Înregistrare digitală

Înregistrarea audio digitală este stocarea semnalelor audio sau vizuale ca o secvență de cifre binare care pot fi stocate pe bandă magnetică, disc optic sau alte medii. Această tehnologie este utilizată pe scară largă în industria muzicală și în multe alte sfere.

Pentru a înregistra sunetul, un convertor analog-digital transformă o undă sonoră electrică dintr-un microfon sau dintr-o imagine vizuală analogică în informații. De la apariția sa, tehnologia digitală a înlocuit încet, dar sigur echipamentele analogice din cauza ieftinității și ușurinței sale de utilizare. Astăzi, audio digital este un standard pentru aproape toate studiourile, atât profesionale, cât și amatoare. Cu toate acestea, în mod surprinzător, puțini oameni înțeleg cu adevărat cum funcționează. Așadar, astăzi vom vorbi despre elementele de bază ale audio digital pentru înregistrarea muzicii.

Istoria creației

Au trecut o sută de ani între descoperirea primului dispozitiv de înregistrare a sunetului și introducerea înregistrării digitale. În acest timp, progresele tehnologice constante și inovațiile nesfârșite ale oamenilor de știință și tehnicienilor au produs mai multe valuri diferite de captare, procesare și reproducere mecanică a sunetului. Industria înregistrărilor a făcut un pas uriaș înainte cu inventarea computerelor și a sunetului digital. A plecat de la simple folii de tablă și cilindri de ceară pe care informațiile sonore erau colectate de diafragma de înregistrare a gramofoanelor și gravate cu grijă. Apoi, dezvoltarea a continuat în casete care le-au permis ascultătorilor să se bucure de sunete multi-canal.

Japonezii au fost pionierii înregistrării digitale, care la sfârșitul anilor 60 au putut să păstreze o astfel de înregistrare cu bandă magnetică și să o demonstreze publicului. În zece ani, a fost prezentat reportofonul Sony. A fost capabil să facă sunet digital din analog, stocându-l pe VHS. Cu toate acestea, muzica era încă vândută pe vinil.

Lucrurile au început să se schimbe la sfârșitul anilor 1970, când Sony și Panasonic au început să prezinte CD-uri, un adevărat mediu digital capabil să stocheze până la 150 de minute de sunet de înaltă calitate. CD-ul stochează informații folosind un strat subțire de folie de aluminiu, pe care sunt imprimate milioane de biți de date într-un model care poate fi citit de un laser și transformat electronic într-un semnal analogic.

Apariția CD-urilor a permis în cele din urmă inginerilor să elimine zgomotul cauzat de frecarea dintre ac și materialul de depozitare. Acesta și multe alte avantaje au permis CD-urilor să devină unul dintre cei mai populari purtători de audio la sfârșitul secolului XX și începutul secolului XXI. Cu toate acestea, industria muzicală a fost sceptică cu privire la CD-uri, deoarece acestea ofereau o calitate a sunetului aproape perfectă și erau ușor piratate de utilizatori. Pentru a rezolva aceste probleme, în 1987 au creat un alt mediu digital numit caseta audio digitală (DAT). Acest nou format a avut un succes moderat în America de Nord și supraviețuiește astăzi ca una dintre modalitățile preferate de a manipula înregistrările audio profesionale.

Primii ani ai secolului 21 au cunoscut o creștere a sunetului digital care nu a fost legat de mediile fizice. Progresele în codecurile de compresie (în primul rând MP3-uri), infrastructura internetului și miniaturizarea playerelor digitale personale le-au permis utilizatorilor să-și ducă înregistrările digitale cu ei oriunde s-au dus. Deși au existat câteva playere MP3 influente la sfârșitul anilor 1990, industria muzicală s-a schimbat semnificativ odată cu introducerea iPod-ului Apple. Acesta este playerul audio extrem de popular care a pus bazele magazinelor de muzică digitală de astăzi și a infrastructurii de distribuție pe internet pentru clienți.

Comparație cu înregistrarea analogică

Înregistrările analogice au fost singurele utilizate pe scară largă înainte de revoluția digitală din anii 1970. Ei au folosit diverse metode care sunt acum învechite, cum ar fi înregistrări cu redare lungă (LP), benzi cu opt piese (pe bandă metalică sau magnetică) și casete audio. De la începutul secolului XX și până în anii 1970, sistemul analogic părea ideal pentru înregistrare, dar odată cu revoluția computerelor de la sfârșitul secolului, viteza mare și alte caracteristici ale prelucrării digitale au făcut ca înregistrarea digitală să fie nu numai posibilă, ci din ce în ce mai potrivită pentru mulți. aplicatii.

Un rol important a jucat și costurile în scădere constantă din cauza producției în masă de computere, discuri optice, playere laser și alte dispozitive. Înregistrarea digitală este mai ușor de realizat redare de înaltă fidelitate, deoarece oferă o gamă dinamică largă și zgomot și distorsiuni reduse cu o implementare adecvată.

