2.
Digitalni audio ure
đ
aji
1
Sadržaj
1. Uvod
...................................................................................................................................................... 2
2. Istorijski razvoj digitalnih ure
đ
aja ........................................................................................................ 3
3. Osnove
digitalizacije
zvuka
.................................................................................................................. 6
3.1
Analogni zvuk (audio materijal) ................................................................................................... 6
3.2 Digitalizacija
audio
signala
........................................................................................................... 7
3.3 Rekonstrukcija
digitalnog
audio signala sempliranjm (odmeravanjem) ..................................... 11
4. Podru
č
je primene ................................................................................................................................ 15
4.1
MP3 i MP4 plejer ........................................................................................................................ 16
4.2 Compact
disk
.............................................................................................................................. 18
4.3 Digitalni magnetofon .................................................................................................................. 20
Literatura
.................................................................................................................................. 23
3
Digitalna obrada signala se zasniva na numeri
č
koj obradi podataka kojima su ti signali
predstavljeni, pa je taj problem efikasno rešen matemati
č
kim metodama. Tako
đ
e, postupkom
digitalizacije generiše se mnogo brojeva, što je dugo vremena bio nepremostiv problem i glavni
razlog što je obrada svih signala bila ra
đ
ena analogno. Ljudi jednostavno nisu imali neophodnu
tehnologiju, pa nije bilo na
č
ina da se ovoliko brojeva registruje, a kamoli memoriše, obra
đ
uje ili
reprodukuje. Poboljšanje tehnološke osnove bilo je pra
ć
eno i naglim razvojem teorije. Digitalna
obrada signala ostvaruje pun razvoj uporedo sa razvojem ra
č
unara, koji omogu
ć
avaju efikasno
koriš
ć
enje ve
ć
postoje
ć
ih algoritama i podsti
č
u razvoj novih.
2. Istorijski razvoj digitalnih ure
đ
aja
Prvi ure
đ
aj za snimanje i reprodukciju zvuka izumeo je Tomas Edison 1877. Njegov pristup je,
polaze
ć
i od
č
injenice da se zvuk prenosi vibriranjem
č
estica vazduha, koristio veoma
jednostavan mehanizam za mehani
č
ko
č
uvanje analognog zvu
č
nog talasa. Kod Edisonovog
originalnog fonografa, jedna opna je direktno kontrolisala iglu, a ta igla je grebala analogni
zvu
č
ni signal na cilindar od aluminijumske folije. Kada bi neko pri
č
ao u ure
đ
aj, vrteo bi cilindar,
a igla bi beležila šta je re
č
eno na aluminijum. Vibracije utisnute na aluminijumu pomerale su
iglu, zbog
č
ega je i opna vibrirala, proizvode
ć
i zvuk.
Slika 1. Edisonov fonograf
4
Ovaj izum unapredio je 1887. Emil Berliner i tako stvorio gramofon, koji je, tako
đ
e,
č
isto
mehani
č
ka sprava koja koristi iglu i opnu. Glavno unapre
đ
enje gramofona bila je upotreba ravnih
plo
č
a sa spiralnim žlebom, koja je omogu
ć
ila jednostavnu masovnu proizvodnju plo
č
a. Moderni
fonograf radi na isti na
č
in, s tim što signali koje igla
č
ita ne pomeraju direktno mehani
č
ku opnu,
ve
ć
su poja
č
ani elektronskim putem.
U po
č
etku je napredak ovakvih ure
đ
aja bio brz, jer nije bila potrebna neka velika tehnologija da
bi se oni napravili i vrlo mala ulaganja donosila su veliki napredak. Me
đ
utim, kasnije se
ispostavilo da dalji veliki napredak analognih ure
đ
aja nije mogu
ć
, jer mali napredak u kvalitetu
iziskuje eksponencijalno ve
ć
a ulaganja.
Izumi devetnaestog veka za prenos re
č
i: telegraf za pisanu i telefon za govornu obeležili su
po
č
etak inženjerske tehnologije generisanja i interpretacije signala. Matemati
č
ki alati koji
podržavaju obradu signala postojali su odavno, ali je tek u devetnaestom veku teorija signala
po
č
ela da se odvaja kao posebna tehni
č
ka, inženjerska i nau
č
na disciplina, nezavisna od same
matematike. Do tada nau
č
nici nisu gledali na matemati
č
ke entitete – polinome, sinusoide ili
eksponencijalne funkcije kao na nizove simbola ili nosioce informacija, ve
ć
kao idealne oblike,
pokrete ili modele prirodnih procesa. Rast i razvoj elektromagnetne teorije, kao i elektri
č
ne i
elektronske komunikacione tehnologije, po
č
eo je da razdvaja ove nauke.
