Analóg jelek
Az analóg jelek időben folytonosak és a minimális és maximális érték között minden értéket felvehetnek. A fizikai folyamatok mindig analóg folyamatok a jelen világban, ezért amikor analóg dolgokról beszélünk, akkor bármilyen a hétköznapokban lezajló folyamatot megemlíthetünk.
Hogy a zenekészítés területére evezzünk, amikor egy hangszerrel megszólaltatunk egy hangszert, akkor egy időben folytonos analóg folyamat megy végbe. Például egy húros hangszert megpengetünk, vagy vonóval megszólaltatunk, akkor a hangszer húrja elkezd rezegni. A pengetés is eltart egy ideig, vagyis a semmiből gyors hangosodással kezd szólni. A hang gyorsabban vagy lassabban erősödik, majd egy leghangosabb állapot után elkezd halkulni, míg végül a hangerő leesik nullára. A minimum a hangerő nulla állapota, a maximum pedig az, amivel a hangszer szólni képes.
Az akusztikus hangszerek esetén a rezgő húr átadja az energiáját a hangszer testének - ami általában fából készül - a hangszer teste pedig kisugározza ezt az energiát a környezetének.
Amikor szúdióban rögzítjük a hangot, akkor valamilyen eszközzel a hangszer hangját elektromos jelekké alakítjuk. Az átalakító lehet mikrofon, vagy egy gitár pick-up-ja. Az így keletkező elektromos jel is még analóg, jó esetben a jel arányos lesz a hang intenzitásával, hangerejével.
Régen az így keletkezett elektromos jellel felmágneseztek mágnesszalagokat és így rögzítették a zenét - analóg módon.
Digitális jelek
A digitális jelek időben nem folytonosak, a minimális és a maximális érték között csak meghatározott számú diszkrét értékeket vehetnek fel. A digitális jelsorozatok általában analóg jelsorozatok konverziójával jönnek létre.
Analóg-Digitál átalakítás
Manapság azonban az analóg jeleket digitálisan rögzítjük, vagyis átalakítjuk. Ez mit is jelent.
Az átalakítás során egy olyan eszközt használunk - Analóg Digitál átalakító - AD konverter - , amely a bejövő analóg elektromos jelből kicsiny időközönként mintát vesz és a mintát összehasonlítja előre megadott feszültségértékekkel és az összehasonlítás után a kimenetén megjelenik az a digitális értéke - szám, amely az összehasonlítás eredményeként legjobban jellemzi az adott pillanatban a bejövő jelet.
A stúdió szoftver ezt az értéket rögzíti az informatikai rendszerrel, például egy hangfájl következő elemeként. Ez a fájl tehát az eredeti analóg jelnek a digitális változata lesz. az átalakításnak azonban vannak veszteségei és egyéb tulajdonságai:
Kvantálásnak hívjuk azt, amikor megmondjuk, hogy a minimális és a maximális hangerő között hányféle hangerőt veszünk figyelembe.
Ezt az informatikában úgy hívjuk, hogy hány bites lesz a minta. Jellemzően 8, 16, 24 esetleg 32 bites mintákkal dolgoznak a stúdiókban. Minél nagyobb szinttel hasonlítjuk össze az analóg értéket, annál pontosabban fogja a digitális érték jellemezni az eredeti analóg jelet. ez azonban azt jelenti, hogy a nagyobb minták több helyet foglalnak el a háttértáron!
Mintavételi frekvencia. Ez az érték azt jelenti, hogy másodperenként hányszor vesz az eszköz mintát a bejövő analóg jelből.
Minél gyakrabban veszünk mintát, a születő adatok annál inkább lekövetik az eredeti analóg jel időbeni lefolyását. Ráadásul van egy túlmintavételezési szabály, hogy a mintavételezésnek legalább kétszer olyan gyakoribbnak kell lennie, mint a legmagasabb frekvencia, amit le akarunk digitalizálni. A gyakoribb mintavétel azonban több adatot eredményez, amely több helyez foglal majd el.
Konkrétan:
- A mai gyakorlat az, hogy 16, 24 bites mintákkal dolgoznak a stúdiók
- A mintavételezési frekvencia pedig 44 100 Hz vagy 48 000 Hz.
