एनालॉग और डिजिटल रिकॉर्डिंग कैसे काम करती है

इस लेख में, हम एनालॉग और डिजिटल रिकॉर्डिंग की जांच करेंगे ताकि आपको दो तकनीकों के बीच के अंतर की पूरी समझ हो।

 

अंतर्वस्तु

1. शुरुआत में: नक़्क़ाशी टिन
2. एनालॉग वेव
3. डिजिटल डाटा
4. सीडी भंडारण क्षमता

थॉमस एडिसन को 1877 में ध्वनियों को रिकॉर्ड करने और वापस चलाने के लिए पहला उपकरण बनाने का श्रेय दिया जाता है। उनके दृष्टिकोण ने यांत्रिक रूप से एक एनालॉग तरंग को संग्रहीत करने के लिए एक बहुत ही सरल तंत्र का उपयोग किया। एडिसन के मूल फोनोग्राफ में , एक डायाफ्राम सीधे एक सुई को नियंत्रित करता है, और सुई ने एक टिनफ़ोइल सिलेंडर पर एक एनालॉग सिग्नल को खरोंच दिया:

आपने सिलिंडर को घुमाते समय एडिसन के उपकरण में बात की, और सुई ने टिन पर जो कहा, उसे "रिकॉर्ड" किया। अर्थात्, जैसे डायाफ्राम कंपन करता है, वैसे ही सुई, और उन कंपनों ने खुद को टिन पर प्रभावित किया। ध्वनि को वापस चलाने के लिए, सुई रिकॉर्डिंग के दौरान खरोंच वाले खांचे के ऊपर चली गई। प्लेबैक के दौरान, टिन में दबाए गए कंपनों के कारण सुई कंपन करती है, जिससे डायाफ्राम कंपन करता है और ध्वनि बजाता है।

1887 में एमिल बर्लिनर द्वारा ग्रामोफोन का उत्पादन करने के लिए इस प्रणाली में सुधार किया गया था , जो एक सुई और डायाफ्राम का उपयोग करने वाला एक विशुद्ध यांत्रिक उपकरण भी है। ग्रामोफोन का प्रमुख सुधार एक सर्पिल खांचे के साथ फ्लैट रिकॉर्ड का उपयोग था, जिससे रिकॉर्ड का बड़े पैमाने पर उत्पादन आसान हो गया। आधुनिक फोनोग्राफ उसी तरह से काम करता है, लेकिन सुई द्वारा पढ़े जाने वाले संकेतों को सीधे यांत्रिक डायाफ्राम को कंपन करने के बजाय इलेक्ट्रॉनिक रूप से बढ़ाया जाता है।

ऐसा क्या है कि एडिसन के फोनोग्राफ की सुई टिन के सिलेंडर पर खरोंच रही है? यह एक एनालॉग तरंग है जो आपकी आवाज द्वारा निर्मित कंपन का प्रतिनिधित्व करती है। उदाहरण के लिए, यहां एक ग्राफ है जो "हैलो" शब्द कहकर बनाई गई एनालॉग तरंग दिखा रहा है:

इस तरंग को टिनफ़ोइल के बजाय इलेक्ट्रॉनिक रूप से रिकॉर्ड किया गया था, लेकिन सिद्धांत समान है। यह ग्राफ जो दिखा रहा है, वह अनिवार्य रूप से, समय के साथ माइक्रोफोन के डायाफ्राम ( Y अक्ष ) की स्थिति ( X अक्ष ) है। कंपन बहुत तेज हैं -- डायाफ्राम 1,000 दोलन प्रति सेकंड के क्रम में कंपन कर रहा है । यह एडिसन के उपकरण में टिनफ़ोइल पर खरोंच की गई तरंग की तरह है। ध्यान दें कि "हैलो" शब्द के लिए तरंग काफी जटिल है। एक शुद्ध स्वर बस एक निश्चित आवृत्ति पर कंपन करने वाली एक साइन लहर है, जैसे कि यह 500-हर्ट्ज तरंग (500 हर्ट्ज = 500 प्रति सेकंड दोलन):

आप देख सकते हैं कि एक एनालॉग तरंग का भंडारण और प्लेबैक बहुत सरल हो सकता है - टिन पर खरोंच करना निश्चित रूप से एक सीधा और सीधा तरीका है। सरल दृष्टिकोण के साथ समस्या यह है कि निष्ठा बहुत अच्छी नहीं है। उदाहरण के लिए, जब आप एडिसन के फोनोग्राफ का उपयोग करते हैं, तो इच्छित सिग्नल के साथ बहुत अधिक खरोंच वाला शोर संग्रहीत होता है, और सिग्नल कई अलग-अलग तरीकों से विकृत होता है। इसके अलावा, यदि आप बार-बार फोनोग्राफ बजाते हैं, तो अंततः यह खराब हो जाएगा - जब सुई खांचे के ऊपर से गुजरती है तो यह इसे थोड़ा बदल देती है (और अंततः इसे मिटा देती है)।

एक सीडी (और किसी भी अन्य डिजिटल रिकॉर्डिंग तकनीक) में, लक्ष्य बहुत उच्च निष्ठा (मूल सिग्नल और पुनरुत्पादित सिग्नल के बीच बहुत अधिक समानता) और सही प्रजनन के साथ रिकॉर्डिंग बनाना है (रिकॉर्डिंग हर बार जब आप खेलते हैं तो वही लगता है इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि आप इसे कितनी बार खेलते हैं)।

