Digitálny zvuk

Zvuk je pozdĺžne mechanické vlnenie s istou vlnovou dĺžkou a teda odpovedajúcou frekvenciou, s istou farbou a intenzitou (hlasitosťou). Zvuk je spojitá - analógová informácia. Harmonický zvuk (napr. komorné "a") môžeme znázorniť sinusoidou. Počítače však vedia spracovávať len digitálne informácie.

Prevod zvuku z analógovej podoby do digitálnej zabezpečuje A/D - analógovo - digitálny prevodník. Najrozšírenejšia forma kódovania je pulzná kódová modulácia - PCM. Než sa z analógového signálu stane PCM zvuk, musí najprv prejsť vzorkovaním, kvantovaním a kódovaním.

VZORKOVANIE: Vzorkovač zaznamenáva aktuálne hodnoty analógového signálu v pravidelných intervaloch s istou frekvenciou napr. pri frekvencii 10kHz sa zaznamená hodnota signálu 10 000 krát za sekundu. Vyniká signál PAM - pulzná amplitúdová modulácia.

Vzorkovacia frekvencia (Sampling rate)

Aby sa dal vzorkovaný signál PAM pri reprodukcii plne zrekonštruovať, musí byť splnené tzv. "Nyquistovo kritérium" : frekvencia, ktorou sa vzorkovanie prevázda, musí byť aspoň 2-krát vyššia ako frekvencia pôvodného signálu. Ak je počuteľný zvuk od 16 - 20 000Hz, tak vzorkovacia frekvencia musí byť aspoň 40kHz. V praxi sa vzorkuje s 10% navýšením, preto sa používa vzorkovacia frekvencia 44,1kHz.

KVANTOVANIE: Kvantovaním sa namerané hodnoty "zaokrúhľujú" na najbližšiu úroveň amplitúdy každej vzoky , preto má digitálny signál na rozdiel od analógvého schodovitý priebeh.

KÓDOVANIE: Pri kódovaní zvuku hudobného CD sa používa 16 bitové kódovanie - t.z že každú vzorku zakódujeme 16 - ticou jednotiek a núl - všetkých možných napäťových úrovní signálu teda môže byť 2¹⁶=65536 (hovor v telefóne je kódovaný 8 bitmi - rozlišuje 256 napäťovýh úrovní). V prípade stereofónneho signálu sa používajú 2 kanály a výstupom sú 2 prúdy digitálnych hodnôt. Pre porovnanie uvádzame nasledujúcu tabuľku:

Kvalita digitálneho záznamu	vzorkovacia frekvencia	rozlišenie, kanály
Telefóna kvalita	11 025Hz	8 bit - mono
Rozhlasová kvalita	22 050Hz	8 bit - mono
CD kvalita	44 100Hz	16 bit - stereo
DVD kvalita	192 000Hz	24 bit - 5.1 surround sound

PRÍKLAD: Ak chceme zakódovať 1 minútu stereo nahrávky s použitím vzorkovacej frekvencie CD kvality, tak takýto PCM zvuk bude zaberať 60x2x44100x16 bitov čo je asi 10MB pamäte.

Čím je vyššia vzorkovacia frekvencia, tým kvalitnejší zvuk získame. Doteraz najkvalitnejší zvuk v CD kvalite so vzorkovacou frekvenciou 44,1kHz, 16bit stereo je prekonaný formátom DVD-Audio, kde vzorkovaia frekvencia je až 192kHz s 24 bitovým rozlíšením.

ÚLOHA: Vypočítajte dĺžku zvukovej nahrávky (5+1 kanálový zvuk), ktorá na DVD zaberá 64MB a je nahraná v DVD kvalite.