Wystarczy nacisnąć przycisk nagrywania w programie DAW, zagrać akord na gitarze lub zagrać na piszczałce do mikrofonu, by jak za dotknięciem czarodziejskiej różdżki wszystko pojawiło się na ekranie i było gotowe do manipulacji zgodnie z naszymi dźwiękowymi zachciankami.

Ale co tak naprawdę się stało?

Jeśli kiedykolwiek zastanawiałeś się, w jaki sposób sygnał analogowy jest przekształcany w sygnał cyfrowy, ten artykuł jest dla Ciebie - przechodzimy w tryb głębokiego nerda, aby w pełni zrozumieć, jak działają konwertery analogowo-cyfrowe.

A jeśli do tej pory nie poświęcałeś temu procesowi zbyt wiele uwagi, ten artykuł jest właśnie dla Ciebie! Zrozumienie, w jaki sposób sygnał analogowy zamienia się w cyfry binarne, jest fundamentalnie ważne dla każdego muzyka.

Dlaczego każdy muzyk powinien znać konwertery analogowo-cyfrowe?

Za każdym razem, gdy nagrywasz sygnał analogowy - lub nawet używasz próbek pochodzących z rzeczywistych dźwięków - korzystasz z konwerterów analogowo-cyfrowych.

Powiedzmy, że nagrałeś ostrą solówkę gitarową lub samplowałeś chrapanie swojego psa - to nie ma znaczenia.

Za kulisami, kluczowa technologia pracowała w nadgodzinach, aby przekształcić analogowy sygnał wejściowy - naturalny przepływ energii elektrycznej pochodzącej z mikrofonu lub instrumentu - w cyfrową reprezentację, którą Ableton lub Logic (lub jakikolwiek inny DAW, na którym aktualnie się poruszasz) może faktycznie zrozumieć.

Nieznany bohater w tym wszystkim? Przetwornik analogowo-cyfrowy, w skrócie ADC.

Niezależnie od tego, czy nagrywasz w studio w sypialni, czy miksujesz w profesjonalnym obiekcie, zawsze używasz przetworników ADC. Znajdują się one w interfejsie audio, na karcie dźwiękowej, a nawet w mikrofonie telefonu.

Za każdym razem, gdy forma napięcia analogowego wchodzi do danego systemu (np. głos do mikrofonu), jest natychmiast próbkowana, krojona, mierzona i przekształcana w dane cyfrowe.

Jak więc działa przetwornik ADC i dlaczego ma znaczenie dla muzyków? Prawdopodobnie już myślisz w kategoriach ADC - niezależnie od tego, czy zdajesz sobie z tego sprawę, czy nie. Ten przewodnik przeprowadzi Cię przez proces konwersji w prostym języku angielskim, wykorzystując rzeczywiste przykłady muzyczne, aby wyjaśnić, co dzieje się na każdym kroku.

Odsłońmy zasłonę najważniejszego elementu technologii, o którym nie wiedziałeś, że używasz go każdego dnia.

Analogowe vs cyfrowe: Co i tak konwertujemy?

Zanim przejdziemy do sedna tego, jak działają przetworniki analogowo-cyfrowe, najpierw zrozummy, co one konwertują - sygnały analogowe na sygnały cyfrowe.

The Analog Signal: Muzyka w jej naturalnym środowisku

W prawdziwym świecie każdy dźwięk - twój głos, szarpnięcie gitary akustycznej lub uderzenie bębna - jest zawsze analogowy. Oznacza to, że porusza się w sposób ciągły, jak gładka fala. Kiedy są to czyste tony, nazywamy je sinusoidami i reprezentują one amplitudę sygnału (głośność, dla prostych ludzi takich jak ja) mierzoną w czasie.

Kiedy mówisz lub grasz na instrumencie, fale dźwiękowe, które wytwarzasz, powodują ruch otaczającego powietrza, które z kolei porusza się względem inteligentnych elementów wewnątrz uszu; w ten sposób słyszymy dźwięk.

Gdy nagrywasz to samo, mikrofon przechwytuje drgania powietrza i zamienia je w niewielki prąd elektryczny. Ten prąd jest znany jako analogowy sygnał wejściowy, a napięcie, które przenosi, nazywane jest analogowym napięciem wejściowym (lub czasami po prostu napięciem analogowym).