Formate de înregistrare digitală

Fișierele audio digitale pot fi create într-o varietate de formate. În general, ele se împart în două categorii - comprimate și necomprimate.

Formatele comprimate (cum ar fi MP3) au o dimensiune de fișier mult mai mică decât formatele necomprimate, dar sacrifică calitatea sunetului. Dispozitivele portabile (cum ar fi playerele MP3) au un compromis între o calitate mai scăzută și capacitatea de a stoca mii de fișiere. Calitatea serviciilor de streaming (cum ar fi Spotify) poate fi îmbunătățită dacă utilizați Wi-Fi sau aveți o conexiune de date bună.

Fișierele de sunet pot fi create folosind secvențiere. Există atât servicii plătite, cât și servicii gratuite, precum Amped Studio, care vă permite să creați și să editați muzică, să faceți mixaje complexe, să înregistrați voce și multe altele online. Piesele create în acest program pot fi salvate în diferite formate digitale, care vor fi discutate mai jos. Puteți, de asemenea, să partajați înregistrările dvs. prietenilor și să le editați împreună.

Formate necomprimate

Astfel de formate sunt considerate cea mai bună modalitate de a stoca date pentru redare de înaltă calitate, deoarece este necesară o procesare foarte mică pentru a produce date audio. Formatele mai comprimate pot cauza blocări audio pe unele sisteme.

AIFF – standard Apple

WAVE (sau WAV) – un standard pentru audio necomprimat de calitate CD pe sistemele Windows care utilizează înregistrarea în format PCM. Înregistrarea de calitate CD are o rată de eșantionare de 44,1 kHz cu rezoluție de 16 biți.

Dimensiunea fișierului: aproximativ 10,1 MB pe minut. Această cifră este aceeași pentru toate fișierele WAV de calitate CD, deoarece dimensiunea fișierului depinde numai de lungimea fișierului, nu de conținutul său audio.

BWF (Broadcast Wave Format) – utilizat în înregistratoare audio portabile și stații de lucru audio digitale pentru difuzare.

Compresie fără pierderi

Formatele din această categorie conțin informații audio complete. Dar, cu o dimensiune redusă a fișierului în detrimentul stocării mai eficiente a datelor.

Lossless WMA (Windows Media Audio) – proiectat cu o posibilitate de gestionare a drepturilor digitale (DRM) pentru protecție împotriva copierii.

ALAC (Apple Lossless Audio Codec) – o sursă deschisă și de utilizat gratuit din 2011 (deși inițial a fost deținut de Apple).

FLAC (Free Lossless Audio Codec) – sursă deschisă, licență în format gratuit.

Compresie cu pierderi

MP3 – un format de fișier audio comprimat dezvoltat de Motion Picture Expert Group (MPEG) ca parte a standardului lor video MPEG1 și extins ulterior la standardul MPEG2 Layer 3.

Prin eliminarea părților fișierului audio care sunt practic inaudibile, fișierele mp3 sunt comprimate la aproximativ o zecime din dimensiunea fișierului PCM echivalent, păstrând în același timp o calitate bună a sunetului.

Există 2 parametri pe care îi puteți ajusta pentru a modifica calitatea și dimensiunea fișierului MP3:

• Rata de biți;
• Frecvența de eșantionare.

MP4 sau M4A – un succesor al MP3 bazat pe compresia AAC.

M4P – O versiune proprietară a AAC în format MP4 cu gestionarea drepturilor digitale, dezvoltată de Apple pentru a fi utilizată în muzica descărcată din iTunes Music Store.

OGG Ogg Vorbis – Un format audio comprimat cu sursă deschisă, fără brevet.

Avantajele și dezavantajele înregistrării digitale

Tehnologia digitală a oferit utilizatorilor multe oportunități. De exemplu, pe vremuri, pentru a face o înregistrare, trebuia să folosești studiouri care ocupau mult spațiu și costau mulți bani. Acum tot ce aveți nevoie este un computer puternic, care este de multe ori mai puternic decât un studio și costă mult mai puțin.

O astfel de accesibilitate permite nu numai profesioniștilor, ci și amatorilor să realizeze înregistrări audio. Programele care sunt folosite astăzi vă oferă posibilități practic nelimitate de procesare a sunetului, în timp ce anterior se foloseau instrumente reale în acest scop. Acum puteți crea un efect unic cu doar câteva clicuri în Amped Studio.

Pentru utilizatorii obișnuiți, înregistrarea audio digitală are și o serie de avantaje:

• multe medii de stocare sunt foarte compacte și pot stoca înregistrări digitale ani de zile pe unități flash, CD-uri etc;
• software-ul special vă permite să curățați înregistrările vechi, precum și să scăpați de zgomot;
• în plus, toate sunetele pot fi editate pentru a adăuga efecte, volum, frecvență etc.

