|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Jak brzmią płyty CD (domysły i rzeczywistość). Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Audio Cyfrowy format nagrywania płyt audio CD (CD) Audio CD ma ugruntowaną pozycję na rynku konsumenckiego sprzętu audio. W popularnej literaturze amatorskiej i profesjonalnej różni autorzy wielokrotnie wypowiadali się o zaletach i wadach tego formatu. W tym artykule, bazując na moim doświadczeniu, postaram się rozwiać niektóre nieporozumienia. W [1] autor zwraca uwagę na niecelowość kopiowania kaset kompaktowych z płyt CD, odnosząc się do tego, że jakość dźwięku płyty CD, jego zdaniem, można utożsamiać z jakością dźwięku analogowego sprzętu odtwarzającego dźwięk III klasy. . W tym artykule (co jest bardzo interesujące) autor zakwestionował twierdzenie Shannona (lub, jak to się nazywa w literaturze rosyjskiej, twierdzenie Kotelnikowa). Załóżmy, że na wejście przetwornika analogowo-cyfrowego (ADC) odbierany jest sygnał o równomiernie rozłożonym widmie w paśmie częstotliwości od 0 do 20 kHz (rys. 1a). Jeżeli konwersję analogowo-cyfrową przeprowadza się z częstotliwością próbkowania fg = 44,1 kHz (nieco wyższą niż zgodnie z twierdzeniem Shannona), a następnie przeprowadza się odwrotną konwersję cyfrowo-analogową przy tym samym fg, to pasma fałszywe z częstotliwości centralne będące wielokrotnościami fg (rys. 1b). W uproszczeniu zjawisko to można nazwać przekształceniem elementarnych sygnałów sinusoidalnych na sygnały o złożonym kształcie (np. opisany w [1] przypadek zamiany pojedynczego sygnału sinusoidalnego o częstotliwości 20 kHz w meander o tej samej częstotliwości).
Aby lepiej zrozumieć istotę tego, co się dzieje, przejdźmy do konwersji okresowych sygnałów harmonicznych z domeny czasu do domeny częstotliwości. Rysunek 2 przedstawia graficznie ten proces. W płaszczyźnie czasu UOt kreślony jest wykres sygnału okresowego. Jeśli zdekomponujemy graficzną funkcję za pomocą Dyskretnej Transformacji Fouriera (DFT), Szybkiej Transformacji Hartleya (FHT) lub Nowoczesnej Dyskretnej Transformacji Cosinus (DCT) na harmoniczne i wykreślimy ich amplitudę z przesunięciem wzdłuż osi częstotliwości Of, możemy zobaczyć, że oryginalny sygnał w swoim widmie zawiera dwie harmoniczne o amplitudach U1 i U2. W praktyce zależność amplitudy w czasie obserwuje się za pomocą oscyloskopów, a zależność częstotliwości za pomocą analizatorów widma.
Jeżeli przeprowadzimy DCT sygnałów sinusoidalnych i prostokątnych o częstotliwości 20 kHz przy fg=40 kHz, otrzymamy wynik pokazany odpowiednio na rys. 3 a i b. Jak widać, w widmie sygnału prostokątnego oprócz częstotliwości podstawowej występuje wiele harmonicznych o częstotliwościach będących wielokrotnościami częstotliwości podstawowej i amplitudach malejących wraz ze wzrostem liczby harmonicznych. Używając filtra dolnoprzepustowego (tj. Odcinając wszystkie „dodatkowe” harmoniczne), można uzyskać sygnał sinusoidalny z sygnału prostokątnego. Proces ten może być realizowany zarówno metodami analogowymi, jak i cyfrowymi.
Jeśli teraz, wiedząc, że na wyjściu DAC-a sygnał z sinusoidy staje się prostokątny, tj. w widmie pojawiają się fałszywe pasma (rys. 16), należy zastosować filtr dolnoprzepustowy o częstotliwości odcięcia fcp = 20 kHz, wszystkie fałszywe pasma będące wielokrotnościami fg można usunąć z otrzymanego sygnału. Aktywne filtry dolnoprzepustowe n-tego rzędu znajdują się zwykle we wszystkich odtwarzaczach CD, jeśli nie bezpośrednio w układzie, to jako część zintegrowanych przetworników cyfrowo-analogowych. Pasożytnicze harmoniczne w sygnale pojawiają się ze względu na niedoskonałość odpowiedzi częstotliwościowej filtra dolnoprzepustowego zawartego na wejściu i wyjściu przetwornika ADC i DAC (rys. 4). W efekcie dochodzi do superpozycji widm sygnałów generowanych przez przetwornik cyfrowo-analogowy, a poziom składowych pasożytniczych jest tym niższy, im „bardziej stroma” odpowiedź częstotliwościowa filtra dolnoprzepustowego i większe tłumienie w jego paśmie zaporowym.