Napięcie to zmienia się w sposób ciągły; każdy oddech, każde szarpnięcie struny, każdy niuans fizycznego wykonania istnieje w tym przepływającym sygnale. Zakres napięcia sygnału analogowego odzwierciedla zmienną głośność dźwięku. Zadaniem konwerterów analogowo-cyfrowych jest pobranie tej analogowej wielkości i przetłumaczenie jej na coś, z czym może pracować system cyfrowy (taki jak komputer lub telefon).

Sygnał cyfrowy: Binary in a Box

W przeciwieństwie do ludzkich uszu, komputery nie rozumieją gładkich, ciągłych fal. Ich metodą komunikacji jest wyjście binarne - sygnał, który reprezentuje informacje przy użyciu tylko dwóch stanów; zazwyczaj zera i jedynki. W ten sposób otrzymujemy sygnał cyfrowy. Jest to zestaw małych, drobnych kroków, które próbują naśladować oryginalny sygnał za pomocą serii stałych wartości.

Aby przechowywać, wyświetlać lub manipulować muzyką w formie cyfrowej, musimy przekonwertować płynny sygnał analogowy na reprezentację cyfrową - ciąg liczb, który DAW, wtyczki i dyski twarde mogą zrozumieć.

I o to właśnie chodzi w konwersji analogowo-cyfrowej.

Prawdopodobnie widziałeś już ten proces w akcji; kiedy nagrywasz analogowy sygnał wejściowy przez interfejs audio i obserwujesz, jak ładny kształt fali pojawia się jak magia na stronie aranżacji twojego DAW. Ten cyfrowy wyświetlacz próbkowanego sygnału jest fajny i w ogóle, ale za tą grafiką kryje się długi ciąg kodu binarnego reprezentujący sygnał wyjściowy z przetwornika ADC interfejsu.

Analogia do świata rzeczywistego: Winyl kontra Spotify

Pomyśl o sygnale analogowym jak o płycie winylowej: ciągły rowek, za którym fizycznie podąża igła, aż do końca płyty. Z drugiej strony, sygnał cyfrowy jest jak strumieniowy plik muzyczny - pocięty na kawałki, zmierzony, przechowywany i wysyłany do głośników przy użyciu samych liczb.

Winyl jest pięknie szczegółowy, ale delikatny i niełatwo się nim dzielić. Potrzebny jest sam winyl oraz coś, na czym można go odtworzyć, a obie te rzeczy muszą znajdować się w tym samym pomieszczeniu, co osoba, której chcemy go udostępnić. Co więcej, nie można go edytować.

Cyfrowa wersja kodu binarnego może pomijać pewne niuanse, ale jest edytowalna i gotowa do użycia w programie DAW. A jeśli masz partnera produkcyjnego na drugim końcu świata, możesz wysłać mu plik do pracy.

Oto moc przetworników analogowo-cyfrowych. Ka-pow!

Praca przetworników analogowo-cyfrowych (wyjaśniona dla muzyków)

Warto w tym miejscu zauważyć, że przetworniki analogowo-cyfrowe nie są wykorzystywane wyłącznie w audio. Wiele rzeczy w świecie fizycznym ma wartość analogową. W rzeczywistości wszystko, co można zmierzyć - czy to dźwięk, światło, temperatura, czy nawet ruch - ma sygnał analogowy, który można przekonwertować na sygnał cyfrowy.

Zasada jest taka sama: pobranie oryginalnego sygnału analogowego z jego zmiennymi poziomami napięcia i przekształcenie go w cyfrowy kod wyjściowy, który można łatwo przechowywać i edytować.

Ale wszyscy jesteśmy muzykami (nawet ty, Nickelback), więc przeanalizujmy dokładnie, co konwertery analogowo-cyfrowe robią z twoją muzyką.

Za każdym razem, gdy podłączasz mikrofon lub instrument, wejście analogowe wchodzi do interfejsu audio. Sygnał ten jest kształtem fali elektrycznej - w zasadzie ruchomą wartością napięcia, która odzwierciedla dźwięk w czasie rzeczywistym. Zadaniem przetwornika ADC jest próbkowanie tego napięcia wejściowego i przypisanie mu liczby zrozumiałej dla komputera.

