1.3.1- Định nghĩa.
Tín hiệu âm thanh số là tín hiệu gồm những mẫu được lấy ra từ tín hiệu gốc analog và số hóa theo mã quy định, vì thế nó là những tín hiệu rời rạc, xét về mặt thời gian cũng như giá trị. Mỗi mẫu rời rạc được biểu diễn bằng một mã nhị phân
Tín hiệu số bao gồm chỉ hai trạng thái, được diễn tả với hai trạng thái ON và OFF hoặc là 1 và 0
Hình 1.12: Mô phỏng tín hiệu số
Vào những năm 1980, các thiết bị audio số đã dần dần chiếm lĩnh và thay thế các thiết bị audio tương tự trong phát sóng và sản xuất. Với những ưu điểm của tín
hiệu audio số như: Độ méo tín hiệu nhỏ (0.01%); Dải động âm thanh lớn (>90dB); đáp tuyến tần số bằng phẳng (±0.5dB); việc tìm kiếm dữ liệu nhanh chóng, dễ dàng; độ bền ổn định lâu dài...Kết quả là đã cải thiện chất lượng ghi và xử lý tín hiệu âm thanh, đồng thời nó đáp ứng được nhu cầu lưu trữ và các hệ thống sản xuất chương trình bằng máy tính.
Một tiêu chuẩn audio số ra đời với sự liên kết giữa hai hiệp hội kỹ thuật audio AES và hiệp hội truyền thanh truyền hình châu Âu EBU đã xây dựng nền tảng cho sự phát triển các thiết bị ghi âm và các thiết bị tại studio, nơi tín hiệu được xử lý và phân phối hoàn toàn số. Ngoài ra, nó hạn chế hiện tượng méo tín hiệu âm thanh trong hai quá trình biến đổi tương tự - số và ngược lại, từ đo chất lượng của tín hiệu âm thanh được nâng cao rõ rệt.
Thiết bị audio số này, có dặc điểm tín hiệu vào ra là tương tự, dùng thay thế trực tiếp các thiết bị số và hoạt động môi trường tương tự. Tuy nhiên trong kỹ thuật sản xuất và truyền dẫn có xu hướng sẽ tiến tới số hóa toàn phần, đó là toàn bộ quá trình ghi, xử lý và truyền dẫn đều làm việc trong môi trường số. Cuối cùng, một giao thức cho toàn bộ quá trình truyền dẫn đã phát triển và thừa nhận trong các thiết bị audio số từ phía phát đến phía thu. Có hai lý do chính cho thấy xử lý tín hiệu âm thanh theo công nghệ số là thực sự cần thiết:
- Chất lượng tái tạo của hệ thống audio số không phụ thuộc vào phương tiện mà chỉ phụ thuộc vào chất lượng của quá trình chuyển đổi A/D và ngược lại. - Việc chuyển đổi audio tương tự sang audio số mở ra rất nhiều cơ hội mà audio tương tự không thể đáp ứng được.
Nếu kỹ thuật ghi audio số đảm bảo được chất lượng cho bộ chuyển đổi thì mọi nhược điểm ghi audio tương tự sẽ được khắc phục. Hiện nay, các nghiên cứu đều tập trung mở rộng thiết kế của bộ chuyển đổi, trong khi chỉ cần sử dụng linh hoạt những phần của hệ thống xử lý dữ liệu. Méo, xuyên âm, tạp âm, tạp âm điều chế, lỗi ...sẽ chỉ còn là vấn đề của kỹ thuật tương tự. Khi một bản ghi số được sao chép, các số như nhau sẽ xuất hiện trên bản coppy. Nếu không xảy ra suy giảm thì bản sao chép sẽ không khác với bản gốc. Các bản ghi số có thể sử dụng để sao chép nhiều laafnmaf không bị suy giảm chất lượng tín hiệu. Xét một vài thông số kỹ thuật đặc trưng ảnh hưởng tới chất lượng tín hiệu:
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm (S/N) là tỉ số giữa mức điện áp hữu ích trên mức điện áp tạp âm, đo bằng dB. Tạp âm thường sinh ra ngay trong các linh kiện điện tử, những tạp âm này phân bố suốt dải âm tần từ thấp đến cao.
