Digitalisatie (geluid)

Van Wikipedia

Bij het digitaliseren van geluid wordt verondersteld dat het geluid reeds in analoge vorm is (een microfoon kan hier bijvoorbeeld voor zorgen). De elektrische stroom die hiervan het resultaat is, wordt dan gedigitaliseerd. Hiervoor maakt men gebruik van een ADC, waar vrijwel ieder digitaal apparaat met een analoge ingang over beschikt. Met behulp van een DAC kan digitaal geluid omgezet worden naar een analoog geluid.

[bewerk] ADC

De ADC (analoog-digitaal-converter) is een stuk elektronica dat een analoog signaal dat continu is om te zetten naar een discreet digitaal signaal, dat uit een reeks getallen bestaat. Het algemene principe is het volgende: Met een bepaalde frequentie wordt de sterkte (voltage) van het analoge signaal bepaald en omgezet in een getal (wat resulteert in een sample). Analoge signalen hebben per definitie een oneindige resolutie (cfr. de continue functie). De resolutie van digitale signalen is echter wel eindig. Bij de conversie gaat daarom altijd kwaliteit verloren. De hoeveelheid kwaliteit die verloren gaat is afhankelijk van een aantal kwaliteitsfactoren.

[bewerk] Kwaliteitsfactoren

Resolutie/Bit depth/Sample Precisie 

de vooraf bepaalde precisie die bepaalt hoeveel mogelijke discrete waarden (stappen) een sample kan aannemen, en dus hoe hoog de resolutie is. Men benoemt deze factor dikwijls als bit depth omdat hij staat voor het aantal bits dat ter beschikking is om de waarde op te slaan. Met dit vast aantal bits moeten verschillende sterktes gedekt worden, dus met meer bits kun je de sample dichter laten naderen tot de realiteit.
Echter, de precisie is niet oneindig. Door de conversie zal iedere sample ten opzichte van het analoge signaal altijd afgerond moeten worden. Dit is een vervorming van het signaal en wordt ook wel kwantisatieruis genoemd. Geluid dat gedigitaliseerd is aan CD kwaliteit is meestal gesampled aan 16 bits per sample. Dit wil zeggen dat elke sample 2^16 = 65536 verschillende waarden kan aannemen. Kwantisatieruis is hierbij nauwelijks hoorbaar. Sommige klassiek opnamen hanteren een kwantiseringsdiepte van 20 bits per sample om een nog lager niveau van kwantiseringsruis op te leveren (2^20 = 1048576 mogelijke waarden per sample).

Bemonsteringsfrequentie (sample frequentie of "sample rate" (Engels)) 

het aantal bepalingen van een sample-waarde per seconde noemt men de bemonsteringsfrequentie. Aan een bemonsteringsfrequentie is een andere grootheid verbonden, genaamd de Nyquist-frequentie. De Nyquist-frequentie voor een gegeven bemonsteringsfrequentie is gelijk aan de helft van die bemonsteringsfrequentie (sample ratio) en staat voor de hoogste frequentie die reproduceerbaar kan worden opgenomen.
Het menselijk gehoor kan enkel frequenties waarnemen van 20Hz tot 20kHz. Om dus alle frequenties die menselijk hoorbaar op te slaan, moet de sample frequentie minstens 40kHz bedragen. Het is dan ook niet zomaar dat geluid aan CD kwaliteit een sample frequentie van 44.1 kHz heeft. In studio's gebruikt men courant 48 of zelfs 96 kHz. Wanneer het bemonsteren onregelmatig verloopt, ontstaat een vervorming die jitter heet.

Hogere kwaliteitsfactoren vergen ook een grotere processorkracht en opslagcapaciteit, wat echter steeds minder een knelpunt is.

Na de digitalisatie kan het digitale geluid bewerkt worden.

[bewerk] Randfenomenen bij de ADC

• Aliasing: Het verschijnsel dat signaalcomponenten met een frequentie hoger dan de Nyquist frequentie (halve bemonsterfrequentie) niet goed verwerkt worden en zelfs een storende invloed op het resultaat hebben;
• Spooksignalen: Dit zijn signalen waarvan de frequentie in analoge vorm buiten het menselijk gehoorspectrum ligt, maar die omwille van afrondingsfouten of vervorming toch binnen menselijk gehoorspectrum vallen in hun digitale vorm.