W ten sposób przechodzimy od sygnału analogowego do wyjścia cyfrowego. Proces ten składa się z trzech głównych etapów: próbkowania, kwantyzacji i kodowania.

Krok 1: Pobieranie próbek - czas krojenia

W pierwszym kroku, próbkowaniu, przetwornik ADC dokonuje pomiaru amplitudy sygnału (napięcia) w regularnych odstępach czasu. Odbywa się to wiele tysięcy razy na sekundę - częstotliwość próbkowania nazywana jest częstotliwością próbkowania.

Dźwięk o jakości CD wykorzystuje częstotliwość próbkowania 44 100 próbek na sekundę - lub 44,1 kHz. Wyższe częstotliwości próbkowania (takie jak 48 kHz lub 96 kHz ) zapewniają więcej szczegółów i rejestrują wyższe częstotliwości. Wynika to z koncepcji zwanej Twierdzeniem Nyquista, która mówi, że można rejestrować częstotliwości tylko do połowy częstotliwości próbkowania.

Teoretycznie więc, jeśli muzyka składa się w całości z tonów w zakresie 5-10 kHz (co ty sobie myślisz?), do jej dokładnego nagrania potrzebna jest częstotliwość próbkowania co najmniej 20 kHz.

Krok 2: Kwantyzacja - pomiar napięcia

Po pobraniu próbki przetwornik ADC porównuje napięcie wejściowe z poziomem napięcia odniesienia. Zakres od zera woltów do napięcia odniesienia jest podzielony na stałe kroki. Każdy z tych kroków reprezentuje określoną liczbę cyfrową.

I tutaj napotykamy małe niedopasowanie - znane jako błąd kwantyzacji. Dzieje się tak, ponieważ sygnał analogowy może znajdować się pomiędzy dwoma krokami cyfrowymi, jak pokazano poniżej.

W tym miejscu ważna staje się głębia bitowa. 16-bitowy przetwornik ADC zapewnia 65 536 kroków, podczas gdy 24-bitowy przetwornik ADC zapewnia ich ponad 16 milionów. Oczywiście (przynajmniej w tym przypadku) więcej znaczy lepiej. Im więcej kroków, tym dokładniejszy proces konwersji.

Dla muzyków oznacza to lepszą szczegółowość w łagodniejszych fragmentach i więcej przestrzeni w głośniejszych.

Krok 3: Kodowanie - wyjście binarne

Gdy przetwornik ADC ustali, do którego stopnia należy sygnał, konwertuje ten poziom na cyfrowy kod binarny - ciąg zer i jedynek, które reprezentują kod wyjściowy.

Są to ostateczne dane cyfrowe odbierane przez DAW. Od tego momentu oryginalny sygnał analogowy jest zachowywany jak najwierniej w formie cyfrowej.

Putting it Together: Wokalne ujęcie w ruchu

Jako przykład, powiedzmy, że nagrywasz wokal. Chcesz uzyskać jak najwięcej szczegółów, nie tracąc przy tym miejsca na dysku, więc ustawiasz częstotliwość próbkowania na 48 kHz, a głębię bitową na 24.

Mikrofon rejestruje sygnał analogowy - subtelne zmiany ciśnienia powietrza w kapsule mikrofonu jako napięcie analogowe - innymi słowy, sygnał analogowy jest mierzony jako napięcie.

To analogowe napięcie wejściowe jest próbkowane 48 000 razy na sekundę, a każdy wycinek (próbka) jest mierzony względem napięcia odniesienia, konwertowany na liczbę cyfrową i wysyłany do DAW jako cyfry binarne.

Mamy teraz sygnał cyfrowy, który wygląda i brzmi jak płynny, ciągły kształt fali, ale w rzeczywistości jest strumieniem kodu.

Wszystko to dlatego, że zaufany przetwornik ADC przetłumaczył wartość analogową na coś, co komputer może przetworzyć.

