3ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ψηφιακές Συσκευές Επεξεργασίας Ήχου.

3ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ψηφιακές Συσκευές Επεξεργασίας Ήχου

Ψηφιακό Σήμα Αναλογικό σήμα, είναι το σήμα που μπορεί να πάρει σε συνεχή ακολουθία όλες τις δυνατές τιμές μεταξύ δύο ορίων σε συνάρτηση με το χρόνο.

Ψηφιακό Σήμα Η παρακάτω γραφική παράσταση αποτελεί ψηφιακή απεικόνιση της μεταβολής της θερμοκρασίας σε συνάρτηση με το χρόνο;

Ψηφιακό Σήμα Το αναλογικό μέγεθος, όπως ο ήχος μετατρέπεται σε ηλεκτρικό ρεύμα. Στη συνέχεια ενισχύεται και μετά αναπαράγεται με μεγαλύτερη ένταση.

Ψηφιακό Σήμα Ψηφιακό σήμα, είναι το σήμα που μπορεί να πάρει συγκεκριμένο αριθμό διακριτών τιμών. Π.χ.: αναπαράσταση ψηφιακού σήματος

Μετατροπή αναλογικού σήματος σε ψηφιακό
Επειδή όλα τα σήματα στη φύση είναι αναλογικά και για να επεξεργαστούν από ψηφιακό σύστημα θα πρέπει να ακολουθήσουμε τα παρακάτω στάδια: Φιλτράρισμα Δειγματοληψία Κβαντοποίηση Κωδικοποίηση

Φιλτράρισμα: πραγματοποιείται από βαθυπερατό φίλτρο για την απομόνωση του αναλογικού σήματος, ώστε να μη συμπεριληφθούν και οι αρμονικές του. Δειγματοληψία: Συχνότητα δειγματοληψίας fδ > 2fmax (κριτήριο Nyquist ή το θεώρημα Shannon)

Φάσμα αναλογικού σήματος και δειγματοληψίας

Αν η συχνότητα δειγματοληψίας fδ < 2fmax τότε στο σήμα δειγματοληψίας εμφανίζονται επικαλύψεις. Συνεπώς κατά την ανασύνθεση του σήματος δημιουργούνται ψεύτικες συνιστώσες του σήματος (είδωλα). Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται αναδίπλωση συχνοτήτων.

Η σωστή επιλογή της συχνότητας δειγματοληψίας είναι πολύ σημαντική. Έτσι για τις ακουστικές συχνότητες έως τα 20kHz, χρειαζόμαστε συχνότητα δειγματοληψίας τουλάχιστον 40 kHz. Αυτό, όμως θα απαιτούσε φίλτρο πολύ απότομης ζώνης μετάβασης, το οποίο ωστόσο ανεβάζει το κόστος. Έτσι επιλέγουμε ως συχνότητα δειγματοληψίας τα 44.1kHz. Άλλες συχνότητες δειγματοληψίας: 32kHz για εκπομπές ραδιοφώνου που έχει εύρος συχνοτήτων έως 15kHz και 48kHz για ψηφιακά συστήματα ήχου για χρήση σε στούντιο.

Κυκλώματα δειγματοληψίας-κράτησης

Κβαντοποίηση (Κβάντιση) είναι η διαδικασία με την οποία χωρίζουμε το πλάτος του αναλογικού σήματος σε στάθμες. Ο αριθμός των σταθμών προσδιορίζεται από τον αριθμό των bit με τον οποίο θέλουμε να παραστήσουμε κάθε ένα δείγμα από το πλάτος του αναλογικού σήματος. Αν θέλουμε να αναπαραστήσουμε κάθε δείγμα με 4 bit τότε θα χρειαστούμε 16 στάθμες. Επίσης η επιλογή του αριθμού των ψηφίων ανά δείγμα καθορίζει το μέγιστο λόγο σήμα προς θόρυβο.

Κβαντοποίηση αναλογικού σήματος.

