Аудиосигнал

Аудиосигнал обычно возникает благодаря работе электроакустического преобразователя (микрофон, звукосниматель и др.), который преобразует механические и/или акустические вибрации звука в электрические сигналы. Далее он может быть преобразован в эквивалентный цифровой сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), либо обратно — из цифрового в аналоговый — с помощью декодера (ЦАП). Для прослушивания и мониторинга аудиосигналов необходима обратная конверсия: преобразование электрических сигналов в акустические с помощью громкоговорителей и наушников.

Аудиосигнал может быть сгенерирован и непосредственно электронным устройством, например, музыкальным инструментом (электрофон, синтезатор и др.), либо генератором сигналов/осциллятором различных типов, а также цифровыми устройствами, такими как компьютеры (аудио-софt), или независимыми генераторами, которые часто упрощают (сэмплер) электрокустический сигнал до одной формы волны. Богатство оригинального акустического сигнала сложно воспроизвести в электронной, а тем более в цифровой форме.

Аудиоканалы, по которым передаются сигналы, характеризуются такими параметрами, как полоса частот, мощность в децибелах, причём обычно дБ указываются относительно напряжения сигнала; соотношение между мощностью и напряжением определяется импедансом линии передачи (которая может быть несбалансированной или сбалансированной).

Аудиосигналы должны иметь стандартизированные уровни (по мощности или напряжению) в зависимости от области применения. Выходы профессиональных микшерных консолей обычно обеспечивают высокие линейные уровни, тогда как бытовая аудиотехника — стандартные линейные уровни. Различные микрофоны и звукосниматели, как правило, выдают гораздо более низкие уровни, известные как микрофонные.

Сигнальный тракт — это термин, используемый для описания пути, по которому проходит аудиосигнал внутри аудиосистемы, то есть от источника (например, микрофон или другое устройство) до приёмника или выходного устройства (например, громкоговоритель, рекордер и др.). Тракт может быть коротким и простым, как в домашней студии, или длинным и сложным, как в студии звукозаписи или на крупных концертах. В таких случаях электрический или цифровой сигнал может проходить через различные секции больших микшерных консолей (аналоговых или цифровых), аудиопроцессоры и даже разные помещения.

Аудиосигналы можно условно разделить на аналоговые и цифровые: первые являются реальными и представляют собой модуляцию электрического напряжения, вторые — абстрактными, состоящими из последовательностей двоичных чисел, представляющих дискретные отсчёты исходного электрического сигнала. Аудиосигналы преобразуются в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразования — дискретизации и квантования (или других методов), что позволяет использовать преимущества цифровой обработки (которая радикально изменила современный мир) — с помощью цифровых звуковых рабочих станций (DAW) и различного аудио-редактора (например, Pro Tools, Apple Logic Pro и др.), а также плагинов и т. д.

В более общем смысле, Цифровое аудио используется любым цифровым устройством, способным записывать, принимать, передавать и воспроизводить аудиосигналы: смартфонами, компьютерами, а также различным программным обеспечением для записи и воспроизведения аудио/видео, в том числе в потоковом режиме (Spotify, YouTube и др.).

Однако цифровой аудиосигнал может только передаваться, но не изменяться, когда он находится в оптической форме (ADAT, S/PDIF), либо в электрической — по коаксиальным кабелям (S/PDIF), сбалансированным линиям/XLR (AES/EBU), другим многожильным двунаправленным системам (TDIF^[2]), а также по Ethernet, особенно в случае крупных цифровых микшерных пультов. Для того чтобы аудиосигнал стал слышимым для человека, цифровой сигнал должен быть сначала преобразован в электрический с помощью ЦАП, а затем — в акустический с помощью электроакустических преобразователей (громкоговорители и наушники).

Согласно теореме Найквиста — Шеннона, минимальная частота дискретизации, необходимая для «адекватного» восстановления аналогового аудиосигнала, должна быть не менее чем вдвое выше верхней границы слышимого диапазона (20 кГц), то есть около 40 кГц. Однако эта теорема не учитывает некоторые особенности акустической волны и человеческого слуха, поэтому на практике этого часто недостаточно, и частоты дискретизации 384 кГц оказываются значительно более качественными и достоверными.

Наиболее часто используемые частоты дискретизации превышают 40 кГц^[3], даже в форматах с потерями:

• 44,1 кГц — стандарт red-book для CD-Audio,
• 48 кГц — один из стандартов для профессионального аудио (например, ADAT, DAT и др.),
• 96 кГц — для DVD-Audio или Blu-ray Disc,
• 192 кГц — для DVD-Audio (только стерео) и современных профессиональных цифровых консолей,
• 384 кГц — для «жидкой музыки» и ресемплинга в аудиоредакторах.

Глубина цифрового аудиосигнала обычно составляет 16, 24 или 32 бита на отсчёт.