Wewnętrzne przetworniki analogowo-cyfrowe - komponenty i proces

Do tej pory przyglądaliśmy się ogólnemu obrazowi - co wchodzi i co wychodzi. Ale w jaki sposób konwertery analogowo-cyfrowe faktycznie to wszystko robią?

Wewnątrz każdego przetwornika ADC znajduje się super inteligentny obwód elektroniczny, który obsługuje całą magię. Przekształca on stale zmieniający się sygnał analogowy w sferę cyfrową, jedną migawkę na raz. Przyjrzyjmy się bliżej temu, co się dzieje.

Komparator: Decydent napięcia

Sercem przetwornika ADC jest tak zwany komparator. Komparator porównuje napięcie wejściowe z napięciem odniesienia, zadając proste pytanie: "Czy to napięcie wejściowe jest wyższe czy niższe od napięcia odniesienia?".

To porównanie jest sposobem, w jaki ADC zaczyna ustalać, jaką wartość cyfrową przypisać do każdej próbki analogowej. Za każdym razem, gdy mikrofon lub instrument wytwarza napięcie (tj. dźwięk), komparator porównuje je ze stale zmieniającym się napięciem wewnętrznym. Gdy napięcie kondensatora odpowiada napięciu na wejściu, system blokuje odpowiedni kod cyfrowy.

Kondensator i schody napięciowe

W zależności od typu przetwornika ADC, do generowania napięcia porównawczego stosowane są różne metody. Powszechnie stosowaną metodą jest rejestr SAR (Successive Approximation Register).

W przetworniku ADC z kolejnym przybliżeniem, konwerter wykorzystuje niewielki kondensator do utrzymywania ładunku napięcia. Porównuje on sygnał wejściowy z serią poziomów napięcia, działając jak gra w zgadywanie:

1. Zaczyna się od odgadnięcia środka zakresu napięcia.
2. Jeśli wartość analogowa jest wyższa, dostosowuje przypuszczenie w górę.
3. Jeśli jest niższy, dostosowuje się w dół.
4. Trwa to do momentu znalezienia najbliższego dopasowania.

Dość sprytny ruch tam i z powrotem jest napędzany przez impulsy zegarowe - maleńkie znaczniki czasu, które zapewniają, że wszystko pozostaje zsynchronizowane. Każdy impuls zegarowy przybliża przetwornik ADC o jeden krok do ostatecznego wyjścia cyfrowego.

Czytanie o tym procesie nie oddaje go w pełni. Dzieje się to w niewiarygodnie szybkim tempie - miliony razy na sekundę - i skutkuje bardzo dokładną cyfrową reprezentacją muzyki.

Przetworniki ADC z rampą i podwójnym nachyleniem

Istnieją inne sposoby generowania napięcia porównawczego, w tym metoda napięcia rampy i przetworniki ADC o podwójnym nachyleniu. Są one częściej stosowane w inżynierii elektrycznej - testowanie sprzętu, kontrolowanie procesów, woltomierze cyfrowe i tym podobne - ale idea jest taka sama: porównanie napięcia wejściowego ze zmieniającym się odniesieniem, aż do znalezienia dopasowania.

Na przykład, w przetworniku o podwójnym nachyleniu, sygnał wejściowy ładuje kondensator przez określony czas, a następnie napięcie odniesienia rozładowuje go. Czas potrzebny do powrotu do zera daje końcową liczbę cyfrową - coś w rodzaju stopera dla dźwięku lub czegokolwiek, co mierzysz.

Chociaż nie są to typy komparatorów, które można znaleźć w przeciętnym interfejsie audio, pomaga to pokazać, że istnieje wiele ścieżek do tego samego celu: konwersji ciągłego na policzalne.

Przetworniki ADC w interfejsach audio

Jak działa przetwornik ADC w interfejsie audio? Układ ADC odbiera napięcie wejściowe ze stopnia przedwzmacniacza. Następnie (szybko) porównuje amplitudę sygnału z wartościami referencyjnymi, przypisuje kod cyfrowy i przekazuje go do programu DAW. Wszystko to dzieje się tak szybko, że system rejestruje wszystko w czasie rzeczywistym, prawie bez zauważalnego opóźnienia.