Datorită internetului, utilizatorii au primit posibilitatea de a-și trimite piese muzicale preferate unul altuia, de a asculta zeci de mii de piese diferite și de a-și publica propriile lucrări muzicale.

De asemenea, sistemele analogice au dezavantajul că distorsiunea crește pe măsură ce redați și reînregistrați. Fiecare exemplar succesiv va fi auzit mai rău. Într-un sistem de înregistrare digitală, această distorsiune nu are loc. Înregistrarea principală poate avea erori minime de cuantizare, dar acestea nu sunt agravate prin copiere. Un master digital poate face mii de copii fără distorsiuni. În mod similar, mediile digitale de pe CD-uri pot fi redate de mii de ori fără distorsiuni.

Cu siguranță, tehnologia digitală are dezavantajele ei. Odată cu dezvoltarea lor, mulți oameni au început să observe că înregistrările analogice au un sunet mai „live”. Dar aceasta nu este doar nostalgie pentru vremurile vechi. Totul este despre digitizare, care uneori adaugă erori la sunet. De asemenea, „zgomotul tranzistorului” își poate face propriile ajustări. Nu există o interpretare unică a acestei noțiuni, dar sensul ei este o vibrație haotică la un nivel de înaltă frecvență. Deși urechea umană este concepută pentru a percepe frecvențe de cel mult 20 kHz, creierul nostru pare să fie capabil să perceapă și frecvențe mai mari. Această caracteristică ne face să credem că sunetul analogic este mai curat decât sunetul digital.

În plus, toate suporturile de înregistrare sunt imperfecte din cauza prafului sau a altor contaminări care împiedică echipamentul să capteze date pe suport. În înregistrarea analogică, defectele apar ca zgomot audibil, în timp ce în înregistrarea digitală provoacă erori în fluxul de biți care pot duce la zgomot sau la eșecul redării. Pentru a rezolva această problemă, codurile de corectare a erorilor sunt încorporate în fluxul de date. Unele dintre aceste coduri pot fi foarte complexe și, de asemenea, fac ca datele să ocupe mai mult spațiu de stocare. Rezultatul, totuși, este o redare de disc extrem de fiabilă, cu niveluri rezonabile de praf și zgârieturi.

Termeni cheie în înregistrarea digitală

Biți și octeți

Un bit este cel mai mic element care conține date în memoria computerului. Opt biți alcătuiesc un octet, care este gestionat de computere ca un articol întreg.

Densitate mare

Aceasta înseamnă capacitatea de a stoca fișiere audio, video sau date mari într-un spațiu mic.

Parametrii de înregistrare digitală

Parametrii care afectează calitatea unei înregistrări digitale constau în:

• Rezoluția convertorului analog-digital (ADC) și a convertorului digital-analog (DAC);
• Ratele de eșantionare ale ADC și DAC;
• Jitter (distorsiunea semnalului) ADC și DAC;
• Supraeșantionarea.

În plus, setări precum următoarele joacă un rol important:

• Cât de mult zgomot există în raport cu semnalele;
• Cantitatea de distorsiune a tipului neliniar;
• Interferență de intermodulație;
• Neregularități de amplitudine și frecvență;
• Procesul de penetrare reciprocă a canalului;
• Dinamica intervalului.

Descrierea procesului de înregistrare digitală

Înregistrarea se face după cum urmează:

1. Semnalul analogic este transmis la ADC;
2. Conversia acestui semnal, timp în care unda analogică este măsurată de mai multe ori. După aceea i se atribuie valoarea binară cu numărul de biți (lungimea cuvântului);
3. Apoi există o eșantionare, care este frecvența la care ADC măsoară nivelul undei analogice;
4. Lungimea cuvântului presetat, care este o mostră digitală de sunet, reprezintă nivelul de sunet de o secundă;
5. Mărimea lungimii cuvântului determină acuratețea afișajului nivelului formei de undă a sunetului;
6. Frecvența semnalului digital depinde de pasul ratei de eșantionare;
7. Mostrele audio digitale rezultate, care sunt un flux constant de numere, sunt transmise ADC;
8. Numerele binare rezultate pot fi apoi stocate pe diferiți suporturi media.

Modul în care are loc redarea:

1. Numerele sunt trimise de la purtătorul mediu către DAC, care le transformă înapoi în analog, prin fuzionarea datelor de nivel. Aceasta restabilește forma de undă analogică la forma anterioară;
2. Semnalul este amplificat și începe să fie trimis către difuzoare sau ecrane.

Concluzie

Înregistrările digitale au revoluționat industria muzicală și nu numai, retrogradând predecesorul său analogic în istorie. Datorită avantajelor și accesibilității sale, tehnologia și-a găsit aplicație în multe domenii și este greu de imaginat lumea de astăzi fără ea.