Dải động của kênh truyền dẫn cho biết tỉ lệ giữa mức điện áp ra cực đại và cực tiểu mà không bị ảnh hưởng của tạp âm. Giá trị cực đại phụ thuộc vào khả
năng điều chế của hệ thống, giá trị cực tiểu phụ thuộc vào tạp âm của toàn kênh. Một kênh truyền dẫn có dải động hẹp thì tín hiệu đầu ra bị ép lại.
Tín hiệu truyền đi thương bị giới hạn trong một dải tần số, tùy thuộc vào chất lượng của kênh. Tín hiệu tần số thấp và thành phần điện áp một chiều cũng như tần số rất cao thường không được truyền tải đầy đủ hoặc bị mất hoàn toàn.
Trên một kênh truyền lý tưởng, tín hiệu đầu ra phải biến đổi tuyến tính với tín hiệu đầu vào, nếu không sẽ xuất hiện méo tín hiệu (méo tuyến tính và méo phi tuyến). Méo tuyến tính do đặc tuyến tần số - biên độ của hệ thống không bằng phẳng. Méo phi tuyến do đặc tuyến công tác của linh kiện điện tử không được thẳng, tạo ra các thành phần tần số không có trong các tín hiệu gốc.
Tín hiệu audio tương tự khi truyền qua một số thiết bị như máy ghi băng từ tính hoặc máy quay đĩa có thể phải chịu sự biến điệu tần số do sự chuyển động cơ học không đồng nhất của băng và đĩa. Điều này được xác định bởi thông số méo sai tốc âm tần và phách động (W&F). Trong hệ thống số, W&F phụ thuộc vào sự ổn định của đồng hồ lấy mẫu rong bộ chuyển đổi A/D, D/A.
Một trong những ưu điểm lớn của hệ thống số là giá thành thấp. Nếu như quá trình sao chép không có lỗi, các thiết bị ghi không cần thêm chống lỗi. Chỉ cần đảm bảo ở lần ghi thứ nhất, ở lần sao chép sau chất lượng ở bản ghi sẽ được duy trì. Máy ghi số không cần kích cỡ lớn và lượng băng lớn như máy ghi analog chuyên nghiệp. Một vào bit có thể bị lỗi do tạp âm hoặc bị mất trên đường truyền, phần sửa lỗi sẽ khôi phục lại giá trị ban đầu. Ghi số chiếm ít không gian hơn ghi analog với chất lượng tương đương hoặc cao hơn.
Chuyển mạch xử lý bằng số nhị phân có thể tích phân với mạt độ dày hơn mạch tương tự, cung một chíp có thể có nhiều chức năng do vậy chi phí sản xuất thấp. Truy nhập dữ liệu nhanh, có thể quan sát dạng sóng audio trên màn hình,...
Hiện nay, các mạng thông tin phát triển có thể tải audio số một cách dễ dàng trên những khoảng cách không xác định mà không gây tổn hao. Phát thanh số (DAB) tận dụng những kỹ thuật này để loại bỏ can nhiễu, giảm âm..các vấn đề về thu nhiều đường của phát audio tương tự, tận dụng dải thông một cách hiệu quả...Vì những yếu tố trên, chi phí cho thiết bị số rẻ hơn thiết bị tương tự rất nhiều.
Tóm lại, để các thiết bị số có thể hòa nhập vào môi trường tương tự, thì các tín hiệu tương tự phải được chuyển sang tín hiệu số và ngược lại. Tín hiệu aduio số thực sự trở lên hấp dẫn khi tín hiệu audio tương tự qua bộ chuyển đổi A/D để tạo thành tín hiệu số có sai lệch không đáng kể, sự phức tạp trong quá trình số hóa được giải quyết và định dạng số phù hợp cho từng ứng dụng như truyền dẫn và ghi audio