Kiedy mówi się o wydajności przetwornika ADC lub jego rozdzielczości, chodzi o to, jak szybko i precyzyjnie działa ten proces. Lepszej jakości przetwornik ADC wierniej przechwytuje oryginalny sygnał, z mniejszymi błędami kwantyzacji i szerszym zakresem napięcia.

Co dzieje się później? Wyjaśnienie odtwarzania

OK, nagrałeś klasyczną linię syntezatora, partię wokalną lub mocny basowy groove. Konwerter analogowo-cyfrowy przechwycił każdy analogowy sygnał wejściowy, pociął go w czasie i wypluł jako sygnał cyfrowy w postaci strumienia 1 i 0. I co teraz?

Aby odtworzyć ten dźwięk, musimy odwrócić ten proces. W tym celu należy zastosować przetwornik cyfrowo-analogowy (DAC).

Od cyfrowego do analogowego - zadanie przetworników cyfrowo-analogowych

Jeśli myślisz o przetworniku ADC jako tłumaczu dla mikrofonu lub instrumentu, przetwornik DAC jest tłumaczem dla urządzeń analogowych. Pobiera ciąg kodu binarnego (dane cyfrowe) i rekonstruuje sygnał napięciowy, który jest zbliżony do oryginalnej wydajności. To odtworzone wyjście analogowe jest tym, co wychodzi z monitorów studyjnych i słuchawek.

Podobnie jak przetworniki ADC, przetworniki DAC działają z dyskretnym sygnałem czasowym, generując nowy poziom napięcia wyjściowego przy każdym takcie zegara, w oparciu o przychodzący kod cyfrowy. Ta klatka schodowa napięć tworzy sygnał wyjściowy, który po wygładzeniu staje się ponownie ciągły.

Gładkość ma znaczenie - filtrowanie i interpolacja

Chodzi o to, że gdy przetwornik cyfrowo-analogowy odtwarza oryginalny sygnał analogowy, wynikiem jest schodkowy kształt fali, a nie gładka krzywa analogowa, taka jak ta, którą pierwotnie odtwarzałeś. Przypomina to bardziej postrzępiony kontur niż płynne pociągnięcie pędzlem.

Aby temu zaradzić, przetwornik cyfrowo-analogowy przesyła sygnał przez filtr dolnoprzepustowy, aby usunąć wszelkie artefakty o wysokiej częstotliwości spowodowane "nagłymi" krokami. Filtr ten wygładza szorstkie krawędzie, aby wytworzyć sygnał analogowy, który twoje uszy zaakceptują jako bardziej naturalnie brzmiący.

Niektóre systemy wykorzystują również interpolację do oszacowania, jak powinien wyglądać kształt fali pomiędzy próbkowanymi migawkami, co jeszcze bardziej poprawia wynik.

I właśnie dlatego sygnał wyjściowy interfejsu audio brzmi płynnie i muzykalnie, a nie robotycznie i pikselowo. Wysokiej jakości przetworniki cyfrowo-analogowe mogą być bardzo bliskie odtworzenia oryginalnego sygnału analogowego, zwłaszcza jeśli został on nagrany z wysoką częstotliwością próbkowania i głębią bitową.

Podróż w obie strony: ADC + DAC w produkcji muzycznej

Podsumujmy więc, jak wygląda pełna podróż w obie strony dla Twojej muzyki.

1. Mikrofon lub instrument wysyła analogowe wejście do interfejsu audio.
2. Przetwornik ADC próbkuje go, przypisując wartości cyfrowe w oparciu o poziomy napięcia odniesienia.
3. Wynikowy sygnał cyfrowy jest wysyłany do programu DAW.
4. DAW przetwarza cyfrową reprezentację w czasie rzeczywistym podczas dodawania efektów, edycji lub aranżacji.
5. Po naciśnięciu przycisku odtwarzania przetwornik DAC konwertuje informacje cyfrowe z powrotem na wyjście analogowe.

Pętla ta stale występuje w systemach wbudowanych, konsolach mikserskich i urządzeniach na żywo. Za każdym razem, gdy sygnał przechodzi z analogowego do cyfrowego i z powrotem, przetworniki ADC i DAC działają w tandemie.

