Для того чтобы получить звук в цифровой форме, то есть закодировать его в виде последовательности чисел, необходимо «поймать» каким-то образом звуковые колебания в воздухе, превратить их в колебания электрического тока, а затем преобразовать эти колебания в числа. В этом случае получается оцифрованный звук – первая из двух разновидностей звуковых данных, с которыми работают компьютерные устройства. Помимо оцифрованного звука, на компьютере для воспроизведения музыки применяется еще одна его разновидность – синтезированный звук, или звук в формате MIDI.

Оцифровка звука

Преобразование из аналогового электрического сигнала в цифровой код происходит так: амплитуда аналогового электрического сигнала измеряется через определенные промежутки времени и записывается в виде чисел. Частота, с которой производятся такие измерения, называется частотой дискретизации. Стандартом при преобразовании звукового сигнала к цифровому виду считают частоту 44 100 Гц.

Таким образом, при дискретизации амплитуда входного сигнала делится на одинаковые промежутки (шаги квантования), каждый промежуток обозначается целым числом, затем через установленные частотой дискретизации промежутки времени амплитуда сигнала измеряется, и в памяти сохраняется то целое число, к которому относится измеренное значение.

При восстановлении сохраненные в массиве числа преобразуются в аналоговый сигнал. Звук на графике выглядит в виде «ступенек», и даже после их сглаживания при помощи фильтров восстановленный сигнал все равно отличается от изначального. Для того чтобы вывести это отличие за границы различимого человеческим слухом, диапазон квантования разбивают на гораздо большее количество уровней. Стандартными значениями являются 8- (количество уровней квантования равно 2⁸) и 16-битный звук (количество уровней равно 2¹⁶). Для сохранения и записи цифрового звука используется 16-битное квантование и частота дискретизации 44,1 кГц. Именно в таком качестве диск записывается на аудио-CD. Несмотря на то, что частота дискретизации в 44,1 кГц вполне достаточна для восстановления звука без искажений, для любителей большей точности дискретизация может иметь еще большее значение (это зависит от характеристик звуковой платы, сегодня на некоторых звуковых платах уже доступны значения 48, 96, 192 и даже 384 кГц).

После того как оцифровка звука состоялась, его записывают в один из име­ющихся стандартных форматов сохранения цифрового необработанного звука (обычно это формат WAV).

Синтезированный звук

Синтезированный звук имеет совершенно другую природу по сравнению с оцифрованным. Он генерируется сразу из цифровых данных.

Для воспроизведения синтезированного звука применяют специальное устройство, MIDI-синтезатор (Musical Instrument Digital Interface). MIDI-синтезатор имеет встроенный банк данных, в котором записано, какой звук и какой длительности должен звучать при поступлении на вход синтезатора того или иного кода (MIDI-команды). В банк данных MIDI-синтезатора записана имитация звучания множества инструментов. Кроме того, там могут храниться реальные звуки, за­писанные в цифровой форме (свистки, хлопки в ладоши, удары барабанов или сирены). Таким образом, на вход MIDI-синтезатора на самом деле подается закодированная партитура музыкального произведения, а на выходе MIDI-синтезатор воспроизводит звучание, довольно близкое к реальному звучанию оркестра. Например, караоке-проигрыватель – это и есть MIDI-синтезатор. Формат MIDI-файлов предусматривает послоговое встраивание слов песни для их синхронного воспроизведения вместе с музыкой.