Prvi pokušaj da se kompjuterski obradi zvuk koji je doveo do uspešne digitalne transformacije
zvuka desio se po
č
etkom 1969. godine u instituciji Bel Laboratorije (Bell Labs), gde je uspešno
proizveden vešta
č
ki, kompjuterski generisan zvuk. Danas su ra
č
unari široko rasprostranjeni u
muzi
č
koj industriji u proizvodnji i obradi zvuka
Prve teorijske veze izme
đ
u analognih i diskretnih signala otkrio je Najkvist (Nyquist) 20-ih
godina prošlog veka, istražuju
ć
i optimalne telegrafske mehanizme prenosa. Šenon (Shennon) je
nadogradio Najkvistovo otkri
ć
e i tako je nastala Šenon-Najkvistova teorema o sempliranju, koja
pitanje broja uzoraka dovoljnih da se signal verno rekonstruiše rešava na jedan vrlo lep na
č
in.
Ubrzo, kasnih 40-tih, pojavili su se digitalni ra
č
unari. Me
đ
utim, oni su i dalje bili prespori i nisu
imali mogu
ć
nost skladištenja dovoljno velikog broja brojeva, koliko je digitalna obrada signala
zahtevala. Krajem 80-ih, sa naglim razvojem ra
č
unara i pove
ć
anjem njihove memorije tj.
prostora za skladištenje i rad sa podacima, kao i pojavom kompakt diska (compact disc), koji je
prelaskom sa magnetnog zapisa na opti
č
ki, tako
đ
e omogu
ć
io
č
uvanje i prenos znatno ve
ć
ih
6
3. Osnove digitalizacije zvuka
3.1 Analogni zvuk (audio materijal)
Signali koji nas okružuju u prirodi se mogu predstaviti neprekidnimfunkcijama. Analogni signali
su konstantne promenljive, i po broju mogu
ć
ih vrednosti signala u datomtrenutku, kao i po broju
ta
č
aka u signalu u datom vremenskom periodu. Zvu
č
ni signal predstavlja promenu pritiska
vazduha u zadatoj ta
č
ki i to kao neprekidnu funkcijuvremena. Analogni zapis zvuka uspostavlja
analogiju izme
đ
u signala koji je zapisan i odre
đ
enog svojstva medijumana kome je signal
zapisan: kontinualne promene signala koji se zapisuje opisuju se kontinualnimpromenama
odre
đ
enog svojstva medijuma na kojem se signal zapisuje. Zvuk nastaje kada neki objekat
vibrira u nekoj materiji, koja može biti
č
vrsta – kao što je zemlja, te
č
na – kao što je voda ili gas -
kao vazduh. Naj
č
eš
ć
e
č
ujemo zvuke koji putuju kroz vazduh u atmosferi. Kada nešto vibrira u
atmosferi, ono pomera
č
estice vazduha oko njega. Te
č
estice onda pomeraju
č
estice oko njih,
prenose
ć
i talas vibracije kroz vazduh. Zna
č
i, zvuk je treperenje
č
estica vazduha. Prenosi se
talasima odre
đ
ene brzine i ima ja
č
inu (amplitudu talasa). Brzina talasa, odnosno broj oscilacija u
sekundi je frekvencija zvuka i ona odre
đ
uje visinu zvuka, dok amplituda odre
đ
uje koliko
ć
e zvuk
biti glasan, tj. njegovu dinamiku. Ljudsko uvo registruje zvuke frekvencije izme
đ
u 20 Hz i 20
kHz (izme
đ
u 20 i 20 000 talasa, odnosno oscilacija, u sekundi).
Analogni mediji za zapisivanje signala su magnetna traka za zvuk, telefon, gramofon i dr.
Njihova tehnologija je obi
č
no jednostavna, kvalitet zvuka relativno nizak, a kvalitet zapisa
signala zsvisi od kvaliteta medijuma. Kod analognog zapisa zvuka gubi se kvalitet i pri
pravljenju kopija i otežan je prenos signala na daljinu. Analogna obrada signala je veoma
komplikovana, jer se vrši raznim mehani
č
kim ure
đ
ajima. Od njih tako
đ
e zavisi kvalitet
informacije, a ne mogu se nikada napraviti savršeno preciznim, pa samim tim, ni kvalitet zapisa
ne može nikada biti 100% savršen. Zbog toga je ova tehnologija došla do kraja svog puta i danas
je sasvim prevazi
đ
ena.