Σχέση κβαντοποίησης και S/N Η επιλογή του αριθμού των ψηφίων ανά δείγμα καθορίζει το μέγιστο λόγο σήμα προς θόρυβο. Ο αριθμός των ψηφίων επιλέγεται κατά το σχεδιασμό του μετατροπέα και δεν μπορεί να αλλάξει κατά τη λειτουργία του συστήματος ήχου. Δηλαδή με την κβαντοποίηση πετυχαίνουμε την μετατροπή του αναλογικού σήματος από συνεχή μορφή σε διακριτή.

Κωδικοποίηση: Είναι η διαδικασία όπου το αναλογικό σήμα έχει μετατραπεί σε ψηφία. Κώδικες αναπαράστασης των δειγμάτων: Μονοπολικός – μέτρο της στάθμης του δείγματος Διπολικός – εφαρμογές ψηφιακού ήχου

Συμπίεση Δεδομένων Ψηφιακού Ήχου
Κατά την μετατροπή αναλογικού σε ψηφιακό παράγεται μια σημαντική ποσότητα δεδομένων. Αυτή εξαρτάται: από τη χρονική του διάρκεια και από την ποιότητα του, η οποία καθορίζεται από τη συχνότητα δειγματοληψίας (fδ) και τον αριθμό ψηφίων ανά δείγμα ( Bits/ sample ).

Ποσότητα δεδομένων ψηφιακού ήχου : ΠΔΨΗ = ( fδ x B x N x T) / 1000 (kbits/sec) fδ : συχνότητα δειγματοληψίας Β : αριθμός ψηφίων ανά δείγμα (bit / sample) N : αριθμός καναλιών Τ : χρόνος (sec)

Πίνακας ρυθμού δεδεομένων ανα ποιότητα ψηφιακού ήχου. Ποιότητα ήχου Συχνότητα δειγματοληψιας (Hz) Αριθμός ψηφίων ανά δείγμα Αριθμός καναλιών Ρυθμός δεδομένων kbits / s Οπτικός δίσκος (CD) 44100 16 2 (stereo) 1.411 Ραδιόφωνο 22050 8 1 (mono) 176 Τηλέφωνο 11025 88

Ένα τραγούδι περίπου τριών (3) λεπτών πόση χωρητικότητα πιάνει; Για ποιότητα οπτικού δίσκου: ( x 16 x 2 x 180 ) / (8 x 1024) = 30,28 Mbytes Αν αναλογιστούμε και ότι χρησιμοποιούμε περισσότερα κανάλια ( ) τότε αντιλαμβανόμαστε ότι το κόστος αποθήκευσης μεγαλώνει αρκετά. Αυτό δημιούργησε την ανάγκη συμπίεσης των δεδομένων.

Δημιουργήθηκε ανάγκη χρήσης αλγορίθμων συμπίεσης δεδομένων. Αυτοί στηρίχθηκαν στις αρχές της ψυχο-ακουστικής: Κατώφλι ακουστότητας Φαινόμενο ακουστικής σκίασης

Απόλυτο κατώφλι ακουστότητας

Ακουστική σκίαση ( masking effect )

Αλγόριθμοι συμπίεσης Απωλεστικός, είναι τέτοια η μείωση των δεδομένων του ψηφιακού ήχου, που ένα μέρος του χάνεται, με αποτέλεσμα η αδύνατη ανασύσταση του ήχου στην αρχική του μορφή. (7:1 & 11:1) Μη απωλεστικός, είναι τέτοια η μείωση των δεδομένων του ψηφιακού ήχου, που δεν προκαλούν απώλεια πληροφοριών. (2:1) Αυτοί συνήθως σπάνια χρησιμοποιούνται μόνοι τους, αλλά είναι συμπλήρωμα των απωλεστικών.

Αλγόριθμοι συμπίεσης MPEG (Moving Picture Experts Group) Bolby digital (AC – 3)

MPEG (Moving Picture Experts Group) – 1 & 2 MPEG-1 layer 1, χρησιμοποιήθηκε στο σύστημα συμπίεσης PASC του ψηφιακού συστήματος ήχου DCC. Προσφέρει συμπίεση 4:1 και ρυθμό δεδομένων 384 kbps. MPEG-1 layer 2, χρησιμοποιήθηκε στις ψηφιακές ραδιοφω-νικές εκπομπές, στη ψηφιακή τηλεόραση και στο DVD. Προσφέρει συμπίεση από 6:1 έως 8:1 και ρυθμό δεδομένων από 256 kbps έως 192 kbps.

