Digitale opname

Digitale audio-opname is de opslag van audio- of visuele signalen als een reeks binaire cijfers die kunnen worden opgeslagen op magneetband, optische schijf of andere media. Deze technologie wordt op grote schaal gebruikt in de muziekindustrie en op vele andere gebieden.

Om geluid op te nemen, zet een analoog-naar-digitaal-omzetter een elektrische geluidsgolf van een microfoon of een analoog visueel beeld om in informatie. Sinds zijn verschijning heeft digitale technologie langzaam maar zeker analoge apparatuur vervangen vanwege de lage prijs en het gebruiksgemak. Tegenwoordig is digitale audio een standaard voor bijna alle studio's, zowel professionele als amateurstudio's. Maar verrassend weinig mensen begrijpen echt hoe het werkt. Vandaag zullen we het hebben over de basisprincipes van digitale audio voor het opnemen van muziek.

Geschiedenis van de schepping

Er gingen honderd jaar voorbij tussen de ontdekking van het eerste geluidsopnameapparaat en de introductie van digitale opname. Gedurende die tijd hebben voortdurende technologische vooruitgang en eindeloze innovaties door wetenschappers en technici verschillende golven van mechanische geluidsopname, -verwerking en -weergave voortgebracht. De platenindustrie zette een gigantische stap voorwaarts met de uitvinding van computers en digitaal geluid. Het begon met eenvoudige aluminiumfolie en wascilinders waarop de geluidsinformatie werd verzameld door het opnamemembraan van grammofoons en zorgvuldig werd gegraveerd. Vervolgens zette de ontwikkeling zich voort in cassettes waarmee luisteraars konden genieten van meerkanaalsgeluid.

De Japanners waren de pioniers van de digitale opname, die eind jaren zestig een dergelijke opname op magneetband konden bewaren en aan het publiek konden demonstreren. In tien jaar tijd werd de Sony-audiorecorder getoond. Het was in staat om van analoog digitaal geluid te maken en het op VHS op te slaan. Toch werd er nog steeds muziek op vinyl verkocht.

De zaken begonnen eind jaren zeventig te veranderen toen Sony en Panasonic cd's begonnen te presenteren, een echt digitaal medium dat tot 150 minuten geluid van hoge kwaliteit kon opslaan. De CD slaat informatie op met behulp van een dunne laag aluminiumfolie, waarop miljoenen bits aan gegevens zijn afgedrukt in een patroon dat door een laser kan worden gelezen en elektronisch kan worden omgezet in een analoog signaal.

Door de komst van cd's konden ingenieurs eindelijk het geluid elimineren dat werd veroorzaakt door wrijving tussen de naald en het opslagmateriaal. Deze en vele andere voordelen zorgden ervoor dat cd's aan het einde van de 20e en het begin van de 21e eeuw een van de meest populaire audiodragers werden. De muziekindustrie stond echter sceptisch tegenover cd's, omdat deze een vrijwel perfecte geluidskwaliteit boden en gemakkelijk door gebruikers konden worden gekopieerd. Om deze problemen op te lossen, creëerden ze in 1987 een ander digitaal medium, de digitale audiocassette (DAT). Dit nieuwe formaat was een matig succes in Noord-Amerika en blijft vandaag de dag een van de geprefereerde manieren om professionele audio-opnamen te manipuleren.

In de beginjaren van de 21e eeuw was er sprake van een groei van digitaal geluid dat niet gebonden was aan fysieke media. Door de vooruitgang op het gebied van compressiecodecs (vooral mp3's), de internetinfrastructuur en de miniaturisering van persoonlijke digitale spelers konden gebruikers hun digitale opnamen overal mee naartoe nemen. Hoewel er eind jaren negentig enkele invloedrijke mp3-spelers waren, veranderde de muziekindustrie aanzienlijk met de introductie van de Apple iPod. Dat is de enorm populaire audiospeler die de basis heeft gelegd voor de huidige digitale muziekwinkels en internetdistributie-infrastructuur voor klanten.

Vergelijking met analoge opname

Vóór de digitale revolutie van de jaren zeventig waren analoge opnames de enige die op grote schaal werden gebruikt. Ze gebruikten verschillende methoden die nu achterhaald zijn, zoals langspeelplaten (LP), achtsporenbanden (op metaal of magneetband) en audiocassettes. Vanaf het begin van de twintigste eeuw tot de jaren zeventig leek het analoge systeem ideaal voor opnames, maar met de computerrevolutie aan het einde van de eeuw maakten de hoge snelheid en andere kenmerken van digitale verwerking digitale opnames niet alleen mogelijk, maar ook steeds geschikter voor velen. toepassingen.

De gestaag dalende kosten als gevolg van de massaproductie van computers, optische schijven, laserspelers en andere apparaten hebben ook een belangrijke rol gespeeld. Digitale opname is gemakkelijker om hifi-weergave te bereiken, omdat het een breed dynamisch bereik en weinig ruis en vervorming biedt bij een juiste implementatie.

