Цифровой сигнал или звук получается путем дискретизации (семплирования) аналогового сигнала. Остановимся подробнее на этом процессе, его понимание позволит избежать некоторых ошибок.
Какова минимально-допустимая частота дискретизации сигнала, ограниченного частотой 20 кГц? Ответ на троечку — 40кГц. На самом деле больше 40 и сейчас разберемся почему.
По «теореме отсчетов» (Котельникова) для однозначного восстановления аналогового сигнала после дискретизации, необходимо брать отсчеты с частотой в два раза больше, чем полоса сигнала. При этом сигнал должен быть непрерывным (а точнее, удовлетворять условиям Дирихле) и быть периодичным. В приведенном примере полоса сигнала 20кГц и очевидный ответ — минимально требуемая частота дискретизации 40кГц.
Дискретизация происходит в Аналого-Цифровом Преобразователе (АЦП), а сам процесс преобразования состоит из нескольких этапов. Аналоговый сигнал фильтруется аналоговым фильтром, который срезает частоты выше половины частоты дискретизации. Таким образом, предотвращается наложение частот (aliasing). Если в сигнале есть шум или даже полезный сигнал, с частотой выше половины частоты дискретизации то в цифровом сигнале он зеркально отобразится в нижние частоты и безвозвратно с ними смешается.
Фильтр, который недопускает наложения частот, называется anti-aliasing фильтр или АА-фильтр. Сразу отметим, что идеальных фильтров не бывает, и каждый физически реализуемый фильтр имеет переходную полосу, в которой сигнал ослабляется тем сильнее, чем дальше от частоты срезы. Поэтому для того, чтобы предотвратить отзеркаливание (наложения) верхних частот необходимо выбирать такой фильтр, чтобы на половине частоты дискретизации ослабление было максимально сильным (например -120дБ). При этом сигнал начнет ослабляться на меньших частотах из-за наличия переходной полосы. Чтобы не искажать полезный сигнал нужно увеличить частоту дискретизации так, чтобы ослабление сигнала начиналось там, где заканчивается спектр полезного сигнала. На графике изображена типичная АЧХ качественного звукового АА-фильтра.
В следующих выпусках, не пропустите!
Зачем на микшерных пультах есть кнопка включения ВЧ фильтра на микрофонных входах? Например, при записи вокала сигнал и так ограничен по частоте, зачем лишняя фильтрация!
Наверное, самый тяжелый вопрос, зачем использовать частоты дискретизации 96 и 192кГц? Ведь человеческое ухо не слышит частот свыше 20кГц в лучшем случае, а среднестатистический гражданин слышит и того меньше. При этом все профессионалы не жалея средств работают с материалом как можно большей частоты. В каких случаях это оправдано, а в каких пустая трата усилий.
No comments:
Post a Comment