Dlaczego ma to znaczenie dla muzyków

Bardzo dobrze jest wiedzieć, jak powstaje kiełbasa i tak dalej, ale jakie są praktyczne skutki dla muzyków?

• Niskie opóźnienia mają znaczenie podczas śledzenia wokali lub instrumentów na żywo.
• Rozdzielczość przetwornika ADC może mieć wpływ na ciche występy lub te z subtelną dynamiką
• Dokładne przetworniki cyfrowo-analogowe zapewniają doskonałe brzmienie miksów na wszystkich systemach odtwarzania.

Jeśli przetwornik ADC lub DAC nie sprosta zadaniu, utracisz szczegóły, wprowadzisz szumy lub artefakty lub podejmiesz złe decyzje dotyczące miksu w oparciu o niedokładne odtwarzanie. Właśnie dlatego profesjonalne interfejsy - a nawet urządzenia analogowe z wbudowanymi przetwornikami - często reklamują swoją rozdzielczość ADC, zakres napięcia i dokładność napięcia odniesienia.

DAC ≠ ADC

Warto zauważyć, że konwertując sygnał cyfrowy z powrotem na analogowy, nie cofasz pracy wykonanej początkowo przez przetwornik ADC. Po przekonwertowaniu sygnału analogowego występuje pewna ilość błędów kwantyzacji i potencjalnie utrata danych, która jest nieodwracalna. Przetwornik cyfrowo-analogowy po prostu odbudowuje najlepszą możliwą analogową wersję wyjścia systemu cyfrowego.

To jak robienie zdjęcia; bez względu na to, jak zaawansowana jest technologia, nie może odtworzyć każdej cząsteczki w oryginalnej scenie. Ale przy wystarczającej rozdzielczości i staranności może być bardzo blisko. W każdym razie wystarczająco blisko dla jazzu.

Co decyduje o jakości i dokładności ADC?

Podobnie jak gitarzyści, nie wszystkie przetworniki analogowo-cyfrowe są sobie równe. Jakość nagrań - od chrupkości werbla, po jakość oddechu wokalu - zależy od tego, jak dokładnie przetwornik ADC przechwytuje sygnał analogowy i przekłada go na system cyfrowy.

Oto, co jest najważniejsze:

Rozdzielczość: Bity i szczegóły

Rozdzielczość przetwornika ADC jest zwykle mierzona w bitach - co informuje, ile wartości cyfrowych jest dostępnych do reprezentowania sygnału wejściowego.

• 8-bitowy przetwornik ADC może wygenerować 256 wartości.
• 16-bitowy przetwornik ADC daje 65 536 wartości.
• 24-bitowy przetwornik ADC może obsłużyć ponad 16 milionów dyskretnych kroków.

Każdy dodany bit podwaja liczbę możliwych kodów cyfrowych. Więcej kodów = większa dokładność i niższy błąd kwantyzacji - ta nieunikniona różnica między rzeczywistym napięciem analogowym a najbliższą wartością cyfrową.

W muzyce większa rozdzielczość oznacza:

• Ciche szczegóły są zachowane
• Miękkie pogłosy i ogony nie gubią się
• Można miksować głośniejsze sygnały bez zniekształceń lub przesterowań.

W przypadku bardzo dynamicznej muzyki, takiej jak jazz i muzyka orkiestrowa, wyższa głębia bitowa zapewnia więcej przestrzeni i finezji.

Częstotliwość próbkowania: Time Slicing

Przetwornik ADC nie tylko mierzy napięcie wejściowe, ale także wie, kiedy je mierzyć. Jest to częstotliwość próbkowania, mierzona w kHz.

Standardowe wartości używane w muzyce to:

• 44,1 kHz (jakość CD)
• 48 kHz (standard wideo i transmisji)
• 96 kHz (dźwięk wysokiej rozdzielczości, szczególnie wśród projektantów dźwięku)

Częstotliwość próbkowania określa, jak często przetwornik ADC wykonuje migawkę przychodzącego sygnału na sekundę. Jak wspomniano wcześniej, częstotliwość próbkowania musi być co najmniej dwa razy większa od najwyższej częstotliwości sygnału, aby dokładnie go odtworzyć.

