Kódování zvuku

Základní principy

Zvuk je mechanické vlnění prostředí (typicky vzduchu) o frekvenci asi 20 Hz – 20 000 Hz. Vyšší frekvence sluch vnímá jako vyšší tóny.

Při nahrávání zvuku do digitálního zařízení je mechanické vlnění vzduchu převedeno mikrofonem na elektrické napětí. A/D převodník tento spojitý signál převede na binární data. Při přehrávání zvuku se data D/A převodníkem přemění na analogový signál. Jeho výkon se zvětší zesilovačem a může dojít k jeho přehrání reproduktorem, který chvěním membrány opět rozechvěje vzduch.

Kódování zvukové vlny

Vlnění vzduchu je spojité, v každém okamžiku má určitou hodnotu okamžité výchylky. Souvislý je i analogový signál, který je vytvářen např. mikrofonem. Spojitý průběh zvukové vlny je na obrázku znázorněn oranžově. Vodorovná osa vyjadřuje čas, svislá osa okamžitou výchylku signálu.

Digitální zařízení nedokážou zpracovat informaci o zvuku v nekonečném množství okamžiků. Při převádění analogového signálu na digitální se tedy provádí tzv. vzorkování – signál se převede na nespojitý (diskrétní), ten během určitého času vystřídá omezený počet hodnot (na obrázku vyjádřeno modrými body). To souvisí se vzorkovací frekvencí, např. při vzorkovací frekvenci 48 kHz se během sekundy vystřídá 48 000 hodnot vzorku.

Ani okamžitá výchylka signálu nemůže mít neomezené množství hodnot, proto se provádí tzv. kvantování, které souvisí s rozlišením vzorku. Např. rozlišení (vzorku) 4 bit znamená, že okamžitá výchylka vzorku může nabývat 2⁴ = 16 stavů (vizte obrázek).

Při ztrátové kompresi má význam hodnota bitrate (značí přenosovou rychlost). Čím větší je bitrate, tím větším množstvím dat je popsána sekunda zvukového záznamu (např. 320 kb/s je nejvyšší bitrate u souborů mp3).

Kódování tónů

Kromě kompletního záznamu zvukových vln (popsaného výše) může být zvuk reprezentován jako sekvence tónů. To se využívá zejména při skládání hudby či v souvislosti s rozhraním MIDI. V rámci sekvence mohou mít tóny např. různou výšku, délku, hlasitost aj. Těmto tónům je potom „přiřazen“ určitý zvuk, ať už ve formě vzorku či generovaný syntezátorem. Zvuk reprezentovaný jako sekvence tónů (ve formátu MID) se historicky používal např. jako hudební doprovod počítačových her. V současnosti se využívá spíše pro práci se zvukem, výsledné skladby jsou následně vyexportovány ve formě běžného záznamu digitálního signálu.