Digitale opnameformaten

Digitale audiobestanden kunnen in verschillende formaten worden gemaakt. Over het algemeen vallen ze in twee categorieën: gecomprimeerd en ongecomprimeerd.

Gecomprimeerde formaten (zoals MP3) hebben een veel kleinere bestandsgrootte dan niet-gecomprimeerde formaten, maar gaan ten koste van de geluidskwaliteit. Draagbare apparaten (zoals mp3-spelers) krijgen de wisselwerking tussen lagere kwaliteit en de mogelijkheid om duizenden bestanden op te slaan. De kwaliteit van streamingdiensten (zoals Spotify) kan verbeterd worden als je gebruik maakt van wifi of een goede dataverbinding hebt.

Geluidsbestanden kunnen worden gemaakt met behulp van sequencers. Er zijn zowel betaalde als gratis diensten, zoals Amped Studio, waarmee je online muziek kunt maken en bewerken, complexe mixen kunt maken, stem kunt opnemen en nog veel meer. De tracks die in dit programma zijn gemaakt, kunnen in verschillende digitale formaten worden opgeslagen, die hieronder worden besproken. Je kunt je opnamen ook delen met je vrienden en ze samen bewerken.

Niet-gecomprimeerde formaten

Dergelijke formaten worden beschouwd als de beste manier om gegevens op te slaan voor weergave met hoge kwaliteit, omdat er zeer weinig verwerking nodig is om audiogegevens te produceren. Meer gecomprimeerde formaten kunnen op sommige systemen audiocrashes veroorzaken.

AIFF – Apple-standaard

WAVE (of WAV) – een standaard voor ongecomprimeerde audio van cd-kwaliteit op Windows-systemen die opname in PCM-formaat gebruikt. Opnemen in cd-kwaliteit heeft een bemonsteringsfrequentie van 44,1 kHz met een resolutie van 16 bits.

Bestandsgrootte: ongeveer 10,1 MB per minuut. Dit cijfer is hetzelfde voor alle WAV-bestanden van cd-kwaliteit, aangezien de bestandsgrootte alleen afhankelijk is van de bestandslengte en niet van de audio-inhoud.

BWF (Broadcast Wave Format) – gebruikt in draagbare audiorecorders en digitale audiowerkstations voor uitzendingen.

Verliesloze compressie

Formaten in deze categorie bevatten volledige audio-informatie. Maar dan met een kleinere bestandsgrootte ten koste van een efficiëntere gegevensopslag.

Lossless WMA (Windows Media Audio) – ontworpen met de mogelijkheid van Digital Rights Management (DRM) voor bescherming tegen kopiëren.

ALAC (Apple Lossless Audio Codec) – een open source en gratis te gebruiken sinds 2011 (hoewel het oorspronkelijk eigendom was van Apple).

FLAC (Free Lossless Audio Codec) – open source, gratis formaatlicenties.

Compressie met verlies

MP3 – een gecomprimeerd audiobestandsformaat ontwikkeld door de Motion Picture Expert Group (MPEG) als onderdeel van hun MPEG1-videostandaard en later uitgebreid naar de MPEG2 Layer 3-standaard.

Door de delen van het audiobestand te elimineren die vrijwel onhoorbaar zijn, worden mp3-bestanden gecomprimeerd tot ongeveer een tiende van de grootte van het equivalente PCM-bestand, terwijl de goede geluidskwaliteit behouden blijft.

Er zijn 2 parameters die u kunt aanpassen om de kwaliteit en grootte van het MP3-bestand te wijzigen:

• Bitsnelheid;
• Bemonsteringsfrequentie.

MP4 of M4A – een opvolger van MP3 op basis van AAC-compressie.

M4P – Een eigen versie van AAC in MP4-formaat met digitaal rechtenbeheer, ontwikkeld door Apple voor gebruik in muziek gedownload van hun iTunes Music Store.

OGG Ogg Vorbis – Een patentvrij, open-source gecomprimeerd audioformaat.

Voor- en nadelen van digitale opname

Digitale technologie heeft gebruikers veel kansen gegeven. Vroeger moest je bijvoorbeeld voor het maken van een opname gebruik maken van studio's die veel ruimte in beslag namen en veel geld kostten. Het enige wat je nu nodig hebt is een krachtige computer, die vele malen krachtiger is dan een studio en veel minder kost.

Door deze toegankelijkheid kunnen niet alleen professionals, maar ook amateurs geluidsopnamen maken. De programma's die tegenwoordig worden gebruikt, geven je vrijwel onbeperkte mogelijkheden voor geluidsverwerking, terwijl daarvoor voorheen echte tools werden gebruikt. Nu kunt u met slechts een paar klikken een uniek effect creëren in Amped Studio.

Voor gewone gebruikers heeft digitale audio-opname ook een aantal voordelen:

• veel opslagmedia zijn zeer compact en kunnen digitale opnames jarenlang opslaan op flashdrives, cd's, enz.;
• met speciale software kun je oude opnames opruimen en ruis verwijderen;
• bovendien kunnen alle geluiden worden bewerkt om effecten, volume, frequentie, enz. toe te voegen.