MPEG-1 layer 3, προσφέρει πολύ καλή ποιότητα ήχου με μεγαλύτερη συμπίεση από τους προηγούμενους και χρησιμοποιείται ευρέως στο διαδίκτυο για τη μεταφορά ψηφιακών τραγουδιών και μουσικής με επέκταση mp3. Προσφέρει συμπίεση 10:1 και ρυθμό δεδομένων 128 kbps. Στους αλγόριθμους mp1 και mp2 ο ήχος χωρίζεται σε 32 ζώνες συχνοτήτων, ενώ ο mp3 χωρίζεται σε 576 ζώνες συχνοτήτων.

AC-3, είναι ψηφιακός κώδικας συμπίεσης υψηλής ποιότητας και πολλαπλών καναλιών. Μπορεί να επεξεργάζεται τα πολλαπλά κανάλια ως ένα με χαμηλούς ρυθμούς 320 kbps. Η υψηλή του ποιότητα, η αρκετά καλή συμβατότητά του με τους αποκωδικοποιητές Pro Logic, η ικανότητά του να εξυπηρετεί μεγάλη βάση κωδικοποιητών (mono & stereo) και πολλαπλών καναλιών με μονή ροή bits, έκανε τους κώδικες αυτούς δημοφιλής.

Χρήση τους: VCR Optical Disc HDTV Multimedia Cable TV

Αρχή Ψηφιακής Εγγραφής
Το αναλογικό σήμα ήχου μετατρέπεται σε ψηφιακό. Συχνότητα δειγματοληψίας kHz, άρα δείγματα το δευτερόλεπτο. Οι αριθμοί που αντιπροσωπεύουν την κωδικοποιημένη στάθμη του σήματος ήχου, μετατρέπονται σε ψηφιακό σήμα ήχου, όπου και εγγράφεται στο μέσο αποθήκευσης του συστήματος. Όταν το μέσο αποθήκευσης είναι μαγνητικό, τότε το ψηφιακό ηλεκτρικό σήμα μετατρέπεται σε μαγνητικό πεδίο, που μαγνητίζει με τη σειρά του τη μαγνητική επίστρωση της ταινίας.

Αρχή Ψηφιακής Εγγραφής
Παραδείγματα ψηφιακών μαγνητικών εγγραφών

Συσκευές Επεξεργασίας Ψηφιακού Ήχου
Δημοφιλέστερες συσκευές ψηφιακού ήχου: CD (Compact Disc) DAT (Digital Audio Tape) ADAT (Alesis Digital Audio Tape) DCC (Digital Control Command) MD (Mini Disc)

Βασικά μέρη τους: Μετατροπέας αναλογικού σήματος σε ψηφιακό Συχνότητες δειγματοληψίας: 32, 44.1 & 48 kHz Παραγόμενες συχνότητες: 16, 22 & 24 kHz 16 digits – 0 έως samples – 96 dB max dynamic range Τμήμα επεξεργασίας ψηφιακού ήχου (& συμπίεση) Τμήμα αποθήκευσης ψηφιακών δεδομένων (cd, md, HD, ..) Μετατροπέας ψηφιακού σήματος σε αναλογικό Είσοδοι-Έξοδοι

Οι αναλογικές είσοδοι & έξοδοι χαρακτηρίζονται από: Τη στάθμη του σήματος: -10dBv ή +4dBm Το dBv: εκφράζει το λόγο της στάθμης του σήματος προς την τάση αναφοράς 1V Το dBm: εκφράζει το λόγο της στάθμης του σήματος προς την τάση αναφοράς 0,775V Τη σύνθετη αντίσταση: χαμηλή ή υψηλή (εξαρτάται από την σύνθετη αντίσταση της συσκευής που συνδέουμε) Το τύπο του υποδοχέα (συνδετήρα): RCA ή XLR

RCA: Χρησιμοποιείται για συνδέσεις με μη ισορροπη-μένες γραμμές.

XLR: Χρησιμοποιείται για συνδέσεις με ισορροπημένες γραμμές. Το σήμα μεταφέρεται με διαφορά φάσης από τους δύο αγωγούς. Έτσι περιορίζουμε την ποσότητα θορύβου, που εισάγεται στο σύστημα και οφείλεται στις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές.

