Digitale Audio

December 2016

Wat is geluid?

Geluid ontstaat door trillingen in de lucht; een reeks van stijgingen en dalingen in de luchtdruk, afwijkend van het gemiddelde wat wordt vertegenwoordigd door de atmosferische druk. Om dit te bewijzen, zou je een luid voorwerp (zoals een wekker) in een vacuum ruimte kunnen plaatsen en merken dat het in eerste instantie luidruchtige object niet langer een geluid maakt als het niet meer omringd wordt door lucht.

De meest simpele manier om een geluid te creëren, is door een voorwerp te laten trillen. Zo maakt een viool geluid, zodra de stok de snaren laat trillen en een piano wanneer een toets wordt aangeslagen, omdat een hamer een snaar aanslaat en deze laat trillen.

Luidsprekers worden vaak gebruikt om deze geluiden te reproduceren. Ze zijn een membraan verbonden met een elektromagneet; wanneer elektrische stroom zeer snel voor en achter de magneet langs beweegt, veroorzaakt dit trillingen in de lucht ervoor en die trillingen produceren geluid!



Dit is hoe geluidsgolven worden geproduceerd; ze kunnen worden weergegeven in een grafiek als veranderingen in luchtdruk (of in de hoogte van de voltage van de magneet) als functie van de tijd. Dit kan als volgt worden afgebeeld:



Dit soort grafische afbeeldingen van geluid noemen we amplitudemodulatie (modulatie van de amplitude van een geluid na verloop van tijd). Een sonogram, daarentegen, toont frequenties als een functie van de tijd. Houd rekening met het feit dat een sonogram de grondfrequentie laat zien, waar bovenop hogere frequenties, harmonischen genaamd, gesuperponeerd worden.



Hierdoor kunnen wij onderscheid maken tussen verschillende geluidsbronnen: lage noten hebben lage frequenties, terwijl hoge noten hogere frequenties hebben.


Bemonstering

Om geluid op een computer te kunnen laten afspelen, moet deze eerst worden omgezet in een digitaal formaat, aangezien het de enige soort is waar computers mee kunnen werken. Een computerprogramma wisselt kleine geluidsmonsters af (waarvan de hoeveelheid verschilt in druk) op specifieke tijdsintervallen. Dit wordt bemonstering genoemd of het digitaliseren van geluid. De hoeveelheid tijd tussen 2 geluidsmonsters noemen we de bemonsteringsfrequentie. Aangezien het reproduceren van audio constant geluid doorgeeft aan het oor en ten minste iedere paar 100,000ths van een seconde monsters nodig heeft, is het praktischer om uit te gaan van het aantal monsters per seconde, weergegeven in Hertz (Hz). Hier zijn een aantal voorbeelden van veelvoorkomende bemonsteringsfrequenties en met welke geluidskwaliteit zij overeenkomen:


BemonsteringsfrequentieGeluidskwaliteit
44,100 HzCD-kwaliteit
22,000 HzRadio-kwaliteit
8,000 HzTelefoon-kwaliteit


De bemonsteringsfrequentie van een audio CD is bijvoorbeeld niet willekeuring. Sterker nog, het komt voort uit de theorema van Shannon. De bemonsteringsfrequentie moet hoog genoeg zijn om het origineel zonder fouten te kunnen reproduceren. Het theorema van Nyquist-Shannon bepaalt dat de bemonsteringsfrequentie gelijk moet zijn aan, of minstens tweemaal groter moet zijn dan de hoogste frequentie in het signaal. Onze oren kunnen geluiden horen tot ongeveer 20,000 Hz. Daarom moet de bemonsteringsfrequentie voor een bevredigend geluidskwaliteitsniveau ten minste 40,000 Hz zijn. Er zijn verschillende gestandaardiseerde bemonsteringsfrequenties in gebruik:


32 kHz: voor digitale FM radio (bandgelimiteerd tot 15 kHz)

44.1 kHz: voor professionele audio en cd's

48 kHz: voor professionele digitale meersporenopname, en opnameapparatuur voor de consument (zoals DAT of MiniDisc)

Geluid voor computers

Elk monster (overeenkomende met een tijdsinterval) gaat gepaard met een waarde, die de luchtdruk op dat moment bepaalt. Daarom wordt geluid niet afgebeeld als een onafgebroken curve met afwijkingen, maar als een reeks van waarden voor elke tijdsinterval:



Een computer werkt met bits dus het aantal mogelijke waarden die het monster zou kunnen hebben, moet worden bepaald. Dit wordt gedaan door het aantal bits vast te stellen waarop de bemonsteringswaarden zijn gecodeerd: Met 8-bit-codering, zijn er 28 (= 256) mogelijke waarden en met 16-bit-codering, zijn er 216 (= 65536) mogelijke waarden.

De tweede optie biedt duidelijk een hogere geluidsgetrouwheid, maar daar staat tegenover dat het meer computergeheugen in beslag neemt.

Tot slot, vereist stereogeluid twee kanalen, met op ieder kanaal individueel opgenomen geluid. Een kanaal wordt gevoed door de linker luidspreker, terwijl de andere wordt uitgezonden via de rechter luidspreker.

In computer processing, wordt geluid daarom bepaald door verschillende parameters:

De bemonsteringsfrequentie
Het aantal bits in een monster
Het aantal kanalen (1 voor mono, 2 voor stereo, en 4 voor quadrafonisch geluid)

Vereiste geheugen voor het opslaan van een geluidsbestand

Het is gemakkelijk om te berekenen welke grootte een ongecomprimeerd audiobestand zal hebben. Door te achterhalen hoeveel bits er gebruikt zijn om het monster te coderen, weet je de grootte (aangezien de monstergrootte het aantal bits is).

Om de grootte van een kanaal te bepalen, hoef je alleen de bemonsteringsfrequentie te weten en dus het aantal monsters per seconde, en vanuit daar de hoeveelheid ruimte die door 1 seconde muziek in beslag wordt genomen. Dit komt neer op: Bemonsteringsfrequentie x aantal bits.

Om uit te vinden hoeveel ruimte een geluidsopname van een aantal seconden in beslag zal nemen, hoef je daarom slechts de vorige waarde met het aantal seconden te vermenigvuldigen: Bemonsteringsfrequentie x aantal bits x aantal seconden.

Tot slot, om de werkelijke bestandsgrootte van de opname te kunnen bepalen, zul je bovenstaand getal moeten vermenigvuldigen met het aantal kanalen (het zal voor stereo tweemaal zo groot zijn als voor mono). De grootte, in bits, van een geluidsopname is daarom gelijk aan:

Bemonsteringsfrequentie x aantal bits x aantal seconden x aantal kanalen.


Bekijk ook :

Active Directory
Active Directory
test ężtórś
test ężtórś
Ce document intitulé «  Digitale Audio  » issu de CCM (nl.ccm.net) est mis à disposition sous les termes de la licence Creative Commons. Vous pouvez copier, modifier des copies de cette page, dans les conditions fixées par la licence, tant que cette note apparaît clairement.