A fenti értékek azt biztosítják, hogy a kvantálás miatt a leghalkabb és leghangosabb minták is 216 vagy 224-en értéket vehetnek fel. A leghalkabb és leghangosabb érték között 1 millió illetve 4 milliárdszoros különbség van. A második érték az emberi fül esetén az alig hallható lágy tücsökciripeléstől a repülőgép motor süvítéséig terjedő tartományt jelenti, vagyis elegendő.
A digitális jelek nem felelnek meg teljesen az eredeti analóg jeleknek, de hasonlítanak hozzá!
A stúdiókban azonban a CD minőség esetén csak 16 bites végeredmény jön létre, ami a hallgatható zene esetében is elegendő.
A mintavételezési frekvencia esetén a 44 100 Hz elég lenne, mivel az emberi fül legfeljebb 20 000 Hz-es hangot hall, de vannak olyan jelenségek, amelyek a határfrekvencia - a legmagasabb rögzíthető frekvencia - közelébe eső jelek esetén a felvett anyagba zavaró értékeket visznek be. Ha két egymáshoz közeli frekvenciájú jelet egyszerre veszünk fel, akkor a felvételben megjelenik a két jel összege és különbsége is. Például, ha felveszünk egy 19 900 Hz-es és egy 19 910 Hez es jelet, akkor megjelenik a 39 810 Hz is a felvételben és a 10 Hz-es jel is! Míg a magas frekvencia nem számít, mert a rendszer nem tudja rögzíteni, addig az alacsony jelet rögzíteni fogja, pedig ilyen a két hangforrásban nincs is! Minél jobban kitoljuk a határfrekvenciát, annál jobban lecsökken ennek a jelenségnek a lehetősége.
A végeredmény tehát egy fájl lesz, amely monó felvétel esetén 24 bit és 48 000 Hz esetén másodpercenként kb. 150 kB adatot fog tartalmazni vagyis percenként 9 MByte adatot tartalmaz. Mivel gyakran sztereó felvételeket készítünk, ezért gyakran 18 MB lesz egy felvétel percenként.
Digitál-analóg átalakítás
Mivel a digitális jeleket nem tudja a fülünk közvetlenül értelmezni, ezért szükség van arra, hogy a jeleket visszaalakítsuk analóg elektromos jelekké, amelyet aztán erősítőn átvezetve egy hangszóró segítségével sugárzunk ki.
Hogyan működik ez?
A jeleket tároló fájlból egy szoftver beolvassa a számokat és bevezeti egy olyan áramkörbe, amely a számokkal arányos feszültségeket állít elő. Fontos, hogy a fájlban legyen benne, hogy milyen a mintavételezési frekvencia, vagyis a feszültségek is olyan gyorsan jöjjenek létre, mint ahogyan a felvételnél volt.
Az átalakító eszköz kimenetén megjelenik a megfelelő feszültség is. Hogy a kimenetben ne legyenek zavaró átmeneti értékek, ezért gyakori, hogy a kimeneten egy megfelelő szűrővel levágják az esetlegesen megjelenő magas frekvenciás zajokat.
Az ilyen folyamat végeredménye tehát az eredeti analóg jelhez nagyon hasonló analóg jelet állít elő, de a kettő azért nem lesz ugyanaz!!!
Mivel a digitál - analóg átalakításnál előfordulhat és elő is fordul, hogy a kimeneten 0 feszültség jelenik meg, ezért a hang ilyenkor természetellenes csendet eredményez az analóg rendszeren. Mivel a természetben nincsen olyan, hogy csend lenne, ezért kitalálták a dithering effektust, amelynek lényege, hogy a D/A átalakítás végén egy kis halk véletlenszerű zajt kevernek a jelhez és ilyen módon teszik a kimenetet természetesebbé.
A stúdiótechnikában a ditheringet azonban csak a masterelésnél szabad használni, mert ha közbeeső fázisnál zajt keverünk a felvételhez, akkor a különböző forrásokból származó zajok összeadódnak és felerősítik egymást.