XLR:

TOSLINK: Χρησιμοποιείται στην οπτική μεταφορά δεδομένων, μέσω οπτικών ινών με βύσμα Toslink

Πρωτόκολλα διασύνδεσης: Τυποποίηση διασύνδεσης S/PDIF Χρησιμοποιείται για ανταλλαγή ψηφιακών δεδομένων σε καταναλωτικές συσκευές ήχου. Αυτή πολυπλέκει τα δύο κανάλια ήχου και τα μεταδίδει σε μια γραμμή. Διαθέτει σύστημα SCMS, που απαγορεύει την παράνομη αντιγραφή τραγουδιών και μουσικής. Τα δεδομένα μεταφέρονται ηλεκτρικά μέσω μη ισορροπημένων γραμμών με RCA ή Toslink.

Τυποποίηση διασύνδεσης AES/EBU Χρησιμοποιείται για την ανταλλαγή ψηφιακού ήχου μεταξύ ψηφιακών συσκευών, και κυρίως για επαγγελματική χρήση. Τα δεδομένα ψηφιακού ήχου μεταφέρονται μέσω ισορροπημένων γραμμών με XLR. Ποια είναι τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των συστημάτων επεξεργασίας ψηφιακού ήχου σε σχέση με τα αντίστοιχα αναλογικά;

Πλεονεκτήματα: Μικρότερη παραμόρφωση σήματος Λιγότερος θόρυβος Μεγαλύτερη δυναμική περιοχή Μεγαλύτερη δυνατότητα χειρισμού και επεξεργασίας ψηφιακού ήχου. Παραγωγή ειδικών εφέ, χωρίς την υποβάθμιση της ποιότητας Μεγαλύτερη ακρίβεια στο μοντάζ Παραγωγή αντιγράφων πολλών γενεών, χωρίς αλλοίωση του σήματος ήχου.

Μειονεκτήματα: Απαιτούν μεγάλο εύρος ζώνης Διαθέτουν πολύπλοκα κυκλώματα Ο ήχος είναι πιο ψυχρός έναντι των αναλογικών συστημάτων παραγωγής ήχου, που όμως βελτιώνεται με την αύξηση των σταθμών κβάντισης. Με 16 ψηφία οι στάθμες κβάντισης γίνονται 256 και το πρόβλημα αυτό ελαχιστοποιείται.

Συσκευή ανάγνωσης και εγγραφής οπτικού δίσκου (CD) Το σύστημα ανάγνωσης και εγγραφής αποτελείται: το laser ημιαγωγού (διόδου), το δέκτη φωτός (photo detector), το σύστημα φακών και πρισμάτων Οι μονάδες αυτές είναι είτε αυτόνομες είτε περιφερειακές μονάδες των Η/Υ. Στο εμπόριο διατίθενται ως (CD – players) για την αναπαραγωγή CD – R, CD – WR.

Συσκευές ανάγνωσης και αναπαραγωγής ήχου

Ποιες οι κυριότερες κατηγορίες οπτικών δίσκων; Οπτικός δίσκος CD – ROM Εγγράψιμο CD (CD – Recordable) Επανεγγράψιμο CD (CD – RW)

Οπτικός Δίσκος (CD - ROM) Αρχή αποτύπωσης: Τα ψηφιακά δεδομένα αποτυπώνονται με μορφή πολύ μικρών κοιλοτήτων και νησίδων σε διαφανές πλαστικό μέσο με μηχανική πίεση αρνητικού καλουπιού. Το διαφανές πλαστικό επιστρώνεται με λεπτό στρώμα αλουμινίου το οποίο καλύπτεται από πλαστικό στρώμα.

Οπτικός Δίσκος (CD - ROM) Ανάγνωση: Η ανάγνωση γίνεται με δέσμη ακτινοβολίας. Αν πέσει το φώς σε κοιλότητα, χάνει μέρος της ισχύος του και αντιστοιχεί σε δυαδικό ψηφίο 1. Αν πέσει το φώς σε νησίδα, έχουμε πλήρη ανάκλαση και αντιστοιχεί σε δυαδικό ψηφίο 0.