Zwiększenie fg o współczynnik 4 lub 8 w stosunku do częstotliwości Nyquista (górna częstotliwość sygnału) pozwala na nieznaczne wypchnięcie składowych widma sygnału na wyjściu przetwornika cyfrowo-analogowego, jednak bezzasadnie zwiększa to strumień danych cyfrowych, który nie może być zredukowane przy użyciu standardu AudioCD. Dopiero poprawiając charakterystykę filtra dolnoprzepustowego przed przetwornikiem ADC i za przetwornikiem cyfrowo-analogowym, można poradzić sobie ze wzrostem zakłóceń wytwarzanych przez boczne pasma pasożytnicze. Nowoczesne PCD z filtrem dolnoprzepustowym co najmniej szóstego rzędu stosunkowo skutecznie radzą sobie z zadaniem filtrowania sygnału po przetworniku cyfrowo-analogowym, zapewniając tłumienie szumu fałszywego o co najmniej 6 dB. Szerokość pasma kanałów dźwiękowych w tym przypadku wynosi 90 ... 20 Hz z nierównością 21600 * 5-3 db. Parametry te znacznie przewyższają podobne parametry analogowych urządzeń do odtwarzania dźwięku wszystkich klas. Z powyższego możemy wywnioskować, że przy próbkowaniu sygnału o fg = 2fB konieczne jest zaostrzenie wymagań dla filtra dolnoprzepustowego na wyjściu DAC PKD. W [1] autor donosi również o kompresji sygnału przed zapisem na CD, a także o powstawaniu obcięcia częstotliwości w nagraniach wykonanych z tych płyt w zakresie 20...200 Hz. Dokładniej, blokada osiąga częstotliwość 1 kHz, która jest uważana za odniesienie dla technologii częstotliwości audio. Jak wynika z teorii odporności na zakłócenia, przy przesyłaniu sygnałów (w tym audio), sygnałów o dużym zakresie dynamiki i paśmie częstotliwości, wskazane jest skompresowanie przed transmisją, co z powodzeniem wprowadził do praktyki amerykański badacz Dolby. Rozszerzenie sygnału odbywa się w VPC na żądanie użytkownika. Warto zauważyć, że w większości napędów CD-ROM, które odtwarzają płyty CD, ekspander jest właściwie nieobecny. Jego funkcję zastępuje filtr dolnoprzepustowy, który jest dostępny w zdecydowanej większości kart dźwiękowych oraz w głośnikach aktywnych (przycisk „Bass”), który podnosi poziom basów, ale nie może być kompletnym analogiem ekspandera. Cyfrowa część PCD ma możliwość zarówno korygowania, jak i maskowania błędów, a zarówno błędy wynikające ze złej jakości nagrania na samej płycie CD, jak i wady na jej powierzchni mogą być korygowane. Jednak tej funkcji PKD nie sposób przecenić, gdyż stosowane w nim do weryfikacji kody korygują skończoną liczbę błędów, a ich liczba w czasie pracy PKD (uszkodzenia mechaniczne) niestety rośnie. Tak więc podczas odtwarzania płyt CD niskiej jakości, zwłaszcza tych, które były intensywnie użytkowane, jakość dźwięku płyt CD jest znacznie obniżona. Podam ten fakt jako przykład. Trzybitowy kod korekcyjny czterobitowego słowa (z korekcją Hamminga) koryguje nie więcej niż 1 błąd. Dlatego konieczne jest posiadanie takiego zapisu, aby błąd wystąpił nie więcej niż 1 raz na 7 bitów informacji. Oczywiście w VPC są używane mocniejsze kody korekcyjne, ale nadal istnieje pewne ograniczenie liczby błędów. Ważną rolę odgrywa również jakość sprzętu, na którym nagrywana jest płyta; jakość matrycy, z której odtwarzane są płyty CD podczas ich masowej produkcji; jak również warunki pracy płyty CD. Panuje opinia, że ten sam utwór, nagrany na płycie CD na innym sprzęcie, brzmi inaczej. To prawda, ponieważ VCD stara się korygować (zamaskować) błędy, które pojawiają się podczas odtwarzania płyt CD nagranych na sprzęcie kiepskiej jakości. Schematycznie proces występowania i maskowania błędów przedstawiono na rys.5. Niech w momentach t1-t2 i t3-t4 na sygnał wpływa szum impulsowy (rys. 5a). Urządzenie korekcyjne śledzi go i zastępuje sąsiednimi „nienaruszonymi” odczytami (ryc. 56), tj. interpoluje sygnał. Jeśli jednak zastosujesz DCT do odbieranego sygnału i przeanalizujesz jego widmo, możesz zobaczyć w nim fałszywe pasma. Jeśli filtr niskich częstotliwości na wyjściu przetwornika cyfrowo-analogowego skutecznie „walczy” z komponentami o wysokiej częstotliwości, na wynikowy sygnał nakładają się zakłócenia o niższej częstotliwości, tworząc określone zniekształcenia, szczególnie zauważalne podczas długotrwałych zakłóceń.
