Немного об аналоговом сигнале

1k

Весь двадцатый век прошел "под знаменем" аналоговых звукозаписывающих и звуковоспроизводящих систем. Принцип перевода воздушной звуковой волны в магнитную запись заключается в следующем: звуковая волна воздействует на мембрану микрофона с определенной частотой и силой, вызывая колебания мембраны. Основной путь перевода звука в электричество состоит в создании изменяющегося напряжения, которое в точности соответствует звуковой волне: когда воздух сжимается напряжение положительное, когда разрежается отрицательное. Количество напряжения в любой момент времени отражает силу волны. Электрический сигнал, идущий от мембраны микрофона, повторяет частоту и амплитуду звуковой волны, являясь ее аналогом. Другими словами, электрическое напряжение в точности аналогично звуку. Этот сигнал записывается на магнитный носитель (всем известную магнитную пленку). Воспроизведение звука с магнитной пленки происходит в обратном порядке – электрический сигнал с пленки поступает на звуковоспроизводящую поверхность, вызывая механические колебания, которые в свою очередь создают звуковую волну в воздушном пространстве. В результате чего, мы слышим то, что записано на пленке. Так работает аналоговый звук. Разумеется, это описание весьма упрощенное и дано лишь для того, чтобы иметь возможность представить принцип действия записи и воспроизведения звука на магнитных носителях.

Прослужив человечеству верой и правдой много десятилетий, в наши дни аналоговый звук стремительно уходит в прошлое. На смену ему приходит звук цифровой. Его главное преимущество в том, что звуковой сигнал, записанный с помощью цифр практически вечен. Количество воспроизведений записи с магнитной пленки без потери качества звука ограничено. Рано или поздно запись стирается. Со временем она может быть утрачена вовсе. А на цифровую запись ни количество воспроизведений, ни длительность хранения не влияют. Что же такое "цифра" и почему звук, записанный или воспроизводимый с помощью компьютера, называется цифровым? Потому что цифры – это язык, который "понимает" компьютер. И каждая звуковая запись – это набор чисел и их комбинаций, внесенных в память звуковой карты компьютера. Как же происходит запись цифрового сигнала? Ведь на входе и выходе мы имеем все ту же механическую звуковую волну. Все одновременно и просто и сложно.

Преобразование аналогового сигнала в цифровой состоит из нескольких этапов. На первом из них аналого-цифровые преобразователи переводят сигнал в дискретный, то есть превращают его в ряд чисел. Попросту говоря, устройство записывает числовые значения результатов измерения звуковой волны за определенный отрезок времени (одну секунду). Чем больше будет количество измерений, тем точнее цифровой звук будет соответствовать живому или аналоговому звуку. На последующих этапах записи регулируется амплитуда звука, и устраняются фоновые шумы. С помощью различных приборов и микросхем регулируется уровень сигнала, и устраняются искажения. Всю эту работу компьютер проделывает без участия пользователя, с помощью встроенных программ, которые подключают к работе драйверы звуковой карты. Разумеется, абсолютной чистоты звучания добиться не удастся, как и полностью устранить т.н. "шумы". Возможности "цифры" огромны, но не безграничны. И, тем не менее, цифровая запись в несколько раз эффективнее, чем аналоговая фиксирует и воспроизводит звук. А возможности цифровой карты компьютера позволяют не только записывать и воспроизводить звуки, но и моделировать их. Единственное неудобство при этом – это то, что такая работа займет много места в памяти компьютера.

Пусть вы работаете с цифровыми камерами и компьютерами, но сердцем всего процесса все равно является аналоговый звук. Микрофоны и колонки являются аналоговыми устройствами даже если подключаются к цифровым разъемам, и большинство студий звуковой обработки напичканы аналоговыми проводами.

Но аналоговые сигналы сильно подвержены влиянию извне. Множество различных источников могут изменять напряжение, добавлять искажения и шум. Если вы не понимаете, что происходит с аналоговым аудиосигналом, вас могут подстерегать неприятности в самых неожиданных местах.