Οπτικός Δίσκος (CD - ROM) Αποτελείται από τομείς. Κάθε τομέας περιέχει 2352 bytes. Ο τομέας είναι η μικρότερη μονάδα αποθήκευσης του δίσκου, στην οποία μπορούμε να έχουμε τυχαία πρόσβαση.

Οπτικός Δίσκος (CD - ROM) Είδη οπτικού δίσκου ανάλογα με το είδος των δεδομένων: Ήχου (CD-Audio), ο ήχος αποθηκεύεται με συχνότητα δειγματοληψίας 44.1 kHz και αριθμό ψηφίων ανά δείγμα 16 bits. Η συνολική διάρκεια του δίσκου είναι 74 min. Δεδομένων (CD – Data), από τα 2352 bytes αφιερώνονται 288 bytes στον κώδικα διόρθωσης λαθών και 16 bytes για να καθορίζεται η αρχή του κάθε τομέα, καθώς και η αρίθμησή του. Τα υπόλοιπα 2048 bytes χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση των πληροφοριών.

Εγγράψιμο CD (CD – Recordable) Οι δίσκοι αυτοί αποτελούνται από πλαστικό υπόστρωμα, που επιχρυσώνεται και καλύπτεται με στρώμα οργανικής βαφής. Η βαφή αλλάζει την υφή της τοπικά ανάλογα με την ισχύ της φωτεινής δέσμης που πέφτει πάνω της. Η αλλαγή αυτή είναι μόνιμη, γι’ αυτό και οι δίσκοι αυτοί δεν μπορούν να ξαναεγγραφούν.

Επανεγγράψιμο CD (CD – RW) Οι δίσκοι αυτοί αποτελούνται από κρυστάλλινο στρώμα, που όταν δεχθεί τη φωτεινή δέσμη μετατρέπεται σε άμορφη κατάσταση με χαμηλή ανακλαστικότητα και λειτουργεί όπως οι κοιλότητες των οπτικών δίσκων. Αυτό μας δίνει τη δυνατότητα της επανάληψης του φαινομένου τουλάχιστον 1000 φορές.

Χαρακτηριστικά των οπτικών δίσκων Η ταχύτητα περιστροφής των οπτικών δίσκων 1Χ : 200 στροφές/min στην εξωτερική ακτίνα και 530 στροφές/min στην εσωτερική ακτίνα. Σήμερα 50Χ και Ο χρόνος προσπέλασης. 1Χ : χρόνος ανάκτησης δεδομένων 1 sec Σήμερα 100 ms

Δυνατότητες των οπτικών δίσκων Είσοδος σήματος χρονισμού, Σύστημα διαχείρισης αντιγράφων SCMS, για την προστασία των πνευματικών δικαιωμάτων, Καθυστέρηση εισόδου, Προοδευτική αύξηση και μείωση αντίστοιχα κατά την έναρξη και τη λήξη ενός κομματιού, Παύση εγγραφής 2¨ στην αρχή και στο τέλος ενός κομματιού.

Συσκευή εγγραφής ψηφιακού ήχου σε ταινία (DAT) Είναι ηλεκτρονική συσκευή που εγγράφει ψηφιακό ήχο σε ταινία χωρίς συμπίεση και μάλιστα σε υψηλή ποιότητα. Διαθέτει επίσης: Γρήγορη έρευνα τίτλων, Κώδικα χρόνου, απαραίτητου σε μοντάζ, Σύστημα διαχείρισης αντιγράφου SCMS, Ένδειξη απόλυτου χρόνου, υπόλοιπου χρόνου ταινίας, τρέχουσας επιλογής τίτλου και επιλεγμένης συχνότητας δειγματοληψίας.

Ελικοειδής σάρωση Χρησιμοποιούνται περιστρεφόμενες κεφαλές, που σαρώνουν ελικοειδώς την ταινία, δηλαδή εγγράφουν διαγώνια. Οι κεφαλές είναι αντιδιαμετρικά τοποθετημένες στο τύμπανο κεφαλής διαμέτρου 30 mm, που περιστρέφεται με 2000 στροφές/min. Ο τρόπος αυτός εγγραφής είναι παρόμοιος με τον ελικοειδή τρόπο εγγραφής, με αποτέλεσμα να προσφέρει εγγραφή υψηλής πυκνότητας. Η γωνία τύλιξης της ταινίας είναι μικρή 900 με αποτέλεσμα να μη φθείρεται η ταινία.