W literaturze istnieje wskazówka, że tzw. „jednobitowe przetworniki cyfrowo-analogowe” mają gorsze parametry niż wielobitowe. W szczególności, w jednobitowych przetwornikach cyfrowo-analogowych obserwuje się większą wartość fluktuacji fazy („jitter”). Rysunek 6 przedstawia schemat funkcjonalny jednobitowego przetwornika cyfrowo-analogowego CS4328 firmy Crystal Sem. Dane szeregowe (mogą być prezentowane w 4 formatach) podawane są do konwertera wejściowego (IP), który konwertuje je na 18-bitowe równoległe strumienie dwóch kanałów. Sygnały przez interpolatory cyfrowe (DI) są podawane do modulatorów delta (DM), które tworzą jednobitowe strumienie danych z 64-krotnym „oversamplingiem”. Ponadto sygnały są podawane do jednobitowych przetworników cyfrowo-analogowych, filtra dolnoprzepustowego szóstego rzędu, a poprzez wzmacniacze buforowe na wyjście układu.
Ponieważ mikroukład wykorzystuje prostsze i tańsze jednobitowe przetworniki cyfrowo-analogowe, koszt urządzenia spada przy niewielkim pogorszeniu jego parametrów. Generator zegara (TG) napędzający przetwornik cyfrowo-analogowy jest blokowany przez PLL z przychodzącym zegarem CLK, co zmniejsza jitter. Przełączany filtr kondensatorowy umożliwia stosowanie obwodu przy dowolnej częstotliwości zegara (tj. nie ma potrzeby rekonfiguracji filtra dolnoprzepustowego). Zakres dynamiczny chipa sięga 93 dB. Niewątpliwie, w momencie premiery pierwszych VRM, urządzenia tej klasy miały właściwości porównywalne lub przewyższające wysokiej klasy analogowe urządzenia do odtwarzania dźwięku. Rozwiązania obwodów różnych producentów różniły się różnorodnością, co spowodowało wypromowanie na rynku modeli zarówno wysokiej jak i niskiej jakości. Nadchodząca wymiana płyt DVD-ROM wieloprofilowych (wersja audio) pozwala na rozwiązanie problemu filtrowania pasożytniczych harmonicznych w widmie sygnału wyjściowego metodami cyfrowymi, a także poprzez zwiększenie częstotliwości próbkowania. Ponieważ technologia DVD wykorzystuje kompresję MPEG-2 Audio, m.in. Reprezentacja częstotliwościowo-amplitudowa sygnału przez DCT z późniejszą redundancją redundancji, staje się możliwe efektywne filtrowanie cyfrowe za pomocą cyfrowych procesorów sygnałowych. Pojemność jednowarstwowego dysku DVD wynosi 4,7 GB w porównaniu z 680 MB dysku CD, co pozwala na zapisywanie dużych ilości danych na dysku DVD. Ponieważ jednak te same urządzenia elektroniczne (ADC, DAC itp.) będą używane w rozwiązaniach obwodów, problemy z redukcją jittera itp. również będą dotkliwe. Firmy produkujące podzespoły elektroniczne rozwiążą je, projektując nowocześniejsze i wysokiej jakości urządzenia. Jednocześnie PKD jest najbardziej kompletnym zamiennikiem przestarzałego analogowego sprzętu do odtwarzania dźwięku. literatura 1. Skulkin I. O jakości dźwięku na płytach CD. - Radioamator, 1998, N1.C.19 Autor: W. Fiodorow, Lipieck; Publikacja: N. Bolszakow, rf.atnn.ru
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Połączenie lantanu i wodoru pobiło rekord nadprzewodnictwa ▪ Ładowarka do dowolnych urządzeń przenośnych ▪ Walka z upałem zimnymi dachami ▪ Ochrona organizmu przed negatywnymi skutkami braku snu
▪ sekcja witryny dla radioamatora-projektanta. Wybór artykułu ▪ artykuł autorstwa Ryunosuke Akutagawy. Słynne aforyzmy ▪ artykuł Kto narodził się z Niepokalanego Poczęcia? Szczegółowa odpowiedź ▪ Artykuł jest długi. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Przestrajalny filtr wycinający. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Przedrostek nadawania do magnetofonu. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony