh itu, apabila memainkan CD berkualiti rendah, terutamanya yang telah melalui penggunaan intensif, kualiti bunyi CD berkurangan secara mendadak.

Biar saya berikan fakta ini sebagai contoh. Kod pembetulan tiga bit bagi perkataan empat bit (dengan pembetulan Hamming) membetulkan tidak lebih daripada 1 ralat. Oleh itu, adalah perlu untuk mempunyai rekod sedemikian bahawa ralat berlaku tidak lebih daripada 1 kali setiap 7 bit maklumat. Sudah tentu, kod pembetulan yang lebih berkuasa digunakan dalam VPC, tetapi masih terdapat beberapa had kepada bilangan ralat. Peranan penting juga dimainkan oleh kualiti peralatan di mana CD dirakam; kualiti matriks dari mana CD direplikasi semasa pengeluaran besar-besarannya; serta keadaan operasi CD.

Terdapat pendapat bahawa sekeping muzik yang sama, yang dirakam pada CD pada peralatan yang berbeza, bunyi yang berbeza. Ini adalah benar, kerana VCD cuba membetulkan (menyamarkan) kesilapan yang berlaku semasa memainkan CD yang dirakam menggunakan peralatan yang tidak berkualiti.

Secara skematik, proses kejadian dan penutupan ralat ditunjukkan dalam Rajah.5. Biarkan pada saat t1-t2 dan t3-t4 isyarat dipengaruhi oleh bunyi impuls (Rajah 5a). Peranti pembetulan menjejakinya dan menggantikannya dengan bacaan "tidak terjejas" bersebelahan (Rajah 56), i.e. menginterpolasi isyarat. Walau bagaimanapun, jika anda menggunakan DCT pada isyarat yang diterima dan menganalisis spektrumnya, anda boleh melihat jalur palsu di dalamnya. Jika penapis frekuensi rendah pada output DAC berjaya "berlawan" dengan komponen frekuensi tinggi, maka gangguan frekuensi rendah ditindih pada isyarat yang terhasil, mewujudkan herotan tertentu, terutamanya yang ketara semasa gangguan jangka panjang.

Rajah 5

Terdapat petunjuk dalam literatur bahawa apa yang dipanggil "DAC bit tunggal" mempunyai parameter yang lebih buruk daripada parameter berbilang bit. Khususnya, nilai jitter fasa ("jitter") yang lebih besar diperhatikan dalam DAC bit tunggal.

Rajah 6 menunjukkan gambar rajah berfungsi DAC CS4328 bit tunggal daripada Crystal Sem. Data bersiri (boleh dibentangkan dalam 4 format) dimasukkan ke dalam penukar input (IP), yang menukarnya kepada aliran selari 18-bit dua saluran. Isyarat melalui interpolator digital (DI) disalurkan kepada modulator delta digital (DM), yang membentuk aliran data satu bit dengan 64 kali ganda "oversampling". Selanjutnya, isyarat disalurkan kepada DAC satu bit, penapis laluan rendah tertib keenam, dan melalui penguat penimbal disalurkan ke output litar.

Rajah 6

Oleh kerana litar mikro menggunakan DAC bit tunggal yang lebih mudah dan lebih murah, kos peranti berkurangan dengan sedikit kemerosotan dalam parameternya. Penjana jam (TG) yang memacu DAC dikunci oleh PLL ke jam CLK masuk, yang mengurangkan kegelisahan. Penapis kapasitor yang ditukar membenarkan litar digunakan pada sebarang frekuensi jam (iaitu, tidak perlu mengkonfigurasi semula penapis laluan rendah). Julat dinamik cip mencapai 93 dB.

Tidak dinafikan, pada masa keluaran VRM pertama, peranti kelas ini mempunyai ciri yang setanding dengan atau melebihi peralatan pembiakan bunyi analog mewah. Penyelesaian litar pelbagai pengeluar berbeza dalam pelbagai, yang menyebabkan promosi model berkualiti tinggi dan rendah ke pasaran.

Datang untuk menggantikan CD berbilang profil DVD-ROM (versi bunyi) membolehkan anda menyelesaikan masalah penapisan harmonik parasit dalam spektrum isyarat keluaran dengan kaedah digital, serta dengan meningkatkan kadar pensampelan. Kerana teknologi DVD menggunakan pemampatan Audio MPEG-2, i. perwakilan frekuensi-amplitud isyarat oleh DCT dengan pengurangan redundansi seterusnya, ia menjadi mungkin untuk menapis secara digital secara berkesan menggunakan pemproses isyarat digital.