Ponieważ ludzki słuch generalnie osiąga szczyt w okolicach 20 kHz, minimalna częstotliwość próbkowania potrzebna do przechwycenia wszystkiego, co moglibyśmy usłyszeć, wynosi 2 x 20 kHz, czyli 40 kHz. Dodając do tego pewien zapas na błąd kwantyzacji, otrzymujemy 44,1 kHz - złoty standard w czasach, gdy na rynku pojawiły się płyty CD, a przetworniki ADC były nowością.

Jeśli nagrywasz z wyższą częstotliwością próbkowania, przechwytujesz więcej wycinków kształtu fali; w efekcie generując więcej szczegółów na temat przychodzącego sygnału. Jest to szczególnie przydatne w przypadku:

• Ostre transjenty (takie jak uderzenia werbla lub szarpane struny)
• Instrumenty z dużą ilością wysokich częstotliwości, takie jak talerze.
• Rozciąganie w czasie lub zmiana wysokości dźwięku w postprodukcji - szczególnie przydatne w projektowaniu dźwięku.

Jednak wyższe częstotliwości próbkowania zwiększają rozmiary plików i obciążenie procesora, więc trzeba znaleźć równowagę między jakością a praktycznością.

Napięcie odniesienia i zakres napięcia

Przetwornik ADC działa poprzez porównanie napięcia wejściowego z napięciem odniesienia. Określa to górną granicę tego, co przetwornik może faktycznie zmierzyć.

Wyobraź sobie, że masz zakres napięcia 0-5V:

• Każdemu sygnałowi wejściowemu w tym zakresie można przypisać numer cyfrowy.
• Wszystko powyżej napięcia odniesienia zacina się lub zniekształca.
• Zbyt niska wartość może nie zostać wyraźnie zarejestrowana.

W przypadku urządzeń muzycznych napięcia są zazwyczaj niskie - często w zakresie od miliwoltów do woltów - a przetwornik ADC jest odpowiednio skalibrowany.

Dobry projekt dopasowuje zakres przetwornika ADC do poziomu wyjściowego sprzętu. Dlatego też interfejsy audio mają przełączane zakresy wejściowe - takie jak przełącznik Hi-Z lub stopnie wzmocnienia; utrzymują one sygnał bezpiecznie w znanym poziomie napięcia odniesienia.

Błąd kwantyzacji: Nieunikniony kompromis

Ponieważ przetworniki ADC zaokrąglają każdą wielkość analogową do najbliższego kroku cyfrowego, zawsze wystąpi niewielka ilość błędów. Jest to błąd kwantyzacji, który objawia się jako zniekształcenia niskiego poziomu lub szum.

Dobrej jakości przetworniki ADC:

• Użyj ditheringu, aby randomizować i wygładzić błąd.
• Oferuj wyższą rozdzielczość, aby zminimalizować jego słyszalność.
• Posiadają zoptymalizowane obwody elektroniczne, które redukują szumy wewnętrzne.

W sprzęcie wysokiej klasy jest to część tego, co sprawia, że nagrania brzmią płynniej lub "drożej".

Przetworniki ADC w świecie rzeczywistym - poza specyfikacją

A to jeszcze nie wszystko! Podczas omawiania zalet różnych przetworników ADC można usłyszeć takie terminy jak:

• Stosunek sygnału do szumu (SNR) - jak czysty jest sygnał.
• Całkowite zniekształcenia harmoniczne (THD) - jak wiernie konwerter danych unika dodawania kolorów.
• Liniowość - jak równomiernie analogowe poziomy napięcia są odwzorowywane w sferze cyfrowej.
• Clock Jitter - błędy taktowania, które powodują rozmazanie w stanach nieustalonych.

Wszystkie te czynniki mogą wpływać na to, jak bardzo zdigitalizowana reprezentacja jest zbliżona do oryginalnego sygnału analogowego.

Przykładowo, niskiej klasy interfejs może mieć przyzwoitą głębię bitową i częstotliwość próbkowania, ale słabe taktowanie lub hałaśliwe przedwzmacniacze. Efekt? Uduchowiony riff gitary akustycznej może stracić niuanse, zanim jeszcze trafi do programu DAW.

