imagazin arrow2-left arrow2-right arrow2-top arrow-up arrow-down arrow-left arrow-right cart close dossiers education fb instagram menu notification oander rss rss-footer search service shuffle speech-bubble star store stores tests twitter youtube

Budoucnost je tady!

Apple představil iPhone X

Nekonečno v dílcích


Než se pustíme do audiofilního pohledu, musíme se ponořit hlouběji do nahrávání hudby, formátů souborů a dalších kouzelných záležitostí.

V minulých článcích jsme se podívali na to, jak fungují zvukové vlny a jak se z jednotlivých podnětů stávají konečné pocity. Je nicméně faktem, že naprostou většinu hudby neposloucháme živě, ale skrz nějaký zvukový systém. Musíme se tak pobavit o tom, jak dokážeme nastrkat (nahrát) různé změny tlaku (hudbu, zvuky) do malých nádobek (CD, kazety, disky), načež z nich následně dokážeme zvuk opět dostat (sluchátka, reproduktory).

Nekonečno v dílcích

Signály můžeme rozdělit do dvou kategorií – analogové a digitální. Zajímavostí na analogovém signálu je fakt, že zvládne zachytit jakýkoliv stav (hodnotu) mezi dvěma jinými stavy v daném rozpětí. Signál tak lze zachytit v jakýkoliv moment. Na druhou stranu je digitální signál popsán jen pomocí čísel, pohybuje se proto jen po určitých intervalech.

Pro nastínění rozdílu máme v reálném světě řadu příkladů. Třeba analogové a digitální hodinky – zatímco se ručičky na prvních jmenovaných neustále plynule pohybují, digitální nám ukazují pouze hodnoty daných veličin.

Podívejme se na případ, kdy jsou sekundy nejmenší zobrazovanou jednotkou – digitální hodinky ukazují 11 hodin, 32 minut a 41 sekund, následně přepnou na 11 hodin, 32 minut a 42 sekund. Ve skutečnosti však mezi těmito hodnotami bylo nekonečně mnoho dalších, například 11 hodin, 32 minut a 41,5 sekund. Analogová ručička je přitom všechny zachytila, pohybovala se totiž plynule mezi těmito dvěma hodnotami.

Je jedno, jestli se díváte na sekundy, milisekundy nebo nanosekundy, u digitálních zařízení vždy nastane moment, kdy hodnoty začnou skákat. V podstatě tak:

digitální hodinky rozdělují nekonečno na dílky.

Skvělým příkladem je i jeden ze Zénonových paradoxů, konkrétně třeba tzv. paradox půlení či dichotomie. Wikipedia jev popisuje následně:

Představme si, že někdo chce uběhnout vzdálenost 100 m. Než se tam ale dostane, musí uběhnout 50 m, předtím už 25 m a tak dále až do nekonečna. Takže se „nemůže“ hnout z místa, protože každý pohyb vyžaduje nekonečně mnoho dílčích přesunů.

Přestože je každému přirozeně jasné, že ten „někdo“ nakonec vzdálenost uběhnout zvládne, trvalo to dva tisíce let, než se s vysvětlením paradoxu přišlo. Vděčíme za to Newtonovi a Leibnizovi, kteří to za pomocí diferenciálních a integrálních počtů.

Vyprávíme si o tom proto, že něco podobného nastává u zvuků. Analogový signál se skrze nahrávání promění na digitální, každá vteřina hudby je pak rozdělena na hromadu drobných dílků. Digitální zvuk přitom neslyšíme trhaně, stejně jako vytištěnou fotku nevidíme jako hromadu jednotlivých pixelů.

Jedna, dvě, tři, digitalizovat!

Transformace z analogu do digitálu (digitální zpracování zvuku) probíhá ve třech důležitých krocích.

1) Samplování (vzorkování). Jde o proces, kdy jsou jednotlivé intervaly analogového signálu rozděleny do vzorků. Díváme se tak třeba na každou 0,01 sekundy, kde uložíme konkrétní výsledek do digitálního formátu. Vypadá to nějak takto: x v 0,01 sekundy, y v 0,02 sekundy, z v 0,03 sekundy atd. Samplování u CD standardu probíhá 44.100krát za sekundu. Signálové řady vytvořené tímto způsobem mohou stále předpokládat nekonečné hodnoty, což není dobré, protože řada kódů je omezená. Musíme snížit číslo prvku nastavené hodnoty.

2) To provedeme pomocí kvantování. Objem nekonečných množství možných hodnot zaokrouhlujeme na omezený počet vybraných hodnot. Měřený rozsah rozdělíme na sekce a zaokrouhlíme hodnoty analogového signálu dolů nebo nahoru na nejbližší hodnotu sekce. Některé se sníží a některé se zvýší. Rozdělíme věčnost na počitatelnou hodnotu, obvykle na 2^16 čili 65536 kusů. Jedná se o 16bitové rozlišení (nebo bitovou hloubku), ale může to být i 24 bitů nebo 32 bitů, v závislosti na tom, jak podrobný záznam chcete mít.

3) V tuto chvíli jsme v podstatě s digitálním zpracováním signálu hotovi, ale musíme zaznamenávat a ukládat data srozumitelně i pro počítače, zde pomáhá kódování. Transformujeme samplovaný a kvantizovaný signál na binární soustavu, takže řadíme binární signálové série na hodnoty, které máme.

Tento proces se provádí analogově-digitálním převodníkem nebo ADC. Počítač tak může přeměnit zvuk, který lze digitálně interpretovat a uložit, zpět do analogového signálu. To se provádí digitálně-analogovým převodníkem, DAC, a to je to, co se stane, když vložíte CD do přehrávače nebo stisknete přehrávání skladby v Apple Music.

Důsledky

Tento proces má své důsledky. Zaokrouhlováním nebo frekvencí samplování dochází ke ztrátě dat. Ačkoli Shannonův teorém uvádí, že signál může být ze svých vzorků přesně rekonstruován, jestliže je vzorkovací frekvence větší než dvojnásobek nejvyšší frekvence signálu, zkreslení může nastat v důsledku nedostatečného filtrování. Výsledkem je tedy zhoršená kvalita.

Apple Inc. (AAPL)

Tohle už jste četli?

Nový systém se zaměřuje především na dvě oblasti: na uživatelský zážitek a na výkon. Z pohledu výkonu staví na novém frameworku Metal, který Apple již dříve přinesl na iOS. Metal kombinuje schopnosti technologií OpenGl a OpenCL do jednoho prvku.

Klikněte zde!