Kapasiti DVD lapisan tunggal ialah 4,7 GB berbanding CD 680 MB, yang membolehkan sejumlah besar data ditulis ke DVD. Walau bagaimanapun, memandangkan peranti elektronik yang sama (ADC, DAC, dsb.) akan digunakan dalam penyelesaian litar, masalah dengan pengurangan jitter, dsb. juga akan menjadi akut. Firma yang mengeluarkan komponen elektronik akan menyelesaikannya dengan mereka bentuk peranti yang lebih moden dan berkualiti tinggi.

Pada masa yang sama, PKD adalah pengganti yang paling lengkap untuk peralatan pembiakan bunyi analog yang usang.

Kesusasteraan

1. Skulkin I. Mengenai kualiti bunyi pada cakera padat. - Radio amatur, 1998, N1.C.19
2. Zolotukhin I. et al. Perakam pita audio digital. - T. Radio dan komunikasi, 1990.

Pengarang: V. Fedorov, Lipetsk; Penerbitan: N. Bolshakov, rf.atnn.ru

Lihat artikel lain bahagian Audio.

Baca dan tulis berguna komen pada artikel ini.

<< Belakang

Berita terkini sains dan teknologi, elektronik baharu:

Tenaga dari angkasa untuk Starship 08.05.2024

Menghasilkan tenaga suria di angkasa semakin boleh dilaksanakan dengan kemunculan teknologi baharu dan pembangunan program angkasa lepas. Ketua syarikat permulaan Virtus Solis berkongsi visinya menggunakan SpaceX's Starship untuk mencipta loji kuasa orbit yang mampu menggerakkan Bumi. Startup Virtus Solis telah melancarkan projek bercita-cita tinggi untuk mencipta loji kuasa orbit menggunakan Starship SpaceX. Idea ini boleh mengubah dengan ketara bidang pengeluaran tenaga suria, menjadikannya lebih mudah diakses dan lebih murah. Teras rancangan permulaan adalah untuk mengurangkan kos pelancaran satelit ke angkasa menggunakan Starship. Kejayaan teknologi ini dijangka menjadikan pengeluaran tenaga suria di angkasa lebih berdaya saing dengan sumber tenaga tradisional. Virtual Solis merancang untuk membina panel fotovoltaik yang besar di orbit, menggunakan Starship untuk menghantar peralatan yang diperlukan. Walau bagaimanapun, salah satu cabaran utama ...>>

Kaedah baharu untuk mencipta bateri berkuasa 08.05.2024

Dengan perkembangan teknologi dan penggunaan elektronik yang semakin meluas, isu mewujudkan sumber tenaga yang cekap dan selamat menjadi semakin mendesak. Penyelidik di Universiti Queensland telah melancarkan pendekatan baharu untuk mencipta bateri berasaskan zink berkuasa tinggi yang boleh mengubah landskap industri tenaga. Salah satu masalah utama dengan bateri boleh dicas semula berasaskan air tradisional ialah voltan rendahnya, yang mengehadkan penggunaannya dalam peranti moden. Tetapi terima kasih kepada kaedah baru yang dibangunkan oleh saintis, kelemahan ini telah berjaya diatasi. Sebagai sebahagian daripada penyelidikan mereka, saintis beralih kepada sebatian organik khas - katekol. Ia ternyata menjadi komponen penting yang boleh meningkatkan kestabilan bateri dan meningkatkan kecekapannya. Pendekatan ini telah membawa kepada peningkatan ketara dalam voltan bateri zink-ion, menjadikannya lebih berdaya saing. Menurut saintis, bateri sedemikian mempunyai beberapa kelebihan. Mereka mempunyai b ...>>

Kandungan alkohol bir hangat 07.05.2024

Bir, sebagai salah satu minuman beralkohol yang paling biasa, mempunyai rasa uniknya sendiri, yang boleh berubah bergantung pada suhu penggunaan. Satu kajian baru oleh pasukan saintis antarabangsa telah mendapati bahawa suhu bir mempunyai kesan yang ketara terhadap persepsi rasa alkohol. Kajian yang diketuai oleh saintis bahan Lei Jiang, mendapati bahawa pada suhu yang berbeza, molekul etanol dan air membentuk pelbagai jenis kelompok, yang mempengaruhi persepsi rasa alkohol. Pada suhu rendah, lebih banyak gugusan seperti piramid terbentuk, yang mengurangkan kepedasan rasa "etanol" dan menjadikan rasa minuman kurang alkohol. Sebaliknya, apabila suhu meningkat, gugusan menjadi lebih seperti rantai, menghasilkan rasa alkohol yang lebih ketara. Ini menjelaskan mengapa rasa beberapa minuman beralkohol, seperti baijiu, boleh berubah bergantung pada suhu. Data yang diperoleh membuka prospek baharu bagi pengeluar minuman, ...>>