TL:DR - Krótkie podsumowanie ADC dla muzyków

Jeśli powyższe informacje zrobiły ci z mózgu owsiankę, nie martw się. Oto krótka lista kontrolna tego, co sprawia, że przetwornik ADC jest "dobry" dla muzyki:

• Wysoka rozdzielczość - co najmniej 24-bitowa
• Odpowiednia częstotliwość próbkowania - 44,1 kHz jest w porządku do streamingu, ale jeśli planujesz wejść na rynek licencjonowania synchronizacji, będziesz musiał dostarczyć 48 kHz. Jeśli zajmujesz się projektowaniem dźwięku, 96 kHz zapewni ci więcej miejsca na próbkowanie.
• Niski błąd kwantyzacji, jitter lub zniekształcenia

Jeśli zależy ci na klarowności, transjentach, dynamice lub po prostu upewnieniu się, że twoja muzyka brzmi tak, jak brzmiała, gdy odtwarzałeś ją po raz pierwszy, ADC nie jest miejscem, w którym chcesz iść na skróty.

Konwertery analogowo-cyfrowe w świecie muzyki

Przetworniki analogowo-cyfrowe są wszędzie w produkcji i odtwarzaniu muzyki. Oto, gdzie się pojawiają:

Interfejsy audio

Każdy interfejs audio posiada przetwornik ADC. Za każdym razem, gdy podłączasz mikrofon, syntezator lub gitarę do swojego niezawodnego Focusrite (dostępne są również inne marki), ADC zaczyna działać.

Samplery i FX

Wiele instrumentów elektronicznych i procesorów zawiera własny przetwornik ADC, często wraz z przetwornikiem DAC do odtwarzania.

• Samplery cyfrowe wykorzystują przetworniki ADC do nagrywania zewnętrznych dźwięków.
• Cyfrowe efekty przekształcają przychodzące sygnały w cyfrową wersję do przetwarzania, a następnie konwertują je z powrotem do postaci analogowej.

Resampling, Reamping, Drukowanie

Niektóre mniej oczywiste procesy produkcji muzycznej również w dużym stopniu opierają się na przetwornikach ADC:

• Ponowne próbkowanie ścieżki z DAW, przez urządzenia analogowe i z powrotem do nowego systemu cyfrowego.
• Reamping g itary polega na wysłaniu suchego sygnału z programu DAW przez prawdziwy wzmacniacz i przechwyceniu wyniku z powrotem w programie DAW.
• Drukowanie efektów sprzętowych na ścieżce DAW.

We wszystkich tych przypadkach przetworniki analogowo-cyfrowe po cichu pracują za kulisami.

Dlaczego to wszystko ma dla ciebie znaczenie?

To była szalona przejażdżka po technicznych ciekawostkach, ale dla twórców muzyki jest to ważna rzecz do zrozumienia. Wydajność przetwornika ADC kształtuje surowy materiał utworów. Możesz mieć najlepsze mikrofony, najlepszą wydajność i najczystsze, najbardziej akustyczne pomieszczenie, ale jeśli twój przetwornik ADC nie jest w stanie sprostać wymaganiom, oryginalny sygnał nie dotrze do twojego DAW w nienaruszonym stanie.

Właśnie dlatego zrozumienie ADC ma znaczenie, jeśli chodzi o:

• Wybór interfejsu audio
• Ustawianie poziomów wzmocnienia (tj. pozostawanie w zakresie napięcia)
• Ponowne próbkowanie i drukowanie zewnętrznego sprzętu i efektów
• Wybór częstotliwości próbkowania do pracy

ADC jest strażnikiem między analogowym światem muzyki a cyfrowym światem produkcji. Niezależnie od tego, czy nagrywasz wokale, samplujesz płyty winylowe, czy uruchamiasz syntezatory za pomocą sprzętu zewnętrznego, ADC jest zawsze obecny, zapewniając Twoim kreatywnym pomysłom niezawodny cyfrowy dom.

Następnym razem, gdy naciśniesz przycisk nagrywania, pamiętaj: nie tylko rejestrujesz dźwięk - przekształcasz energię w kod, za pomocą jednego z najpotężniejszych małych narzędzi w produkcji muzycznej!