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Quantizzazione - Introduzione all'audio digitale

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19.4. Quantizzazione

Torniamo ora alla nostra tensione campionata. Abbiamo un segnale elettrico che varia continuamente e supponiamo di prelevare un campione di tensione che, per essere convertito in digitale, deve per forza essere arrotondato dato che non possiamo utilizzare infinite cifre binarie per rappresentarlo. Occorre dunque fissare un serie di criteri per eseguire questa approssimazione. L'operazione prende il nome di quantizzazione e consiste nel suddividere l'intervallo delle tensioni che il segnale audio può assumere in una serie di sotto intervalli di cui per ognuno viene individuato un punto centrale. La figura seguente illustra questa situazione:

Operazione di quantizzazione

Operazione di quantizzazione

Si è adottata la notazione seguente: i campioni vengono prelevati a intervalli di tempo costanti (segnati sull'asse temporale t) e numerati (1,2,3...). L'asse delle tensioni è stato suddiviso in 8 intervalli (A,B,C,D per le tensioni positive e A', B', C', D' per quelle negative) e per ogni intervallo è stato individuato un punto centrale. Dato che gli intervalli sono 8, abbiamo bisogno di 3 bit per rappresentarli.

Tabella 19.6. Rappresentazione degli intervalli attraverso una parola di 3 bit

IntervalloValore binario associato
A000
B001
C010
D011
A'100
B'101
C'110
D'111

Prendiamo il primo campione di tensione. Vediamo che questo cade nell'intervallo C (010) dunque lo associamo al punto centrale di questo intervallo. Il campione 2 cade nell'intervallo D (011) e viene associato al suo punto centrale. Il procedimento di assimilazione del valore dei campioni ai punti centrali degli intervalli va avanti finché non interrompiamo il processo di campionamento.

La tabella seguente mostra i valori che abbiamo ricavato dai primi 9 campioni:

Tabella 19.7. Esempio di quantizzazione

CampioneIntervallo associatoValore binario associato
1C010
2D011
3D011
4A000
5B'101
6A'100
7B'101
8B001
9D011

Dunque abbiamo prelevato ad un ritmo costante dei valori di tensione dal nostro segnale e li abbiamo convertiti (approssimandoli brutalmente) in formato binario binario e vedremo ora come questa operazione introduca un errore nella riproduzione della forma d'onda. Questa notazione viene chiamata PCM - Pulse Code Modulation ed è la modalità standard di quantizzazione utilizzata nei file audio non compressi più diffusi: wav e aiff [Vedi: Formati File Audio Digitali].

L'operazione di quantizzazione è effettuata da un apposito circuito che impiega un certo tempo per eseguirla. A questo scopo è necessario che durante questa operazione la tensione in ingresso al quantizzatore (campione prelevato dal campionatore) venga mantenuta costante. Questo è realizzato da un apposito circuito di tenuta che riceve la tensione del campione dal circuito campionatore e la mantiene costante, dando così al quantizzatore il tempo per effettuare l'operazione di conversione in bit della tensione campionata.

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