Ελικοειδής σάρωση

Τα διαγώνια ίχνη εγγράφονται χωρίς κενό, για να αυξηθεί η πυκνότητα εγγραφής. Οι εγγραφές γίνονται με γωνία σε σχέση με το ίχνος, που ονομάζεται αζιμούθιο. Η κάθε κεφαλή εγγράφει με διαφορετική γωνία αζιμουθίου. (200 ) Στην ταινία εκτός από τον ψηφιακό ήχο σε διαμόρφωση PCM, εγγράφονται και άλλες πληροφορίες όπως: αριθμός τραγουδιού, εντολή παράληψης τραγουδιού, απόλυτος χρόνος, κώδικα χρόνου, …

Συσκευές DAT: Χρησιμοποιούν μαγνητική ταινία 3,81 mm. Έχουν επίστρωση οξειδίου. Έχουν διάρκεια: 45 min, 60 min, 90 min, 120 min & 180 min. Χρησιμοποιούν συχνότητες δειγματοληψίας: 48kHz (επαγγελματικά στούντιο), 44,1kHz (αναπαραγωγή κασετών), 32kHz (επίγειες και δορυφορικές ραδιοφωνικές εκπομπές)

Πληροφορίες στην ταινία DAT:

Κβαντοποίηση: Γραμμική κβαντοποίηση: 16 ψηφία και στις τρεις συχνότητες δειγματοληψίας. Μη γραμμική κβαντοποίηση: 12 ψηφία Χρησιμοποείται συχνότητα δειγματοληψίας 96 kHz και 16 ψηφία κβάντισης, με αποτέλεσμα τη μείωση εγγραφής στο μισό.

Τρόποι λειτουργίας συσκευών DAT: Κανονικός Προαιρετικός, συμβατός με δορυφορικές ψηφιακές ραδιοφωνικές εκπομπές Προαιρετικός μακράς διάρκειας Προαιρετικός, τεσσάρων καναλιών Προεγγεγραμμένων κασετών κανονιού ίχνους Προεγγεγραμμένων κασετών μεγάλου ίχνους

Σύστημα ψηφιακού ήχου ΑDAT: Είναι συσκευή, που εγγράφει και αναπαράγει ψηφιακό σήμα, χρησιμοποιώντας ως μέσο μετάδοσης μαγνητική ταινία. Εγγράφει οκτώ κανάλια ψηφιακού ήχου σε μαγνητική ταινία τύπου S-VHS. Το βασικό του πλεονέκτημα είναι η δυνατότητα του να λειτουργεί τα κανάλια ως ένα σύστημα, δηλαδή μπορεί να γίνει ταυτόχρονη εγγραφή σε όλα τα κανάλια.

Τα σύστημα ψηφιακού ήχου ΑDAT διαθέτουν επίσης: Γρήγορη προώθηση της ταινίας, Γρήγορο τύλιγμα της ταινίας, Ευκολόχρηστο πίνακα χειρισμού, Λειτουργία παρακολούθησης εγγραφής, Εύκολη επιλογή θέσης ταινίας, Αυτόματη εύρεση θέσης ταινίας.

Βασικά τεχνικά χαρακτηριστικά ΑDAT :

3ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ψηφιακές Συσκευές Επεξεργασίας Ήχου.

Παρόμοιες παρουσιάσεις

Παρουσίαση με θέμα: "3ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ψηφιακές Συσκευές Επεξεργασίας Ήχου."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

Παρόμοιες παρουσιάσεις

Σχετικά με το έργο

Σχόλια

Είσοδος

Σύνδεση μέσω των κοινωνικών δικτύων:

3ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ψηφιακές Συσκευές Επεξεργασίας Ήχου.

Παρόμοιες παρουσιάσεις

Παρουσίαση με θέμα: "3ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ψηφιακές Συσκευές Επεξεργασίας Ήχου."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

Παρόμοιες παρουσιάσεις

Σχετικά με το έργο

Σχόλια