इन दो लक्ष्यों को पूरा करने के लिए, डिजिटल रिकॉर्डिंग एनालॉग तरंग को संख्याओं की एक धारा में परिवर्तित करती है और लहर के बजाय संख्याओं को रिकॉर्ड करती है। रूपांतरण एक उपकरण द्वारा किया जाता है जिसे एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर (एडीसी) कहा जाता है। संगीत को वापस चलाने के लिए, संख्याओं की धारा को डिजिटल-से-एनालॉग कनवर्टर (DAC) द्वारा वापस एनालॉग तरंग में परिवर्तित किया जाता है । डीएसी द्वारा उत्पादित एनालॉग तरंग को बढ़ाया जाता है और ध्वनि उत्पन्न करने के लिए वक्ताओं को खिलाया जाता है ।

डीएसी द्वारा उत्पादित एनालॉग तरंग हर बार समान रहेगी, जब तक कि संख्याएं दूषित न हों। डीएसी द्वारा उत्पादित एनालॉग तरंग भी मूल एनालॉग तरंग के समान होगी यदि एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर उच्च दर पर नमूना लिया गया और सटीक संख्या का उत्पादन किया।

यदि आप एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण प्रक्रिया को बेहतर ढंग से समझते हैं तो आप समझ सकते हैं कि सीडी की इतनी अधिक निष्ठा क्यों है। मान लें कि आपके पास ध्वनि तरंग है, और आप इसे एडीसी के साथ नमूना देना चाहते हैं। यहाँ एक विशिष्ट तरंग है (यहाँ मान लें कि क्षैतिज अक्ष पर प्रत्येक टिक एक सेकंड के एक हजारवें हिस्से का प्रतिनिधित्व करता है):

जब आप एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर के साथ तरंग का नमूना लेते हैं, तो आपके पास दो चरों पर नियंत्रण होता है:

निम्नलिखित आकृति में, मान लें कि नमूना दर 1,000 प्रति सेकंड है और सटीकता 10 है:

हरे आयत नमूनों का प्रतिनिधित्व करते हैं। एक सेकंड के हर एक हजारवें हिस्से में, ADC तरंग को देखता है और 0 और 9 के बीच की निकटतम संख्या को चुनता है। चुनी गई संख्या को आकृति के नीचे दिखाया गया है। ये संख्याएँ मूल तरंग का डिजिटल प्रतिनिधित्व हैं। जब डीएसी इन नंबरों से तरंग को फिर से बनाता है, तो आपको निम्न आकृति में दिखाई गई नीली रेखा मिलती है:

आप देख सकते हैं कि नीली रेखा ने मूल रूप से लाल रेखा में पाए जाने वाले विवरण का काफी कुछ खो दिया है, और इसका मतलब है कि पुनरुत्पादित तरंग की निष्ठा बहुत अच्छी नहीं है। यह नमूना त्रुटि है । आप नमूनाकरण दर और सटीकता दोनों को बढ़ाकर नमूना त्रुटि को कम करते हैं। निम्नलिखित आंकड़े में, दर और सटीकता दोनों में 2 के कारक द्वारा सुधार किया गया है (प्रति सेकंड 2,000 नमूनों की दर से 20 ग्रेडेशन):

निम्नलिखित आंकड़े में, दर और सटीकता को फिर से दोगुना कर दिया गया है (४०० उन्नयन प्रति सेकंड ४,००० नमूने पर):

आप देख सकते हैं कि जैसे-जैसे दर और सटीकता बढ़ती है, निष्ठा (मूल तरंग और DAC के आउटपुट के बीच समानता) में सुधार होता है। सीडी ध्वनि के मामले में, निष्ठा एक महत्वपूर्ण लक्ष्य है, इसलिए नमूनाकरण दर 44,100 नमूने प्रति सेकंड है और ग्रेडेशन की संख्या 65,536 है। इस स्तर पर, डीएसी का आउटपुट मूल तरंग से इतनी निकटता से मेल खाता है कि ध्वनि अनिवार्य रूप से अधिकांश मानव कानों के लिए "सही" है ।

सीडी की नमूना दर और सटीकता के बारे में एक बात यह है कि यह बहुत अधिक डेटा उत्पन्न करती है। एक सीडी पर, एडीसी द्वारा निर्मित डिजिटल नंबर बाइट्स के रूप में संग्रहीत होते हैं , और 65,536 ग्रेडेशन का प्रतिनिधित्व करने के लिए 2 बाइट्स लगते हैं। दो ध्वनि धाराएँ रिकॉर्ड की जा रही हैं (एक स्टीरियो सिस्टम पर प्रत्येक स्पीकर के लिए)। एक सीडी 74 मिनट तक के संगीत को स्टोर कर सकती है, इसलिए सीडी पर संग्रहित होने वाले डिजिटल डेटा की कुल मात्रा है:

44,100 नमूने/(चैनल*सेकंड) * 2 बाइट्स/नमूना * 2 चैनल * 74 मिनट * 60 सेकंड/मिनट = 783,216,000 बाइट्स

वह बहुत सारे बाइट्स है! प्लास्टिक के एक सस्ते टुकड़े पर इतने सारे बाइट्स को स्टोर करना जो दुरुपयोग से बचने के लिए काफी कठिन है, ज्यादातर लोग सीडी डालते हैं, यह कोई छोटा काम नहीं है, खासकर जब आप मानते हैं कि पहली सीडी 1980 में सामने आई थी। पढ़ें सीडी कैसे काम करती है पूरा कहानी!

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