Dankzij internet kregen gebruikers de mogelijkheid om hun favoriete muziekstukken naar elkaar te sturen, naar tienduizenden verschillende nummers te luisteren en hun eigen muziekwerken te publiceren.

Ook hebben analoge systemen het nadeel dat de vervorming toeneemt naarmate je speelt en opnieuw opneemt. Elk volgend exemplaar zal slechter gehoord worden. Bij een digitaal opnamesysteem treedt deze vervorming niet op. De masteropname kan minimale kwantiseringsfouten bevatten, maar deze worden door kopiëren niet verergerd. Een digitale master kan duizenden kopieën maken zonder vervorming. Op dezelfde manier kunnen digitale media op cd's duizenden keren zonder vervorming worden afgespeeld.

Zeker, digitale technologie heeft zijn nadelen. Met hun ontwikkeling begonnen veel mensen op te merken dat analoge opnames een meer “live geluid” hebben. Maar dit is niet alleen maar nostalgie naar vroeger. Het draait allemaal om digitalisering, waardoor soms fouten in het geluid worden toegevoegd. Ook kan “transistorruis” zijn eigen aanpassingen maken. Er bestaat geen eenduidige interpretatie van dit begrip, maar de betekenis ervan is een chaotische trilling op hoogfrequent niveau. Hoewel het menselijk oor is ontworpen om frequenties van niet hoger dan 20 kHz waar te nemen, lijken onze hersenen ook hogere frequenties waar te kunnen nemen. Deze functie doet ons denken dat analoog geluid schoner is dan digitaal geluid.

Bovendien zijn alle opnamedragers onvolmaakt vanwege stof of andere verontreiniging die verhindert dat de apparatuur gegevens op het medium vastlegt. Bij analoge opnames verschijnen defecten als hoorbare ruis, terwijl ze bij digitale opname fouten in de bitstroom veroorzaken die tot ruis of afspeelfouten kunnen leiden. Om dit probleem op te lossen, worden foutcorrectiecodes in de datastroom ingebed. Sommige van deze codes kunnen zeer complex zijn en zorgen er ook voor dat de gegevens meer opslagruimte in beslag nemen. Het resultaat is echter een uiterst betrouwbare schijfweergave met redelijke stof- en krasniveaus.

Sleutelbegrippen bij digitale opname

Bits en bytes

Een bit is het kleinste element dat gegevens bevat in het computergeheugen. Acht bits vormen een byte, die door computers als één geheel wordt verwerkt.

Hoge dichtheid

Dat betekent de mogelijkheid om grote audio-, video- of gegevensbestanden op een kleine ruimte op te slaan.

Digitale opnameparameters

Parameters die de kwaliteit van een digitale opname beïnvloeden, bestaan ​​uit:

• De resolutie van de analoog-naar-digitaal-omzetter (ADC) en digitaal-naar-analoog-omzetter (DAC);
• De bemonsteringsfrequenties van de ADC en DAC;
• Jitter (signaalvervorming) van ADC en DAC;
• Overbemonstering.

Bovendien spelen instellingen als de volgende een belangrijke rol:

• Hoeveel ruis er is ten opzichte van de signalen;
• De hoeveelheid vervorming van het niet-lineaire type;
• Intermodulatie-interferentie;
• Amplitude- en frequentieonregelmatigheden;
• Het proces van wederzijdse kanaalpenetratie;
• Bereikdynamiek.

Beschrijving van het digitale opnameproces

Het opnemen gaat als volgt:

1. Het analoge signaal wordt verzonden naar de ADC;
2. De conversie van dit signaal, waarbij de analoge golf vele malen wordt gemeten. Daarna wordt daaraan de binaire waarde met het aantal bits (woordlengte) toegekend;
3. Dan is er een sampling, de frequentie waarbij de ADC het niveau van de analoge golf meet;
4. De vooraf ingestelde woordlengte, die een digitaal geluidsfragment is, vertegenwoordigt het geluidsniveau van één seconde;
5. De grootte van de woordlengte bepaalt de nauwkeurigheid van de weergave van het geluidsgolfvormniveau;
6. De frequentie van het digitale signaal hangt af van de toonhoogte van de bemonsteringssnelheid;
7. De resulterende digitale audiomonsters, die een constante stroom getallen zijn, worden uitgevoerd naar de ADC;
8. De resulterende binaire getallen kunnen vervolgens op verschillende mediadragers worden opgeslagen.

De manier waarop het afspelen gebeurt:

1. Nummers worden van de mediumdrager naar de DAC gestuurd, die ze weer analoog maakt door de niveaugegevens samen te voegen. Dit herstelt de analoge golfvorm naar zijn vorige vorm;
2. Het signaal wordt versterkt en begint naar luidsprekers of schermen te worden gestuurd.

Conclusie

Digitale opnames hebben een revolutie teweeggebracht in de muziekindustrie en daarbuiten, waardoor de analoge voorganger tot de geschiedenis behoort. Dankzij de voordelen en betaalbaarheid ervan heeft de technologie toepassing gevonden op veel terreinen, en de wereld van vandaag is moeilijk voor te stellen zonder.