Berita rawak daripada Arkib Kewujudan kuasa kelima tidak disahkan 15.09.2019 Hakikat bahawa alam semesta sentiasa mengembangkan sempadannya telah diketahui oleh saintis sejak sekian lama, tetapi data dari teleskop angkasa Hubble, yang diperoleh pada tahun 1990-an, menunjukkan bahawa pengembangan alam semesta kini berlaku lebih cepat daripada di tempat yang jauh. lalu. Fakta ini membuat banyak bunyi pada masa itu, memaksa saintis untuk menyemak dan membina semula semua model alam semesta. Pengiraan model terkini yang dicadangkan kepada ahli fizik tentang kewujudan beberapa tenaga yang tidak diketahui di angkasa, yang bertanggungjawab tepat untuk mempercepatkan pengembangan Alam Semesta. Tenaga ini dipanggil "tenaga gelap" dan kini, beberapa dekad kemudian, kita hanya mempunyai idea yang samar-samar tentang sifat sebenarnya. Salah satu penjelasan yang mungkin untuk fenomena tenaga gelap ialah andaian bahawa tenaga ini adalah beberapa daya asas kelima yang bertindak ke atas jirim bersama-sama dengan daya graviti, elektromagnetisme, interaksi nuklear yang kuat dan lemah. Dan baru-baru ini, sekumpulan penyelidik di Imperial College London memutuskan untuk menguji teori ini secara menyeluruh menggunakan eksperimen atom tunggal. Tujuan eksperimen ini adalah untuk menyiasat soalan, adakah daya kelima ini lemah dengan peningkatan jumlah jirim yang terlibat dalam pembentukannya? Ini adalah bertentangan dengan daya graviti, yang meningkat dengan jisim jirim. Jika ini berlaku, maka seseorang akan menjangkakan manifestasi kuat kuasa kelima dalam vakum kosmik dan kelemahannya hampir walaupun tidak terlalu besar pengumpulan jirim, seperti planet. Untuk menguji semua ini, saintis menggunakan apa yang dipanggil interferometer atom, yang boleh mengesan dan mengukur sebarang daya tambahan yang bertindak pada satu atom. Percubaan menggunakan ruang di dalamnya yang vakum kedalaman yang sangat tinggi dicipta. Di dalam ruang vakum ini terdapat sfera logam, dan di bahagian atas ruang itu terdapat peranti yang menghantar atom individu ke dalam kejatuhan bebas. Kehadiran mana-mana daya kelima akan menyebabkan perubahan kecil dalam trajektori kejatuhan atom pada masa atom berada di sebelah sfera logam. Walau bagaimanapun, dalam data yang dikumpul semasa eksperimen, tiada apa yang dijumpai mengenai perubahan dalam trajektori kejatuhan atom dan bukti lain tentang kewujudan daya asas kelima. Ini bermakna ahli fizik boleh menghapuskan keseluruhan kelas model tenaga gelap kuasa kelima dan memberi tumpuan kepada model lain yang lebih menjanjikan yang menjelaskan fenomena ini. Salah satu kekuatan eksperimen ini ialah kesederhanaannya. "Agak luar biasa bahawa kita dapat mempelajari sesuatu yang baru tentang struktur alam semesta menggunakan persediaan yang terletak di atas meja di salah satu bilik bawah tanah London, " kata Ed Hinds, profesor di Jabatan Fizik di Imperial College London.

Berita menarik lain:

▪ AS sudah bersedia untuk era 6G

▪ mikroplastik dalam darah manusia

▪ Tablet PC ZenPad C 7.0

▪ cahaya dari asfalt

▪ Polis trafik mengarahkan meludah

Suapan berita sains dan teknologi, elektronik baharu

Bahan-bahan menarik Perpustakaan Teknikal Percuma:

▪ bahagian laman web Juruelektrik. PUE. Pemilihan artikel

▪ artikel Aktiviti komersial. Nota kuliah

▪ artikel Di negeri manakah internet Wi-Fi percuma tersedia di seluruh wilayah? Jawapan terperinci

▪ pasal Molokan liar. Legenda, penanaman, kaedah aplikasi

▪ artikel Penjana Kesan Bunyi. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

▪ artikel DSB transceiver. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

Tinggalkan komen anda pada artikel ini:

Semua bahasa halaman ini

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Laman utama | Perpustakaan | artikel | Peta Laman | Ulasan laman web

www.diagram.com.ua
2000-2024